新澤技術分享-鍋爐氮氧化物減排技術有哪些？

新的鍋爐大氣污染物排放標準以氮氧化物控制為重點，提升了氮氧化物的排放要求，本市現有燃油、燃氣鍋爐需要進行低氮改造，改造路徑有：燃燒前：使用優質燃料，減少燃料中的含氮量;(推薦）。燃燒中：使用低氮燃燒技術，控制燃燒溫度、氧量與時間，主要方法包括純氧燃燒，控溫技術(空氣分級、燃料分級、分散燃燒、煙氣內循環、煙氣外循環、空冷、水冷等);(推薦)。燃燒后：在煙氣排放后增加處理裝置，如尾部煙氣脫硝技術(SNCR,SCR)，AO干法脫硫脫硝協同技術，生物質藻類捕獲技術等。

氮氧化物怎么來?

鍋爐是利用燃料化學能或其他能源的熱能，把水或其他工質加熱到一定參數的熱能轉換設備。鍋爐的分類有很多，根據工質、燃料、出口介質、本體結構、水循環、額定壓力、出廠形式等等，在《鍋爐大氣污染物排放標準》中，以燃料分類：燃油鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐劃分。

鍋爐的主要污染物包括顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等。其中NOx(氮氧化物)是造成城市中霧霾與臭氧的污染物中最重要的元兇之一，氮氧化物包括NO，NO2，N2O、N2O3，N2O4，N2O5等，但在燃燒過程中生成的氮氧化物，幾乎全是NO和NO2。煤炭、天然氣、重油等天然礦物燃料在燃燒過程生成的氮氧化物中，NO占90%左右，其余為NO2。

鍋爐污染排放中，氮氧化物污染產生的方式有三種：燃料型、熱力型和快速型。

燃料型NOx：生物質及煤等燃料本身含有氮元素，而這些氮元素在燃燒的過程中會從燃料中析出，在鍋爐內經過一系列的氧化反應，生成NOx。由于天燃氣中基本不含固定氮，在燃燒天然氣的鍋爐中，燃料型NOx可忽略不計。去除燃料型NOx可以采用爐內脫硝，或者尾氣脫硝方式解決。

熱力型NOx：熱力型NOx是燃燒時空氣中的氮(N2)和氧(O2)在高溫下生成氮氧化物。影響熱力型NOx的最主要因素是燃燒溫度，從氮(N2)和氧(O2)的反應式中可以看出一些端倪：

平衡常數Kp是生成物(NO)與反應物(N2與O2)的濃度(方程式系數冪次方)乘積比,Kp數值越大，則代表在其他條件不變的情況下，NO的生成量越高。當溫度低于1000K時(約700攝氏度)，Kp值非常小， NO在很低的濃度下，等式就已經達到了平衡，就算增加氮氣與氧氣的濃度，或者增加空氣與燃料的停留時間，NO的增加也非常有限，隨溫度升高氮氧化物迅速增加，溫度在1500℃附近變化時，溫度增100℃，反應速度將增6～7倍。

過剩的空氣/氧氣濃度：氧氣濃度越高，NOx的生成量就越大;以及空氣與燃料的混合時間：停留時間越長，NOx的生成量就越大。這兩點也是熱力型NOx產生的影響因素。

快速型NOx：在碳氫化合物燃燒時會分解出大量的CH，CH2，CH3和C2等離子團，它們會破壞燃燒空氣中N2分子的鍵而反應生成HCN，CN等，然后再被氧化成NOx，在三種途徑中，快速型NOx所占比例不到5%。

這是一張氮氧化物產生濃度、爐膛溫度以及對應產生類型的關系圖，燃料型與快速型產生量會隨溫度逐步增加，受溫度影響不大，而熱力型NOx在溫度超過1400攝氏度左右時，其產生量急劇上升，受溫度影響劇烈。

氮氧化物怎么減?

上面介紹了氮氧化物的產生原理，氮氧化物減排，其實也是從產生原理出發，控制氮氧化物產生的條件，例如：改變燃料種類、控制燃燒溫度、控制氧含量等，總的來說企業可以通過以下幾種方式實現：

燃燒前：使用優質燃料，減少燃料中的含氮量;

燃燒中：使用低氮燃燒技術，控制燃燒溫度、氧量與時間，主要方法包括純氧燃燒，控溫技術(空氣分級、燃料分級、分散燃燒、煙氣內循環、煙氣外循環、空冷、水冷等);

燃燒后：在煙氣排放后增加處理裝置，如尾部煙氣脫硝技術(SNCR,SCR)，AO干法脫硫脫硝協同技術，生物質藻類捕獲技術等。

低氮燃燒改造技術：

1分級燃燒+煙氣外部再循環(FGR)

從鍋爐尾部煙室、煙道引部分煙氣回流入燃燒器，與助燃空氣摻混，再次參與燃燒，從而降低燃燒過程中的N2與O2濃度，并且煙氣中已經產生的NOx會對再燃燒時NOx產生有一定的抑制作用，完成改造后，在CO達標，氧氣濃度約為3.5%時，最終達到NOx排放30～50mg/Nm3。但此類安裝需假裝外循環煙道，燃燒器也需要考慮耐溫。

2分級燃燒+煙氣內部再循環(FIR)

燃燒器噴口混合燃料氣射流形成的文丘里現象，使燃燒頭部出現負壓區，從而直接吸入爐膛內煙氣，形成爐膛內部煙氣再循環，吸入煙氣同時也吸入部分助燃空氣，在燃燒器噴口前部與燃料部分預混合，部分預混合保證了燃燒不會出現回火。雖然采用的是部分預混合以及煙氣循環量控制精度不如煙氣外部循環，但采用兩種技術的結合，確保了燃燒的低氮排放要求。這種技術對爐膛尺寸要求較高，改造項目中一般不適用。

3表面燃燒

由燃燒器實現燃料在燃燒反應之前，與助燃空氣進行預混合，燃料噴出后，在燃燒頭前部表面燃燒盤上快速燃燒，可以加快O2與燃料的燃燒反應速度，從而降低高溫時NOx的生成量，同時遏制O與N的反應。

表面燃燒有以下幾個缺點：氣體燃料與助燃氣體預混，危險性較高;為防止回火和降低調整混合率難度，燃燒器需附加其他技措設計，從而對燃燒器使用壽命有所影響;表面燃燒網有一定的使用壽命，需要較多的運行維護(過濾器清洗，金屬纖維網檢查維護)維護費用會增加。

末端治理(煙氣脫硝技術)

1選擇性催化還原法(SCR )：在高溫煙氣(300-425°C, 低溫催化200°C以上)通過催化劑時噴入氨，將煙氣中的NOx還原為N2

2非選擇性催化還原法(SNCR):在高溫煙氣(870~1100°C)中噴入氨水或尿素液。

燃氣鍋爐排放煙氣溫度一般在150至250°C，不能滿足SCR和SNCR對煙氣溫度的要求，需增加熱源使熱煙氣升溫后才可使用，使得投入和運行成本都比較高。

3重金屬催化還原法：需要在一定溫度要求(大于250°C)的煙道內安裝，但工業和采暖鍋爐負荷波動大，溫度不穩定影響脫硝效果。

4臭氧氧化-吸收脫硝法：使用臭氧將NO和NO2氧化為極易溶的N2O5，通過濕式洗滌轉化為HNO3。由于對溫度沒有要求，易于控制，處理后排放煙氣干凈，是工業或采暖鍋爐最為適合。

對于上海燃油燃氣鍋爐的推薦治理方法有：

中小燃油鍋爐升級改造，鼓勵實施“油改氣”,“油改電” ，沒有條件的實施低氮燃燒改造;

中小燃氣鍋爐實施低氮燃燒改造;

企業在改造中要充分考慮效率影響、容量影響、油改氣或油改電的綜合解決方案、合同能源管理模式、融資問題、燃氣公司及電力公司配合問題與相關政策，結合自身的實際情況對各種技術進行優劣判斷，在改造的過程中一定要選擇合適的，并不是價格高的就普遍適用，貫徹“一爐一方案”的理念，完成鍋爐改造。

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