燃煤工业锅炉氮氧化物污染防治技术路线

2017-03-03胡长淳广东科达洁能股份有限公司广东佛山528313

化工管理 2017年18期

关键词：工业锅炉氮氧化物炉膛

胡长淳（广东科达洁能股份有限公司，广东佛山 528313）

燃煤工业锅炉氮氧化物污染防治技术路线

胡长淳（广东科达洁能股份有限公司，广东佛山 528313）

工业锅炉会因燃料与其设计与构造的特点，在作业时产生大量氮氧化物，造成较为严重的大气污染。本文从工业锅炉设计、制造出发，提出了几种有效的减排氮氧化物污染物的途径，包括低氮燃烧技术、炉内SCNR脱硝及尾端烟气脱硝技术等。

燃煤工业锅炉；氮氧化物；污染防治；SNCR

氮氧化物是一类只有氮元素、氧元素组成的化合物，主要包括一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮等，其中一氧化氮和二氧化氮含量最多。氮氧化物不仅是危害极大的一次污染物，也是臭氧生成反应的前体物，还会加重区域大气悬浮细粒子污染，并诱发严重雾霾。大气中氮氧化物的排放来源主要是化工排放、钢材与建材生产工业、电站锅炉、机动车尾气、燃煤工业锅炉等。我国“十一五”期间，氮氧化物排放量大幅上升，集中表现为在珠三角、长三角、京津冀等经济发达地区雾霾现象严重，硫酸-硝酸复合型酸雨频发，基于此，我国自“十二五”期间将氮氧化物列为总量控制污染物，重点治理氮氧化物的排放与污染。

1 我国燃煤工业锅炉氮氧化物排放分析

作为热能动力的最主要设备，工业锅炉大规模应用于各行各业，目前我国在用的工业锅炉数量接近60万台，燃煤总量超过6亿吨，氮氧化物排放总量在250万吨以上，是氮氧化物的最主要排放源之一。因此，治理燃煤工业锅炉的氮氧化物排放，对提高大气质量，改善人居环境具有重大意义。

我国的燃煤工业锅炉大多压力小于2.45Mpa、出力不大于45.5MW，用于工业生产或居民采暖，具有分布行业广泛、布局分散等特点。与电站锅炉相比，燃煤工业锅炉多燃用劣质煤，煤粒径大，锅炉容量小，燃烧多在炉膛底部，造成热效率低下并且污染物排放量大。

燃煤工业锅炉在燃烧过程中会产生热力型、快速型与燃料型三种氮氧化物，其中95%以上为一氧化氮，排放的一氧化氮可在大气中发生氧化反应生成相对稳定的二氧化氮。当炉膛温度达到650～800℃时，燃料中的氮开始释放并与氧气反应形成氮氧化物，称之为燃料型氮氧化物，在炉膛温度低于1500℃时，锅炉产生的氮氧化物大部分为燃料型，由于燃煤工业锅炉的中心温度大多低于1500℃，因此这一类锅炉主要排放燃料型氮氧化物；当炉膛内温度高于1500℃时，空气中的氮迅速与氧结合形成热力型氮氧化物，温度越高其生成速率会显著增加，此时锅炉排放的氮氧化物多为热力型氮氧化物，且其浓度随着温度与氧含量的增高而增大；与另外两种氮氧化物相比，快速型氮氧化物的排放量可以忽略不计。燃煤锅炉氮氧化物的排放量通常受燃料种类、锅炉结构和炉型、过氧系数、炉膛温度、烟气停留时间等一系列因素影响，因此其数值保持在一个浮动的范围（500-1000 mg/m3）。一般来说，煤种氮含量高、过氧系数偏大、炉膛温度过高、烟气在高温区停留时间过长会显著促进氮氧化物生成。

2 燃煤工业锅炉氮氧化物控制技术现状

欧美地区、日本等发达国家在上世纪90年代就开始重视燃煤工业锅炉排放氮氧化物的问题，从燃烧方式改进、炉膛内脱硝、尾部烟气脱硝等方面着手开发了一系列减排技术路线，例如在锅炉中引入烟气再循环体系，实现二级燃烧，并将燃烧器换为低氮氧化物排放类型，最终实现70%的氮氧化物减排。与各种技术相比，从源头上改进燃烧器并采用低氮燃烧是降低氮氧化物排放最为经济的办法。

炉膛内脱硝技术主要指选择性非催化还原技术(SNCR)。该技术主要用氨气、尿素作为还原剂，不添加任何催化剂，工艺简单，投资较少，不存在严苛的技术壁垒，但是适用温度范围窄，并且喷氨口的设置要考虑到炉膛温度分布、煤的种类等因素，操作难度较高。

3 我国燃煤工业锅炉氮氧化物控制技术展望

从我国的煤炉工业锅炉分布来看，在未来较长的一段时期内，中小型工业锅炉仍旧是最主要的热能设备。针对中小型工业锅炉的氮氧化物排放治理，应该重视研发高效燃煤锅炉与清洁燃料锅炉，从根本上降低氮氧化物污染；在锅炉房运行水平方面，应该针对已有的锅炉分布情况，配置相互匹配的锅炉房主机、辅机以及具有较高自动化的运行系统，相关单位应有针对性地改造锅炉房系统从而改善锅炉房的整体运行效率，运行效率每提高10%，我国燃煤锅炉的氮氧化物排放总量便减少25万吨；在氮氧化物减排技术方面，我国应给予相关的科研、产业化研究更多的支持，包括组织高校、科研机构与相关企业进行产学研一体化研究，成规模地开发出具有示范性作用的氮氧化物削减技术，科学地实现氮氧化物减排；在城市供热与工业供气方面，我国应大力推行集中供热与集中供气的方式，避免出现分布多、热效率低、污染严重的燃煤小锅炉的局面；在我国的氮氧化物重点防治区域，仅仅采用低氮燃烧技术已无法有效治理氮氧化物排放过多的问题，因此应从还原剂开发、工艺优化等方面推进炉膛内SNCR脱硝技术的改进，同时加快SCR脱硝技术催化剂科研攻关，打破技术壁垒。