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火电厂氮氧化物的危害及其控制技术

2017-03-18 14:32:43 来源:网络
1.2影响NOX生成的因素

从NOX的生成来看,NOX生成的主要来源于煤中的氮,在高温下与空气中的O2反应而成,所以影响NOX生成的主要因素包括煤种的特性、燃烧温度、过量空气系数等因素相关[6-7]。

1.2.1煤种的特性

由于NOX是由煤种的氮转化而来的,总的来说,煤的含氮量越高,NOX的排放量越大。研究发现:随着煤粉中挥发分含量的逐渐升高,NOX排放量有逐渐降低的趋势。此外,煤中挥发分的各种元素比也会影响NOX的生成量。煤中O/N的比值越大,NOX的排放量就越高。由于S与N在燃烧过程中存在着竞争的关系,因此,S/N的比值也影响着NOX的排放,一般情况下SO2的排放较高,则NOX的排放就较低。

1.2.2温度的影响

温度对NOX的影响与主燃区的氧化还原气氛相关,也与主燃区的过量空气系数有关。温度对燃料型NOX的排放影响较小,对热力型NOX的排放影响较大。在未控制燃烧的情况下,NOX的排放会随着温度的升高而逐渐增大。但是,在空气分级燃烧的情况下,随着主燃烧区氧量的减少,如果增加反应温度,根据NOX生产的反应公式,反应会向着NOX减少的方向发生,此时温度的升高是有助于NOX的减少的,主要是因为在主燃烧区形成了高温强还原性气氛[8]。

1.2.3过量空气的影响

主燃烧区NOX的排放量与过量空气系数是成正比的,随着过量空气系数的增大而增大,主要是因为随着过量空气系数的增大,主燃烧区的氧量增加,就会使煤炭得到充分燃烧反应,生成大量的NOX。当降低主燃烧区的过量空气系数时,主燃烧区的氧量就会减少,这时煤炭就会发生不完全燃烧反应,会生成CO等还原性气体,而这些还原性气体会与NOX发生氧化还原反应,从而降低NOX的排放。

2氮氧化物的危害

首先,NOX会与空气中的水分、NH3发生反应生成硝酸盐,同时,硝酸盐可以在大气中漂流到几千里地以外的地方,受地球引力的作用沉积到地面。它的直接后果是会造成土壤板结,阻止了土壤的透气性和渗水性,会造成农作物的大量减产。

其次,当NOX与碳氢化合物共存于大气中时,在紫外线的照射下发生光化学反应,产生所谓的光化学烟雾。光化学烟雾能使植物组织机能衰退,生长受阻,落叶落果,造成作物产量下降。同时,也会破坏大气环境,严重危害人类健康,恶化人类赖以生存的环境[9]。

3降低NOX排放的控制技术

目前在我国被广泛应用于各大燃煤电厂降低NOX排放的技术主要有低氧燃烧,烟气再循环,低NOX燃烧器,空气分级燃烧和SCR烟气脱硝这五种技术。

3.1低氧燃烧

低氧燃烧技术一般是在尽可能接近理论空气量的前提下,降低输入锅炉的空气量。一般情况下可降低NOX排放15%-20%[5]。但如果炉内的氧量过低(一般在3%)以下,煤粉就会不完全燃烧,CO浓度和飞灰含碳量急剧增加,增大化学不完全和机械不完全损失,降低了锅炉效率。同时,炉内产生的还原性气氛,会降低水冷壁附近灰的融点,引起水冷壁面结渣和高温腐蚀。

3.2烟气再循环

烟气再循环法是在空气预热器前抽取一部分低温烟气,与一次风、二次风混合后或者直接送入炉内,由于烟气的温度较低,这样不仅降低了炉膛的温度,同时稀释了氧的浓度,因而可以降低NOX的排放[10]。

烟气再循环多数是用来防止锅炉运行中的结焦问题。对于燃用无烟煤等难燃煤种以及运行不是很稳定的电站锅炉,则不宜采用烟气再循环技术[3]。烟气再循环的效果一般与烟气煤种和再循环率有关,对于难燃烧的煤种一般不采用烟气再循环,烟气再循环的再循环率一般在15%-20%,其缺点是投资和运行费用较大,占地面积大。

3.3低NOX燃烧器

低NOX燃烧器技术一般联立空气分级燃烧技术降低NOX的排放,其目的是尽可能的降低着火区的氧浓度,适当降低着火区的温度,以达到最大限度的抑制NOX的生成。电站锅炉的燃烧方式主要有四角切圆燃烧方式,前后墙对冲燃烧方式以及W火焰燃烧方式,目的是增加煤粉与空气充分的混合以及增加烟气在炉膛内的停留时间,使煤粉充分燃烧。对于切圆燃烧方式的主要有PM燃烧器和水平浓淡燃烧器。

3.4空气分级燃烧

空气分级燃烧技术是将燃烧所需的氧分两次送入炉膛,第一次是向主燃烧区送入一般为80%左右的氧量,使主燃烧区形成“富燃料燃烧”,第二次在燃尽区向炉膛送入剩余的氧量,形成“富氧燃烧”。

在富燃料阶段,由于氧量较低,抑制了热力型NOX的生成,同时,由于缺氧造成煤炭不完全燃烧所生成的中间产物(HCN和NH3),会还原已生成的NOX,减少燃料型NOX的生成。在富氧燃烧阶段,由于送入剩余的氧量,会使未燃尽的碳燃烧殆尽,但由于此区域的温度较低,所以新生成的NOX量较小,总体上降低了NOX排放[11]。

3.5、SCR烟气脱硝

3.5.1、SCR脱硝原理

SCR的反应机理主要是NH3在一定的反应温度和催化剂作用下,有选择性的将烟气中的NOX(主要是NO)还原为N2,同时生成一定量的水[12]。反应如下:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(1)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(2)

4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O(3)