氮氧化物控制措施技术一览

氮氧化物控制措施技术一览

---------------------------------------

一、氮氧化物形成之原因

在燃烧过程中形成氮氧化物(以下简称NOx)的机构(mechanism)可分为两类：其一是燃烧空气中大气氮的热稳定(thermal

fixation)，产生'热NOx'(thermal NOx)另一是燃料中氮份之转化，产生所谓的'燃料NOx'(fucl NOx)。虽然NOx主要包括NO，NO2和N2O等化合物，但由实验数据显示，发电厂烟囱排出的NOx中，NO占95％以上。

一般而言，使用天然气和轻馏出油做为燃料主要产生'熬NOx'；而残余油和煤则产生'燃料NOx'为主。二、燃烧技术改进降低氮氧化物

由上节之讨论可知，热NOx产生之主因在于温度及停留时间；而燃料NOx之产生较受平衡比φ之影响。因此，在NOx的控制方面可由以下几个原则着手。

(一)减少主火焰区O2量

1.减少氧气量

2.控制燃料与空气之混合

3.在主火焰区采用富燃料(fuel-rich)

(二)减少暴露在高温下之时间

1.降低烽焰温度

(1) 排气循环

(2) 注入水或蒸汽

(3) 降低燃烧温度

2.减少在主火焰区的停留时间

(三)基于上述之原则，目前已发展的技术有：

1.阶段燃烧法

2.排气循环法

3.浓淡燃烧法(亦称Bias燃烧法)

4.水或蒸汽注入法

5.低NOx燃烧器

其型式有以下5种

(1) 燃气PM燃烧器

(2) 燃油PM燃烧器

(3) 燃煤PM燃烧器

(4) SE燃烧器

(5) PG-DRB燃烧器

三、'烟气处理'降低氮氧化物

燃烧控制技术NOx去除率有其一定的限制，如低NOx燃烧器的制造厂商，保证其燃烧器应用在燃煤锅炉可达250ppm之NOx的排放量。若在NOx之排放标准要求更加严格的情况下，势必要采取烟气处理(Flue gas treatment)。以下将介绍几种目前常用的烟气处理设备。

(一)选择无触媒还原(Selective Non-Catalytic，以下简称SNR)法

原理：

SNR法又称高热脱硝(Thermal De-NOx)法，它是利用注入NH3的烟气中的NO反应成N2和H2O；此一反应必须在高温下进行。其反应式如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)

4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)

反应式(1)发生的反应温度在1070～1270°K；而反应式(2)则发生在1370°K以上的温度。所以，SNR法的温度控制必须在1200～1300°K之间。

(二)选择触媒还原(Selective Catalytic Reduction，以下简称SCR)法

原理：

SCR法除了多一个触媒之作用外，其它之操作原理均与SNR法相同。此系统之操作温度在形状有粒状，圆柱状、球状、环状、平板状、或者蜂巢形(Honeycomb)。在SCR反应器方面，可分垂直和水平气流两种。

因为触媒在使用一段时间会老化，所以必须定期更换，更换触媒的日期则需视烟气成份而定，一般在2～5年(如果是燃气锅炉更换日期可能更久)。根据制造商的建议，触媒最好采分阶段更换的方式，每一次更换1/3的触媒。造成触媒老化的原因可能有以下几种(1)烧结作用，减少孔隙度；(2)固体沉积在孔上；(3)被碱金属(如钾)或重金属所毒害(poisoning)；(4)被SO3所毒害；和(5)被飞灰侵蚀。

此系统注入之NH3量由入口烟气之NOx浓度和欲达之去除率而定。事实上，所有注入之NH3并非全部反应；必有少许之NH3逃逸(slip)。如果这些逃逸的NH3量很多，则会和SO3反应而形成硫酸氢铵，造成下游设备阻塞之问题。

(三)湿式同时脱硝、脱硫法

原理：

目前发展的湿式脱硝、脱硫法可分成两种：

1.吸收－还原法

此法主要是利用含铁之螯合物(chelating compounds)来吸收NO；而SOx同时被吸收反应成亚硫酸钠，并与NO复合物反应，产生N2，Fe螯合物和硫酸钠，其反应式如下：

NO+Fe-EDTA→Fe-EDTA-NO (3)

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2 (4)

Na2SO3+Fe-EDTA-NO→Fe-EDTA+Na2SO4+1/2N2 (5)

除了EDTA外，NTA、半脱氨酸(cysteine)亦可用做吸收剂。

2.氧化－吸收－还原法

此法是利用臭氧(O3)或二氧化氮(ClO2)将气态之NO氧化成NO2，反应式如下：

NO+O3→NO2+O2 (6)

或2NO+ClO2+H2O→NO2+HNO2+HCl (7)

NO2再由FGD系统产生之亚硫酸盐和硝酸盐溶液所吸收，产生硫酸盐或亚硫酸氢盐离子，反应式如下：

2NO2+CaSO3+CaCO3+2H2O→Ca(NO2)2+CaSO4．2H2O+CO2 (8)

CaSO3+SO2+H2O→Ca(HSO3)2 (9)

亚硫酸盐离子可将NO2还原成N2，而其本身则氧化成硫酸盐，反应式如下：

Ca(HSO3)2+Ca(NO2)2+H2O→N2+2CaSO4．2H2O (10)

(四)电子光束(Electron Beam)法

原理：

此种方法是利用一电子光束射透烟气气流，使电子与气体分子碰撞产生离子；其次与气体反应产生原子和自由基。这些原子或自由基与烟气中之污染物反应，其反应式如下：

H20 → H+OH (11)

O2 → 2O (12)

OH+NO → HNO2 (13)

O+NO → NO (14)

OH+NO2 → HNO3 (15)

SO2+O → SO3 (16)

上式反应过程中产生的酸可用碱(如Ca(OH)2)中和，反应式如下：