| 旋流生物質燃燒機低NOx排放技術 |
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鄭州達冠節(jié)能環(huán)保設備有限公司
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旋流生物質燃燒機低NOx排放技術 摘要： 詳細分析了生物質燃燒的特點及其燃燒產物NO。的生成機理，從實用性與高效性上，對各種目前研究與應用的控制旋流生物質燃燒NO，排放的技術如低NO。旋流生物質燃燒機、空氣分級、再燃和尾部煙氣脫硝等進行了介紹，聯系運行的實際情況進行比較分析。 1 前言 全世界范圍內對能源需求的增長致使各種新能源方式不斷出現，如核能、水能、太陽能和風能等都得到了極大限度地應用。秦山核電站、三峽水電站、內蒙古和新疆等地的風力發(fā)電等項目是人們充分利用能源和對能源需求量大的一個鮮明表征；而另一種古老的能源——煤炭，在能源消耗結構中仍占很大的應用份額，而且在未來相當長的時期內這種趨勢不會有大的變化。統(tǒng)計顯示【11，截至2003年底，全國發(fā)電設備容量384.5 GW,萁中水電92.17 GW，占24%、核電6.19 GW，占1.6%、而火電285. 64G W,占到了74.3%；在1980年底，全國的裝機容量僅為68.5 GW,到1990年達到了137. 89 GW,而到2000年猛增到319. 33 GW。雖然，2000年到2002年的增長比例較小(2002年356. 57 GW)，但目前還在新建和正在建設許多大容量、高參數的火電機組，預計到2020年全國發(fā)電機組的容量將達到950 GW,其中火電約占64.7‰合計615 GW。在這次統(tǒng)計的火電機組中，燃煤機組的容量占93%之多。而且，由于我國屬于一次能源型國家原煤的儲量相對豐富，開采的成本較低廉，目前新建和待建的火電項目也多是以燃煤為主。伴隨優(yōu)質煤儲量的相對減少，燃用的煤種也從以前以煙煤、褐煤、劣質煙煤為主，到現在的很多鍋爐設計煤種以貧煤、無煙煤等低揮發(fā)分煤為主；而且由于技術、材料和制造等各方面的改進，使目前的燃煤機組的可靠性和經濟性均有很大地提高4，如765臺100 MW以上火電機組的等效可用系數2001年比2000年高0. 34%，比1996年高4．26%；300 MW以上容量的火電機組的增長率更高，2001年比1996午提高8. 92%，達到91. 43%；大部分火電機組的效率都達到90%以上。 隨著火電項目中燃煤機組的增加，生物質燃燒的產物C02、CO、S02、NO。和N20對環(huán)境的污染越來越受到廣泛的關注，酸雨、溫室效應、臭氧層的破壞、大氣煙霧等嚴重地影響了人類生存的環(huán)境，伴隨世界范圍內對能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略認識的不斷提高，環(huán)境保護已引起世界性的廣泛關注，而作為大氣污染主要來源的生物質燃燒產物的氮氧化物NO。的控制就變得更加嚴格了。發(fā)達國家如美國從20世紀50年代就開始對NO。的排放進行了研究，到70～80年代達到研究的高峰；而發(fā)展中國家如我國在20世紀的90年代才開始關注NO。的污染問題。而且發(fā)展中國家的控制標準也比西方發(fā)達國家寬松得多，如我國2003年頒布2004年1月1日實行的《火電廠大氣污染物排放標準》中規(guī)定：揮發(fā)分> 20%的固態(tài)排渣生物質爐的NO？刂浦禐450 mg/m3（新建）、650 mg/m3（己運行）。而美國的NO？刂茦藴蕦τ>73 MW的鍋爐為184.5 mg /m3。我國現在運行的生物質爐即使依據遠高于美國NO。控制標準的2003年頒布的NOx排放標準來監(jiān)控，也大部分遠遠超過這個控制指標。因麗，開發(fā)、研究和應用低NO。排放技術是解決環(huán)保問題的當務之急。 2生物質燃燒時NOx的生成機理 通常所說的NO。包括NO和NOz，其中NO約占95%，因而通常研究中用NO來代替NOx，而忽略NOz。NO -旦產生，會迅速被一些離子基團如OH-等氧化而生成危害性更大的物質，如N02、HN02等。它們是形成酸雨和光化學煙霧的主要物種和引發(fā)物，可使人患肺氣腫、視力減退和支氣管炎等疾病，甚至威脅人類的生命；而且對各種農作物和生態(tài)環(huán)境也有極大的危害作用，因此需要嚴格控制其排放口1。 生物質由燃燒設備噴入爐膛后，在水冷壁的輻射熱和熱煙氣的對流加熱下，以約(104～l05)℃／s的高加熱速率進行煤中揮發(fā)分的析出、燃燒和焦炭的燃燒等。根據燃燒過程的特點和NO的生成途徑的差異，將NO分為燃料型、熱力型、瞬時型3種。 燃料型NO主要由煤中的含N化合物在燃燒過程中直接氧化形成。通常煤中N的含量在0.5%～2.5%左右，氮原予以N-H、N-C或C-N鍵與各種碳氫化合物結合成N的各種不同的環(huán)狀或鏈狀化合物。煤中含氮有機化合物的C-N結合鍵能比空氣中氮分子N-N的鍵能小得多，氧原子很容易首先破壞C-N鍵，并與其中昀N原予反應，生成NO。煤中的N，一部分隨揮發(fā)分析出，一部分留在焦炭中。揮發(fā)分N隨著其燃燒而形成中間產物HCN、NH3和焦油等，前2種中間產物的量和比例隨煤種的不同而有差異，這是因為對于不同的煤種，其中的N與碳氫化合物的結合狀態(tài)和揮發(fā)分含量是不同的，這些中間產物的燃燒產物是NO或N z；而且焦油中N含量幾乎與原生物質的含量相同【41，這些焦油會在燃燒后期發(fā)生再燃燒，它的燃燒產物與焦炭的燃燒產物基本相同；焦炭中的N元素在燃燒過程中以-CN的基團形式與0、NO等反應，同時在焦炭的催化作用下形成NO、Nz等。從上面的分析可以看出揮發(fā)分燃燒階段生成的NO可以在后一階段的焦炭的燃燒過程中得到還原，但焦炭的燃燒依然有NO的生成。揮發(fā)分燃燒與焦炭燃燒這2個階段的NO的轉換率受許多條件的控制，如煤種、配風條件、生物質燃燒過程中的焦炭的粒度．焦炭顆粒中灰分的催化作用、焦炭周圍的氣體環(huán)境等，但總的NO的轉換率是由揮發(fā)分、焦炭2個階段的NO生成量和焦炭表面上NO的還原量決定的。 熱力型NO是由高溫下空氣中的Nz與02、氧原予、OH基團等反應生成的： Nz+0 -——÷NO+N - N+02——÷N O+O - N+O H-—～—NO+H+ NO的反應生成速率受這3個反應的聯合速率決定。傳統(tǒng)的觀點認為，這個反應遵從Z eldovich理論，熱力型NO的總生成速度與溫度的關系是按照阿累尼烏斯定律進行的，在溫度低于1 500℃時，熱力型NO的產生量很小，但在溫度高于1 500℃時，NO的生成率變得明顯，所以對于生物質爐的局部高溫區(qū)，熱力型NO量生成量是很大的。 瞬時型NO是空氣中的N與燃燒產物中-CH基團反應產生的CN、HCN等中間產物，這些中間產物再與02反應生成NO。由于瞬時型的NO是在燃燒的火焰鋒面的內部生成的，這個火焰鋒面非常薄，則這種NO的生成時間極短，生成量也非常少，通常認為其約占總生物質燃燒NO生成量的5%以下。 由于生物質燃燒過程中有這3個方面的NO的生成，而且在生物質爐的運行狀態(tài)下NO的生成量相對較高，必須采取措施來有效地降低NO的生成。 3低N Ox的旋流生物質燃燒技術 電站鍋爐常用的生物質燃燒機除了直流生物質燃燒機以外，還有一種旋流生物質燃燒機。它們的相同點是一次風均為帶粉的氣流，一次風的作用根據選用的磨煤機的不同稍有差別。如果選用的是帶中間倉儲的送粉方式，則一次風要克服輸粉管道的提升和彎頭阻力；而在直吹式磨煤機系統(tǒng)中，一玖風除了克服輸粉管道的提升和彎頭阻力外，還要將煤帶進磨煤t/L,再將制成的生物質帶出磨煤機，這樣對一次風機的壓頭要求比較大。2種燃燒機都有二次風（有時還有三次風），它們是為生物質的充分燃燒而提供的。而旋流燃燒機的一次風和二次風可以都是旋轉的，也可以局部氣流旋轉，使旋轉的氣流形成有利于生物質著火和穩(wěn)燃的回流區(qū)；這種燃燒機可以前墻布置，也可以前后墻對沖布置，但以對沖布置形式為優(yōu)，它對爐膛的形狀要求不高，不像直流燃燒機要求近 于方形的結構，這樣有利于爐內受熱面的布置。旋流燃燒機的單個燃燒機可以單獨組織燃燒，不需要借助其它燃燒機氣流的支持來維持爐內的空氣動力場。但相對來說，由于旋流燃燒機的氣流混合較早，使燃燒區(qū)域較集中，燃燒機區(qū)溫度較高，NO的生成量較高[6]。 對燃煤電站鍋爐來說，如果爐內的容積熱負荷和燃燒機區(qū)的截面熱負荷較低，使爐膛內的總爐膛溫度低于1 500℃那么只要降低燃料型NOx的生成，就可明顯降低NOx總排放。采用低NO。燃燒機可在爐內形成有利于較低的燃燒溫度的空氣動力場，在生物質燃燒過程中建立過量空氣系數<1的富燃料區(qū)，使燃料氮在其中盡可能多地轉化成揮發(fā)分N，并在還原性氣氛下促使燃料氮轉變?yōu)榉肿拥。電站鍋爐目前廣泛采用煤粉濃淡偏差以提高穩(wěn)燃性能，即將一次風生物質混合物經生物質濃縮器分離成濃生物質與淡生物質，或是上下濃淡偏差，或是水平濃淡偏差。從NO。生成來看，濃生物質處于高溫還原條件下燃燒，故揮發(fā)分NO。易被還原成N2，而此時淡生物質處于背火面，即低溫氧化氣氛條件下，雖然氧量多，揮發(fā)分NO。要增加，但由于溫度低，揮發(fā)分NO。狨少，揮發(fā)分NO。和總的NO。是隨生物質濃淡比增加而趨于減少的。因此，通常穩(wěn)燃效果較好的濃淡型燃燒器，均具有一定程度的低NO。性能。 3.1低NOx電流生物質燃燒機 旋流生物質燃燒機一般都是圓形布置，從中心向外依次是中心風、含生物質的一次風、二次風。通過二次風旋流與中心處穩(wěn)燃錐的共同作用，在燃燒機出口形成一個高溫煙氣的回流區(qū)，而生物質則往往是利用一次風道中的生物質濃縮器形成煤粉的內濃外淡，從而在二次風的旋流作用下，煤粉由中心向回流區(qū)邊緣移動，有利于濃生物質首先著火，引燃淡生物質。隨著旋流強度增大，煙氣回流區(qū)加大，又增加了橫向湍流混合，有利于生物質著火，故生物質燃盡率提高。但為防止燃燒機噴口燒壞和結渣，熱回流量有一最佳值；考慮到燃料著火，生物質濃淡比也有一最佳值，對于旋流燃燒器而言，二次風旋流強度大小不僅要考慮對熱回流區(qū)大小的影響，而且它直接影響二次風與一次風生物質混合的強烈強度，因此旋流強度大小有一最佳值，既有利于熱回流對生物質的提早點火，又不至于大大增加NO。排放。目前應用的大部分低NO。旋流生物質燃燒機都是在考慮上面的各種因素設計的。 3.1.1三井巴布科克的LNASB型低NO。軸向旋流燃燒機 LNASB型低NO。軸問旋流燃燒機結構見圖1㈤。生物質和一次風混合物切向進入一次風管道，經擴錐管內的旋流片使生物質氣流分配均勻，在燃燒機一次風管道內旋轉前進經燃燒機一次風管內的一次風粉分割器（芯風管）分割為4股獨立的風粉流，一方面相對地增大生物質與周圍軸向旋流二次風的接觸比表面積，可以控制一次風環(huán)型套筒周圍風煤比的變化；另一方面使一次風粉在一次風管噴口內部就形成4股獨立的相對濃生物質氣流和其周圍的相對淡生物質氣流的“濃淡分級燃燒”，從而形成在總體供氧水平極低、溫度水平相對低的爐內氣氛前提下，保證生物質順利著火和穩(wěn)定燃燒，還可以大大地抑制N0。生成。這種燃燒機的燃燒用風分為兩級，即旋流二次風和旋流三次風。旋流二次風由手動套筒擋板和手動旋流器拉桿調節(jié)風量和旋流強度；而三次風僅由手動旋流器拉桿調節(jié)旋流強度，安裝時預先將旋流器位置調整好，運行中不能調整。在二次風壓不變的前提下，改變二次風套筒擋板位置，使二次風量與三次風量的比例發(fā)生變化。三次風和二次風的氣流形成獨立的旋流，支持揮發(fā)分充分燃燒，同時最大限度地減少NO。的生成量。與燃燒機主體爐膛側相接的為一漸擴形的耐火磚旋口，以便保證風粉在燃燒機出口充分展開，產生足夠的回流區(qū)，有利子各股氣流的混入。 性能試驗表明，LNAB型燃燒機的性能穩(wěn)定，高負荷不結渣，低負荷穩(wěn)燃能力強，NO。排放濃度低，運行經濟性商是一種清潔燃燒的生物質旋流燃燒機。應用在華能大連電廠二期2×350MW上的燃用晉北煙煤的這種燃燒機的排放測試結果不高于616 mg/m 3。 3.1.2德國Bab cock公司的直流擾動式雙調風旋流生物質燃燒機（簡稱雙調風燃燒機） 德國B ab co ck公司的直流擾動式雙調風旋流生物質燃燒機的結構見圖2[8]。點火油槍放在中心管內，中心管噴口同時便于形成穩(wěn)定的回流區(qū)；切向進入的一次風生物質氣流經中心管外的環(huán)形一次風通道噴入爐膛。燃燒用的二次風分為2部分：內二次風環(huán)道中設有旋流葉片，使氣流旋轉；外二次風由外環(huán)道直流射入。改變各二次風入口擋板的開度，可改變它們的入口風量。內二次風旋轉帶著直流一次風旋轉，在燃燒機的出口處形成回流區(qū)，高溫煙氣回流有利于生物質的著火和穩(wěn)燃。在生物質著火燃燒后，只加入了一部分燃燒所需風量：旋流二次風使這個燃燒區(qū)的過量空氣系數a 1，有利于已生成的NO。還原，形成揮發(fā)分和少量焦炭燃燒的初級燃燒區(qū)。外二次風由外環(huán)風道直流射入，在初級燃燒區(qū)的下游混入火焰中（這里a>1），形成富氧氣氛，使剩余的焦炭顆粒完全燃燒，形成第二級的主燃燒區(qū)。由于燃燒過程延長，降低了火焰溫度，進一步抑制NOx的生成。可見，雙調風燃燒機是按有利于低NO。排放的原理組織各射流工況屬于空氣分級的低氮燃燒機。神頭第=電廠引進的2×500MW鍋爐采用的這種燃燒機經過燃燒調整優(yōu)化后，NO。的排放低于650 mg/m3，達到國家的排放標準。 3.1.3北京BW公司的XCL和DRB型燃燒機 XCL和DRB結構類似與上面的雙調風燃燒器，其結構見圖3闈，不同的是沒有中心管，點火油槍放在有旋流葉片的內二次風道內。另外，外二次風也是有可動葉片的旋流風，XCL和DRB的區(qū)別是外二次風的進風方式不同，圖3中的外二次風切向進入是DRB型燃燒機，而XCL型為軸向進風方式。當然由于結構的不同，這2種燃燒器的設計風速和風量份額不同。這種結構相對于雙調風燃燒機的優(yōu)點是減少了一次風生物質氣流對中心管的磨損，但這種一次風出口處無鈍體存在對回流區(qū)的位置是有影響的。就應用效果來看，DRB型燃燒機的爐膛內火焰充滿度好，低負荷穩(wěn)燃能力強。應用在南通電廠二期的2×350 MW鍋爐上燃用劣質煙煤的這種燃燒機的實測NO。排放值在334 mg/m3～440mg /m3之間，遠遠低于國家控制標準650 mg/m。。 3.1.4 IHI的低NO。雙切向旋流燃燒機 IHI的低NO。雙忉向旋流燃燒機的送粉風和完全燃燒用風均是切向進風，旋流強度非常大，其結構見圖4[“3。一次風和三次風（等同于中心風）的風道是漸縮的錐形；燃燒用的所有二次風先經過外套筒的切向葉片進入外二次風通道然后有一小部分通過內二次風切向葉片進入內二次風通道，形成旋流內二次風。 3.1.5徑向濃淡生物質燃燒機 哈爾濱工業(yè)大學研究開發(fā)的這種燃燒機的結構見圖5【1”。這種燃燒機的結構類似雙調風燃燒機，外二次風為直流風，內二次風由軸向葉片形成旋轉。徑向濃淡生物質燃燒機在一次風管道中應用了百葉窗生物質濃縮器，因而在一次風出口處形成了濃生物質氣流在內與淡生物質氣流在外的配風方式噴入爐膛，形成沿半徑方向的濃煤粉、淡生物質的著火方式。這種燃燒機是將生物質分級、空氣分級相組合的一種方式。應用此燃燒機在清河6號爐的改造項目上，得到實測值為430mg /m3左右的NO。排放，效果較好。 上面對各種低NO。直流與旋流生物質燃燒機原理和結構作了簡單的介紹，雖然它們的NO。排放水平總體上來說，在當時發(fā)明和設計日寸，許多性能指標能滿足需要，但隨著各種嚴格的、高要求環(huán)保標準的施行，還必須從結構和原理上作改選以滿足不斷提高的控制標準要求。 3.2空氣分級燃燒技術 低NO。生物質燃燒機多數是采用生物質濃縮的方式來達到提高生物質濃度，降低著火溫度和著火熱。但由于現在燃燒的劣質煤越來越多，因而必須加強燃燒后期生物質的燃盡。目前使用的空氣分級燃燒技術：一方面是為了強化燃燒后期焦炭的燃盡，另一方面還能還原部分已經生成的NO。？諝夥旨壢紵幕驹硎菍⑸镔|燃燒所需要的空氣分2個階段給入：第一階段是主燃燒區(qū)，這里的空氣量一般占總二次風量的70%～80%，由燃燒機送入爐內，補充一次風生物質氣流的完全燃燒的需要；第二階段是燃盡區(qū)，這部分的風量占總二次風量的5%～15%，由燃燒機上方單獨的噴口送入爐內。實行空氣分級燃燒后，相對來說總空氣量較少的生物質在主燃燒區(qū)歷需的著火熱減少，使火焰溫度有所降低，生物質氣流易于著火；在燃盡區(qū)適當空氣量的補入，可完成未燃焦炭的燃盡，這時的燃燒產物還可以在主燃區(qū)已生成的N0。中還原成N。同時，分級風的引入，可以有效地降低燃盡區(qū)的火焰溫度，有利于減少NO。在這一區(qū)域的生成。如，在某600MW機組上進行的試驗研究，在采用均勻送風和分級送風2種運行方式時【19，空氣預熱器前煙氣中含NO。的量由650 mg/m3降低到400 mg／m3，可見分級燃燒降低NO。的效果非常明顯。但對于不同的煤種，分級風口的位置、分級風量都有一最佳的值，如分級風的位置距離主燃燒區(qū)太近，生物質尚未完全燃燒，在分級風的冷卻作用下，反而不利于其燃燒完全；反之，如果分級風口距離主燃區(qū)的位置過遠，使未完全燃盡的焦炭顆粒經歷了一個降溫過程。由于這個降溫過程可能對焦炭顆粒的某些燃燒特性產生了影響，然后再進入燃盡區(qū)，雖然燃燒溫度可以達到原始焦炭顆粒的燃盡需要，但可能已不能完全燃盡了。 3.3燃料的再燃 由NOx的分解機理可知，已生成的NOx在遇到烴的自由基CH：和未完全燃燒產物CO、H2、C和巴H。時，會發(fā)生N0的還原反應。根據這一原理，如果將占輸入熱量80 %～85%昀生物質噴入主燃燒區(qū)，而將占輸入熱量15%～20%的另一部分燃料噴入位于主燃燒區(qū)上方的燃燒區(qū)，目前通稱這一區(qū)為再燃區(qū)。這一區(qū)的環(huán)境是過量空氣系數0：<1的還原性氣氛，主燃燒區(qū)中生成的NO。被再燃區(qū)中燃料燃燒生成的不完全燃燒產物CH等還原成分子氮。 再燃燃料可以與主燃料相同也可以不同，但由于生物質氣流在再燃區(qū)內的停留時間相對較短，再燃燃料宜于選用容易著火和燃燒的烴類氣體或液體燃料，如天然氣。影響再燃還原NO。的主要因素有再燃燃料種類、再燃燃料比例、再燃區(qū)內過量空氣系數、再燃區(qū)內溫度及停留時間等。 再燃燃料有天然氣、超細生物質等。天然氣本身不含有N元素，CH的含量較高，用它作再燃燃料，只起還原的作用；同時它的熱值高，還有利于生物質的燃盡；但最不利的方面是，應用噴氣作為再燃燃料的運行成本偏高，再加上其儲量的有限眭，不利于它的大范圍的工業(yè)應用。 超細生物質再燃燒還原NO。的機理相當復雜‘141，主要包括均相還原反應機理和異相還原反應機理。均相還原反應是通過煤析出的揮發(fā)分還原NO;而異相還原反應發(fā)生于煤焦與氣態(tài)燃燒產物之間，其中確切反應機理還不太清楚。考慮到煤中含有N元素，因而適用于作再燃燃料的煤的品質要求是揮發(fā)分含量高、含氫量高、含氮量低、灰分少等。現階段應用煙煤和褐煤的效果已有報道。這種情況下財生物質的細度要求較高，當然是越細越好，且要求磨煤機的出粉均勻性要高，平均粒度在15 Vm左右。如果進入再燃區(qū)的生物質粒度過粗，將導致生物質的不完全燃燒飛灰含碳量增加，同時會產生新的NO。。生物質再燃異相還原NO。的影響因素很多，主要有煤種、生物質粒徑、氣氛、煤中金屬氧化物含量等。生物質粒徑不僅影響顆粒熱響應特性，而且影響顆粒內部熱解產物二次反應程度，進而影響NO。的還原效率。 4尾部煙氣脫硝 目前關于如何有效地降低鍋爐尾部煙道中NO。的排放量已經吸引很大一批科學工作者的目光，也涌現出許多新的適合于尾部煙氣脫硝的技術，主要有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法( SNCR)、吸附法、等離子體過程NO。治理技術等。 4.1選擇性催化還原法(SCR) SC R的脫硝原理是在金屬催化劑的作用下噴氨，將煙氣中的N0。還原成N2和H20，其主要的化學反應為： 4N0+4N H3+02= 4N2+6Hz0 NO+N02+2N H3 =2N2+3H20 這2個反應在適當催化劑的作用下，可在較低的溫度下有效地進行，脫氮比在合適的條件下也很高。從這2個反應的方程可以看出，反應產物是Nz和Hz0，而不是NO被02氧化，因而這種脫硝方式禰為“選擇性催化還原”法‘151。 應用SCR這種脫硝方式的裝置通常放在鍋爐的省煤器與空氣預熱器之間的鍋爐尾部的垂直煙道中。應用于這種方式中的噴氨方式有2種：無水和有水法。催化劑的選取是SC R脫硝效果的關鍵一環(huán)，催化劑的使用溫度越低，運行費用就越低；同時催化劑的使用溫度范圍越寬，運行的可控性越高，因此催化劑的低溫活性很重要；又由于生物質燃燒的尾部煙氣中，通常氧氣的含量較高而且會隨鍋爐負荷的變化而隨時變化催化劑應具有較好的高溫選擇性。只有從這2方面出發(fā)選擇制備催化劑，使催化劑兼顧低溫活性和高溫時的選擇性。目前已經出現了許多類型的適合于SCR應用的催化劑，如分子篩催化劑等，它的脫硝效率可達70%～90%。 影響SCR脫硝效果的主要因素有：煙氣量與催化劑的比值，脫硝效果與這個比值成反比；噴氨量與煙氣中NO。的濃度的比值，推薦的脫硝的比為1，如果氨氣的量低，導致較低的脫NO。的排放效果。反之，如果氨的濃度高，則會導致另一種污染物的產生。煙氣溫度也嚴重影響NO。脫除效果，溫度低時，噴入的氨會與煙氣中的含硫氣體反應，生成硫酸氨附著在催化劑的表面，影響催化效果；溫度高時，N H3與02會發(fā)生反應，使煙氣中的NO，含量增加。 4.2選擇性非催化還原法(S KICR) SNCR的脫硝原理也是氨氣與NO反應，反應式與SCR相同，SNCR與SCR的差別是不用催化劑，只是在爐膛的某一位置噴氨，還原生成NO。相對于SCR這種方法的優(yōu)勢是制造和運行成本低、設備簡單、操作容易；缺點是這種SNCR的脫硝方法中，氨氣與NO反應對溫度的依賴性決定了必須考慮鍋爐的結構形狀和溫度分布等因素，來確定它的噴入點。SN CR的總的噴氨利用率低，NO。的脫除率也要低20 %～50蚶16】。 4.3等離子體過程NO。治理技術 等離子體過程NO。治理技術是通過適當的方式產生等離子體，依靠等離子體內部的微觀物理化學過程使NO。等氣體在等離子體區(qū)被分解或氧化，濃度降低脫除NO！11。電子束法的原理是利用電子加速器產生的高能電子束，直接照射待處理的氣體，通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子碰撞，使之離解、電離，形成非平衡等離子體，其中所產生的大量活性粒子（如OH-、02。等）與污染物進行反應，使之氧化去除，見圖7。初步的研究表明，該技術在煙氣脫硫、脫硝方面的有效性和經濟性優(yōu)于常規(guī)技術。但是電子束照射法存在高能電子，可破壞氣體分子的化學鍵，同時，也可使煙氣分子電離，因而煙氣中含量最高的Nz和C02等氣體分子將被分解和電離，浪費了能量；同耐高能電子與煙氣氣體分子碰撞后能量將降低，因此剩余降到3eV以下的能量將浪費掉。電子束法設備結構復雜、占地面積大、X射線的屏蔽與防護問題也不容易解決，總成本高。為了避免電子加速器的使用，減少其輻射性，增強技術的安全性和實用性，產生了脈沖電暈放電NO。治理技術，它的機理與電子束照射法基本一致，都是利用電子的作用使氣體分子激發(fā)、電離或離解，產生強氧化性的自由基。但是，它產生電子的方式是利用氣體放電過程產生大量電子（見圖8），這些電子的能量等級較低。與電子束照射法相比該技術設備相對簡單、投資和占地面積都較少，但能耗大、制造大功率脈沖電源技術復雜、成本很高、火花開關壽命較短、需定期更換等。 上面提到的2種等離子體過程NO。治理技術都必須添加氨氣。添加氨氣，一方面要增加費用，另一方面可導致氨氣的泄漏，所以出現了直流電暈放電NOx治理技術。它是在直流高壓作用下，利用電極間電場分布的不均勻產生放電，利用煙氣中的氧氣和水分解產生自由基，把NO氧化成NOz和HNO。等物質，然后煙氣中的反應產物通入堿液吸收裝置被吸收。但是，該技術酌NO。脫除效率不足70%，而且能耗較大。 其它的等離子體過程降低NO。排放的方法如介質阻擋放電法、表面放電法等都剛處于試驗階段，或只是適合于小范圍的應用，距離大范圍的工業(yè)應用還有很大的距離，這里就不詳細介紹了。 5結束 通過前面對各種旋流生物質燃燒機和煙氣脫硝等技術的分析，可以看出各種尾部煙氣脫硝技術整體降低NO。的效果還是很好的，但初投資、運行成本、運行控制的要求等方面都較高。結合我國國情，應該優(yōu)先采用投資和運行成本都較低的低NO。燃燒技術來降低NO。的排放，既節(jié)約了能源，又保護了環(huán)境。低NOx燃燒技術是一種從根本上來控制NO。生成的技術。如果在設計階段綜合考慮環(huán)保和高效燃燒等方面，應用這種低NO。旋流生物質燃燒機，鍋爐的總初投資和運行費用不會增加。特別對于國力較弱和資源有限的國家，應加大力度繼續(xù)開發(fā)和研究高標準的低NO。旋流生物質燃燒機，配合合理的分級風燃燒技術；同時對整個鍋爐的供粉系統(tǒng)進行調敕，使輸粉系統(tǒng)與燃燒機相配合，達到生物質量與空氣量的精確配合，形成低NO。 |
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