王曦敏
中国石油集团电能有限公司
摘要：将氮氧化物生成机理作为理论前提，来研究氮氧化物燃烧器相关技术层面的特性，对氮氧化物燃烧器提出行之有效的改造手段，探讨如何能够最大程度的避免火力发电所引起的环境污染。
关键词：氮氧化物、火力发电、排放控制技术
近些年来，我国的经济发展水平飞速提升，各行各业都进入高速运转的状态，随之而来的是，工业发展带来的环境污染也越来越严重，尤其是氮氧化物的排放，打破了人与自然的平衡。本文将针对氮氧化物的危害进行阐述，尤其是控制技术上的应用问题，将进行全方位的策略分析，针对火电厂锅炉，提出降低氮氧化物排放量的解决方案。
1、概述-氮氧化物
氮氧化物指的是由氮、氧两种化学元素组成的化合物，氮氧化物具有不同程度的毒性，如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)，这两种还是导致大气污染的主要成分，氮氧化物在大气中通过化学反应产生酸雨、酸雾，严重破坏臭氧层，过量的紫外线到达地面，直接影响生活在地球表面的动植物，尤其是降低了人类的免疫力，进而引发皮肤癌等疾病。
燃料是氮氧化物产生的主要方式，其中一氧化氮在燃煤发电厂排放物中占9成。按照生成途经来分，可分为热力型氮氧化物、燃料型氮氧化物、快速型氮氧化物，热力型氮氧化物是在高温环境下，助燃氮气发生氧化反应产生的；燃料型氮氧化物是氮化物的燃料通过燃烧发生了氧化反应而产生的，空气和燃料的比例决定了氮氧化物的具体成分，温度的影响不大；快速型氮氧化物则是碳氢燃料通过燃烧产生，CHx类原子团含量较高，氮氧化物浓度不高，温度的影响也不大。
煤粉锅炉、循环流化床锅炉是当下煤炭电厂比较常用的锅炉，但是，这两种锅炉氮氧化物的排放都没有得到合理的控制，这是我们要接下来重点解决的问题。
2、低氮氧化物NOx燃烧技术尚低
低氮氧化物燃烧技术是指根据燃料经过燃烧产生氮氧化物的原理，通过控制燃烧条件或改进燃烧设备来降低氮氧化物浓度的技术，这种技术普遍意义上可以减少2成到4成的氮氧化物排放，主要运用于燃烧烟煤、褐煤的锅炉。低氮氧化物燃烧技术又分为：
2.1 空气分级燃烧
空气分级燃烧技术，是指将燃烧所使用的空气分阶段送入燃烧器，通过分阶段燃烧降低氮氧化物的生成，污染物的脱除率可达15%到20%，是当下燃煤电厂使用度较广、较成熟的燃烧技术。第一个阶段，通过降低燃烧速度和控制燃烧温度的原理，将适量的空气送入燃烧器，使得燃料在缺氧状态下燃烧，氮氧化物将被分解成复合氮气，直至生成CO，从而抑制NOx的生成。第二阶段，将上一阶段燃烧剩余的空气输入燃烧器，与上一阶段燃烧产生的气体相混合，再次燃烧，但是要注意保持火焰低温，避免生成大量的氮氧化物。空气分级燃烧技术也存在一定的缺陷，那就是在燃烧的第二阶段种的空气用量不容易把控，易于造成燃料能源浪费，此外，煤粉炉容易由于结渣、腐蚀引发的老化。
2.2 燃料分级燃烧
燃料分级燃烧技术也被称为再燃烧技术，氮氧化物脱除率约为4成，主要原理是将燃料分为三段燃烧，在燃烧过程中已经生成的一氧化氮，在隔绝烃基以及未完全燃烧产物的环境下还原成氮气。
一般情况下，燃烧过程分为：第一阶段——一级燃烧区，送入80%～85%的燃料，当a＞1时将燃料转化成一氧化氮；第二阶段——二级燃烧区，将第一阶段剩余气体送入二级燃烧区，余下15%～20%的燃料也送入二级燃烧区，混合后进行再次燃烧，当a＜1时形成还原性环境，将氮氧化物还原为氮分子，这一阶段不仅能够还原已经生成的氮氧化物，还能有效抑制产生新的氮氧化物，大大降低了氮氧化物浓度；第三阶段——三级燃烧区，当a＞1时，在三级燃烧区上部设置“火上风”喷口，使前两个阶段没有完全燃烧的氮氧化物充分燃烧。
2.3 烟气再循环
烟气再循环法，是指将在空气预热器前抽取一部分低温烟气，与送风混合后输入炉内。这样不仅降低锅炉内的燃烧温度，也降低了局部的氧气浓度，从而降低了作为燃料的氮氧化物的排放浓度。从目前的技术看，烟气再循环技术可降低氮氧化物浓度仅约25%，也存在一定的问题，燃烧稳定性不佳，难以掌控，烟气再循环率在15%～20%之间，操作过程中占地面积大，成本不菲。
3、烟气脱硝
3.1 选择性非催化还原法脱硝
选择性非催化还原法技术，指的是不使用任何催化剂，就可以降低燃料浓度，但是对温度的控制要求比较高，在将还原剂喷入时，烟气口必须达到800～1100 ℃的高温，如果温度控制不好，就很难达到预期效果：一旦高于1100 ℃，燃料的热分解能力就会受影响；一旦低于800 ℃，就会导致燃料分解不完全。虽然选择性非催化还原法脱硝技术的操作较为简单，也容易掌握，更不需要过多的资金成本，但由于氮氧化物的脱硝率仅有25%～40%，使用并不广泛。
3.2 选择性催化还原法脱硝
选择性催化还原法，顾名思义，指的是在使用催化剂的情况下，将还原剂喷入300～400 ℃的烟气口，从而降低氮氧化物的浓度。选择性催化还原法的脱硝率一般居于80%～90%之间，效率比较高，氮氧化物的浓度也比较低，约为100 mg/Nm3。
3.3 选择性催化还原法和选择性非催化还原法联合脱硝
联合技术博采众长，结合了两种脱硝方法各自的优点，主要是将前者的还原剂喷入炉膛、后者的催化技术强强联合，让氮氧化物更进一步的脱硝。这种选择性催化还原法和选择性非催化还原法联合脱硝技术，脱硝率处于40%～80%之间。
4、结语
氮氧化物是造成大气污染的主要成分之一，对社会自然环境以及人类的身体有着严重的危害。作为氮氧化物的主要源头之一，火电厂氮氧化物的排放控制技术是我们改善居住环境的要义，保护环境，人人有责。
参考文献
[1]谷丽景,李永华,李路.电站锅炉燃烧优化混合模型预测[J].中国电机工程学报,2015,35(09):2231-2237.
[2]孙献斌,时正海,金森旺.循环流化床锅炉超低排放技术研究[J].中国电力,2014,47(01):142-145.
[3]耿春梅,陈建华,王歆华,杨文,殷宝辉,刘红杰,白志鹏.生物质锅炉与燃煤锅炉颗粒物排放特征比较[J].环境科学研究,2013,26(06):666-671.
作者简介：王曦敏，男 ，1981年11月出生，汉族，吉林省吉林市人，2004年7月毕业于东北电力大学机械电子工程专业 ，工程师，环保专工，现在中国石油集团电能有限公司工作。
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