燃煤鍋爐降低NOx燃燒和排放控制技術研究

摘 要:氮氧化物是燃煤電站鍋爐排放的大氣污染物之一。文章通過研究低NOx排放控制技術，論述了鍋爐煙氣凈化、低NOx燃燒技術措施，使Nox污染物排放的可靠性大大降低，燃燒主要生成的氮氧化物包括了NO、NO2、N2O3、N2O4以及N2O5等。

關鍵詞:燃煤鍋爐；NOx；燃燒；排放；控制；研究

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0167-02

近些年來，人們對氮氧化物的危害越來越引起重視，在這樣的情況下，對氮氧化物污染的治理就顯得非常必要了。在燃煤鍋爐進行燃燒的這一過程當中，所產生的氮氧化物，對生態環境產生了嚴重的危害，目前，這一氮氧化物也已經成為了電站鍋爐煙氣污染物當中的最主要控制目標之一。

1 NOx的定義

燃燒主要生成的氮氧化物包括了NO、NO2、N2O3、N2O4以及N2O5等等，我們把這些統稱為NOx。一般來講，在具體的燃燒過程中，氧化物中所含有的NO所占的比例超過了90%，氧化物本身具有很大的毒性，它非常容易和動物血液當中的血色素結合，從而是動物的血液缺氧，進而依法中樞神經麻痹。對于NO2來講，它主要是通過NO氧化而成的，它所占的比例范圍在5%～10%之間，它能夠對人的呼吸器官黏膜產生強烈的刺激，特別是對人肺部的刺激，它的毒性和SO2以及NO相比較起來，要強很多，它在經過了紫外線的照射，在經過了與碳氫化合物的接觸之后，還會發生反應，從而生成淺藍色并且有毒的光化學煙霧，這種煙霧能夠對人的眼睛、鼻子、心、肝以及肺等產生強烈的刺激和損害。

2 燃燒過程中NOx的生成的抑制

在煤的燃燒過程中，NOx的生成有三種途徑，即熱力型N0x，快速型N0x和燃料型N0x。熱力型N0x是高溫下空氣中的氮氣和氧氣反應生成的，當溫度低于1 300℃時，NOx的生成量很少；在溫度高于1 300℃時，NOx的生成量才逐漸增多。快速型NOx也是由空氣中的氮生成的，在燃料富集區通過煤燃燒時碳氫化合物分解產生的CH1等自由基與氮氣反應生成氰化物．氰化物進而被氧化生成NOx，快速型NOx通常不到NOx生成總量的5％。燃料型NOx是燃料中的氮經氧化生成的．燃料氮又可分為在煤燃燒時隨揮發分析出的揮發分氮和殘留在焦炭上的焦炭氮。對于中小型燃煤鍋爐，燃燒溫度比較低，形成的NOx主要是燃料型N0x。因此，對于中小型燃煤鍋爐，低NOx燃燒技術主要是控制和減少燃料型N0x在燃燒過程中的產生。燃料型NOx的生成機理目前還不十分清楚，一般認為其形成與煤的熱解產物和氧氣濃度．及其分布密切相關。為了盡可能地減少燃料型NOx的生成，既要抑制燃燒過程中NOx的生成。

3 再燃燒技術抑NOx生成研究

氣體再燃燒技術將整個爐膛沿高度分為三個燃燒區，分別為主燃區、再燃區和燃盡區。對層燃爐來說．主燃區就是煤層的燃燒區，在此區內空氣過量系數大于l，80％～85％的燃料在此區內燃燒并生成NOx。在燃燒的這一區域當中，所送入近來的氣體燃料能夠在一定的條件下發生燃燒，這一條件就是過量空氣系數要比1來的小，經過燃燒，會形成比較強的還原性氣體，從而使得在主燃燒區域內所形成的NOx被還原成為氮氣，同時抑制新的NOx生成。由于在缺氧條件下燃燒．有一定量的CO生成，通過在燃盡區內通入二次風，使得在空氣過量系數大于l的條件下運行，將C0等未完全燃燒盡的燃料徹底燃盡。

所謂的燃料分級燃燒，簡單來講就是再燃燒，它的最主要的忒單就是把燃燒氛圍三個區域，分別是主燃燒區、二級燃燒區以及三級燃燒區。具體過程如下：把80%至85%的燃料放在主燃燒區域中，在這一區域中，會形成大量的NOx；把另外的15%～20%的燃料放在二級燃燒區域中，在過量空氣系數要比1來的小的時候，發生還原反應，使得主燃燒區域中所產生的NOx在這一區域中還原成為N2；而三級燃燒區也被稱作燃盡區，它是在二級燃燒區上面布置上火上風噴口而形成的，它的最主要目的是要對二級燃燒區域中沒有徹底燃燒盡的燃料徹底燃盡。除了燃煤鍋爐進行燃燒方式的改進來降低氮氧化物之外，研究開發效率高、低污染物排放的新型燃煤鍋爐作為替代產品，逐步淘汰現有技術落后設備，是符合中國能源結構，徹底解決燃煤污染問題的良好途徑。煤是可燃的有機物與成灰的無機物的混合體。在燃燒過程中，不同組分的選出及燃燒特性差別很大。傳統的燃燒技術沒有考慮到這種階段性。因此，在燃燒過程中，各種污染物的生成相互耦合，如小型燃煤爐中一氧化碳和氮氧化物之間的耦合。流化床中二氧化硫和氮氧化物之間的耦合。由于這種耦合作用，很難采用調整燃燒的方式同時降低不同污染物的排放。煤炭解耦燃燒技術根據煤炭在燃燒過程中所具有的階段性，利用分級轉化的方法，解除污染物生成過程中的耦合關系，有利于脫硫和脫硝反應在各自最佳的反應條件下進行。解耦燃燒技術的原理是將燃燒過程分為煤炭熱解（解耦）與熱解氣和半焦燃燒（耦合）兩個階段。利用煤炭自身的熱解產物抑制煤炭燃燒過程中污染物的生成。該技術在小型民用燃煤設備上可用較為簡單的結構實現。

4 結 語

經濟發展與環境保護協調是21世紀能源發展的主導方向。經濟有效地降低燃煤過程中氮氧化物的排放對于控制大氣污染具有重要的意義。我們知道，現如今，對環保的要求越來越高，而現有的低NOx燃燒技術是不能夠和中小型燃煤鍋爐中提出的NOx的排放要求相滿足的，所以，找出和我國的國情相適應的成本比較低的NOx燃燒技術是具有廣闊的前景的，它對中小型燃煤鍋爐當中多個污染問題的解決，對環境質量的提升都有著積極地意義。當前應該鼓勵燃煤鍋爐的技術創新，以污染小、成本低、耗水耗能少以及新型實用為側重點，大力研究開發新型高效、低污染排放的燃煤鍋爐。

參考文獻：

[1] 成玉琪，俞珠峰，吳立新，等.中國潔凈煤技術發展現欹及發展思路[A].第二屆潔凈煤技術國際研討會論文集[C].北京:煤炭工業出版社，2010.