燃烧过程污染物排放控制的现状与未来

燃烧过程污染物排放控制的现状与未来

——NOx控制的现状与未来摘要：继“十一五”期间火电脱硫改造工作的顺利展开之后，火电烟气脱

销改造工作成为“十二五”规划中对火电企业的一个新的挑战。本文通过对氮氧化物(NO

X

)的来源、危害和目前国内外氮氧化物的治理状况的论述，并对一些技术的优缺点做了叙述，同时指出了今后氮氧化物控制的方向。

关键字：氮氧化物脱销技术现状未来建议

1 燃煤电厂脱硝背景

1.1 NO

X

的危害

NO

X

排放会引发一系列的环境污染问题，毒害人类，危及人类的健康，破坏地球生态环境。其危害主要有：

①腐蚀作用。氮氧化物遇到水或水蒸气能生成一种酸性物质，对绝大多数金属和有机物均产生腐蚀性破坏。对人和其它活体组织也会产生灼伤，使活体组织中的水份遭到破坏，产生腐蚀性化学变化。

②对人体的毒害作用。据美国环境组织调查发现，在NO

2

污染区内，人

的呼吸机能下降，呼吸气管发病率增高：当N0

2

浓度达0.062～0.109ppm时，

发现急性呼吸器官病患者增多。当NO

X

与碳氢化合物经太阳紫外线照射，生成一种有毒的气体叫光化学烟雾。这些光化学烟雾，能使人的眼睛红痛，视力减弱，呼吸紧张，头痛，胸痛，全身麻痹，肺水肿，甚至死亡。

③对植物的危害作用。 NO对植物叶等不会引起斑害，但其能抑制植物的光

合作用。而植物叶片气孔吸收溶解NO

2

，就会造成叶脉坏死，从而影响植物的生长和发育，降低产量。如长期处于2～3ppm的高浓度下，就会引起植物产生急性

受害的症状，因此，NO

X

对植物的影响，不能忽视。

④对环境的污染。例如作为火箭推进剂氧化剂的N

2O

4

，一旦泄漏，除了会

发生燃烧、爆炸和急性中毒外，还会对周围的环境造成极大的污染，影响任务的顺利完成，危害参试人员和公众的健康。

1.2 我国对NO

X

的控制现状

我国以煤为主的能源决定了我国大气污染的特征为煤烟型污染。同时，我

国燃煤电厂在NO

X 排放控制方面起步较晚以致于NO

X

排放总量的快速增长抵消

了近年来卓有成效的SO

2控制效果，如果不加强治理，NO

X

的排放总量将会继续

增长，甚至有可能超过SO

2

成为大气中最主要的污染物。

继“十一五”期间火电脱硫改造工作的顺利展开之后，火电烟气脱销改造工作成为“十二五”规划中对火电企业的一个新的挑战。《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》被称为“史上最严格”的排放标准。按照目前的状况估计，如果要达到火电烟气排放达到新标准的要求，我国现役的7.07亿

千瓦火电机组中，将有约94%、80%和90%的机组需分别进行除尘器、脱硫和脱

硝的改造，这将为企业增加总计约2000-2500亿元的改造成本。此外，由于环保部要求新建火电项目要实现至少80%以上的脱硝效率，这意味着改造和更新后的脱硝环保设备还需要更多的维护和运行费用。据预测，到2015年，全国火电企业需要运行维护费用612亿元/年。到2020年，费用则将达到800亿元/年。

对比2003年标准，可见中国国内已开始下定决心进行NO

X

排放的治理，重视程度远远大于以前。

2 燃煤电厂NO

X

控制技术

2.1 低氮燃烧技术

2.1.1 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术又称分段送风，基本原理是将燃烧过程分两阶段完成。第一阶段，由主燃烧器供入炉膛的空气被减少到总供给空气量的70～75％，形成贫氧而富燃料的第一燃烧区。第二阶段，富余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口送入炉内，形成富氧而贫燃料的第二燃烧区，完成燃烧全过程。

可降低NO

X

生成量15%～30%。

2.1.2 燃料分段燃烧

该方法又称炉内还原，基本原理是将80%～85%的燃料送入主燃区，实现完全燃烧；其余15%～20%的燃料由主燃烧器的上部送入，在空气过量系数小于1

的条件下再燃，使已生成的NO

X

还原；在再燃区的上方布置OFA喷口形成三级

燃烧区，保证未燃烧产物燃尽，从而完成燃烧全过程。可降低NO

X

生成量50%以上。

另外还可以通过增大炉膛尺寸、分割燃烧室等方法降低火焰温度，提高冷

却水平，从而达到控制NO

X 生成的目的。然而在燃烧过程中控制NO

X

生成的方

法只能降低30%～50%的排放量，不足以满足日益严格的环保要求，这就需要采

用烟气脱硝技术。

2.2 烟气脱硝技术

烟气脱硝技术按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。湿法脱硝包括：酸吸收法、碱吸收法、氧化吸收法、络盐吸收法等；干法脱硝包括：选择性催化还原法、非选择性催化还原法、吸附法、等离子体活化法等。

2.2.1 湿法烟气脱硝技术

2.2.1.1 稀硝酸吸收法

由于NO和NO

2

在硝酸中的溶解度比在水中大得多（例如NO在12%硝酸中

的溶解度比在水中的溶解度大12倍），故采用稀硝酸吸收法以提高NO

X

的去除率的技术得到广泛应用。随着硝酸浓度的增加，其吸收效率显著提高，但考虑工业实际应用及成本等因素，实际操作中所用的硝酸浓度一般控制在15%～20%

的范围内。稀硝酸吸收NO

X

的效率除了与本身的浓度有关外，还与吸收温度和