燃煤鍋爐控制氮氧化物含量超標的有效途徑淺談

一、氮氧化物的環境污染

氮氧化物是氮元素與氧元素結合后產生的化合物，包括N2O、NO、NO2等，除二氧化氮之外，其余的氮氧化物都非常不穩定，在光熱環境下會發生相互轉化。氮氧化物或多或少都具備一定的毒性，不僅會危害人體健康，對于環境也有著非常嚴重的污染和影響。首先，氮氧化物會吸收大氣層中的紫外光和可見光，與某些碳氫化合物反應后，生成臭氧、烷基以及硝基化合物等，這些生成物混合在一起，呈現出煙霧的形態，被稱為光化學煙霧。這種煙霧會刺激人的眼睛，影響植物的正常生長，還會導致大氣能見度的下降，給社會生產以及人們的日常生活帶來不便。其次，氮氧化物會與空氣中的水分發生反應，生成硝酸和亞硝酸，這是酸雨的主要成分，酸雨不僅會嚴重影響作物的生長，還會腐蝕建筑，威脅人們的身體健康。然后，氮氧化物會導致臭氧的減少，削弱其對于紫外線的防護作用，從而引發各種各樣的環境問題。因此，對廢氣中氮氧化物的含量進行有效控制，是非常必要的[1]。

二、控制氮氧化物的技術分類

對于燃煤鍋爐氮氧化物排放的控制技術，可以分為以下幾種不同的類型：

1、燃燒后控制技術

燃燒后控制技術主要是對煤炭燃燒后產生的煙氣進行處理，即煙氣脫硝技術，或者也可以說是煙氣氮氧化物凈化技術，其基本原理是利用非燃燒的方法，將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣，從而降低其排放量。根據反應介質的不同，燃燒后控制技術的類型是多種多樣的，這里主要對微生物法進行討論。考慮到氮氧化物屬于一種不含碳源的無機物，可以利用脫氮菌，在具備外加碳源的情況下，將氮氧化物作為氮源，利用還原反應，將其還原為氮氣，同時使得脫氮菌得到繁殖。在實際應用中，廢氣中的氮氧化物先是溶于水，然后被微生物還原，在這個過程中，可以加入有機物作為電子供體，通過氧化提供相應的能量。

2、燃燒中控制技術

燃燒中控制主要是指低氮氧化物燃燒技術，通過對鍋爐燃燒措施的改進以及對燃燒要素的調整，減少氮氧化物的排放。該技術的特點是工藝相對成熟，而且成本投入低，維護費用低。現階段，低氮氧化物燃燒技術主要是通過燃料的分級輸送，將空氣與燃料分級送入到鍋爐中，在鍋爐內形成三個不同的區域，分別為一次區、還原區以及燃盡區，與相應的技術手段結合，能夠減少80%的氮氧化物排放。這里以全氧燃燒技術為例進行分析，該技術是以純氧代替空氣，由于沒有了氮氣的存在，能夠減少氮氧化物的生成，煙氣量大大減少，而且煙氣帶來的熱能損失也可以得到顯著降低，節能效果顯著。而以純氧代替空氣之后，不需要設置空氣供給系統，鼓風機、換熱器以及熱風管道等設備也不再需要，能夠有效降低鍋爐運行的成本。

3、再燃技術

再燃技術主要是對燃煤鍋爐進行改造，在爐膛內設置還原區段，實現對氮氧化物生成量的有效控制。改造后的鍋爐爐膛可以分為主燃區、再燃區和燃盡區，通過二次燃燒的方式，不僅能夠減少氮氧化物的排放，而且可以對熱量進行充分利用，成本低廉，脫硝效果也較好，因此在燃煤鍋爐氮氧化物控制中有著廣泛的應用，并且得到了政府部門的支持。

4、煙氣循環

煙氣再循環同樣是降低氮氧化物含量的重要技術措施，其基本原理，是在鍋爐空氣預熱器前，抽取一部分低溫煙氣，直接送入到鍋爐內，或者與一次風、二次風混合后送入到鍋爐內，降低燃燒溫度和氧氣濃度，從而起到降低氮氧化物含量的效果。不過，煙氣循環技術需要對現有的鍋爐設備進行改造，成本相對較高，而且需要在進行安全性與經濟性的比較后，才能夠決定是否實施。

5、停用燃燒器

可以將現有的燃燒器更換為低氮燃燒器。氮氧化物的生成與溫度有密切的關系，一般火焰溫度越高，氮氧化物的生成越多，反之亦然，這也是流化床爐綠色環保的原因之一。低氮燃燒器一般把一次風分成濃淡兩股，濃相在內，更靠近火焰中心；淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內著火時，火焰溫度相對較高，但是氧氣比相對較少，故生成的氮氧化物的幾率相對減少；淡相在外，氧氣比相對較大，但由于距火焰高溫區域較遠，溫度相對較低，故氮氧化物的生成也不會很多。

三、綜合控制技術

對于燃煤鍋爐廢氣中氮氧化物的綜合治理與控制，是當前污染治理工作研究的重點和熱點問題，例如，脫硫脫氮一體化技術，能夠同時進行煙氣的脫硫脫氮處理，具有非常顯著的優點，一是可以同時對煙氣中的二氧化硫和氮氧化物進行處理，能夠縮短工藝流程；二是工藝簡單，操作方便，成本投入少，運行費用低，而且不需要占用更多的空間；三是處理后產生的副產品可以回收利用，不會產生二次污染；四是能夠有效滿足當前嚴苛的污染排放要求。

這里主要對比較常見的催化氯化法進行分析。這種方法是利用相應的催化劑，結合煙氣中存在的氧氣，對二氧化硫和氮氧化物進行氧化吸收。在國外，德國的多家公司聯合開發了DeSONOx工藝，利用催化劑同時注氨，可以有選擇地脫除氮氧化物，而由于催化劑氯化作用，可以將二氧化硫轉化為三氧化硫，經回收處理后得到硫酸。在反應裝置中，存在兩種不同類型的催化劑，上部為新型分子篩催化劑，主要用于脫氮，下部則為二氧化氮氧化腥化劑，在氧氣含氧的條件下，能夠實現二氧化硫向三氧化硫的轉化，多余的氨可以被氧化為一氧化氮。實踐證明，上述工藝能夠同時除去煙氣中90%的二氧化硫和氮氧化物，而且不會產生塵碴和氨污染。除上述方法外，還有諸如等離子體法、吸附法、電化學膜法等綜合處理技術，不過受技術條件的限制，很多技術目前尚處于試驗階段，并沒有得到普及和應用。

四、結束語

總而言之，在當前可持續發展理念不斷深化的背景下，做好燃煤鍋爐煙氣中氮氧化物含量的有效控制，在降低大氣污染，保護生態環境等方面有著非常積極的作用，應該得到相關技術人員的重視。氮氧化物處理標準應滿足《鍋爐廠大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）并達到以下排放指標要求：NOx濃度<200 mg/Nm3。在現有的技術條件下，技術人員應該立足燃煤鍋爐的實際情況，在成本允許的前提下，通過燃燒中控制、燃燒后控制、再燃技術、煙氣循環等技術措施，實現對于鍋爐廢氣中氮氧化物含量的有效控制，滿足國家相關污染物排放指標，減少燃煤鍋爐生產中產生的廢氣污染，進而推動經濟的持續健康發展。