燃煤锅炉在运行过程中会排放大量的氮氧化物(NOx),这些污染物对环境和人体健康都有很大的危害。因此,如何有效降低燃煤锅炉的氮氧化物排放,成为了当前环保工作的重要课题。
煤电锅炉氮氧化物生成原理主要是以下几类:
热力型NOx热力型NOx是由空气中的氮气和氧气在高温下反应生成的。其生成机理是基于捷里道维奇(Zeldovich)提出的链式反应机理,主要反应如下:
O₂ + M ⇌ 2O + M (引发反应)
N₂ + O ⇌ NO + N (链式反应)
N + O₂ ⇌ NO + O (链式反应)
O + O + M ⇌ O₂ + M (断链反应)
热力型NOx的生成量主要取决于燃烧温度、氧浓度和烟气在高温区的停留时间。当温度低于1350℃时,几乎不生成热力型NOx,温度越高,NOx生成量越大。此外,氧浓度和停留时间也对热力型NOx的生成有影响,但温度的影响最为显著。
燃料型NOx燃料型NOx是由燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化生成的。燃料中的氮通常以N-H和N-C键的形式存在,这些键能比氮气分子中的N≡N键能小,因此燃料型NOx比热力型NOx更容易形成。燃料型NOx的生成包括挥发分氮和焦炭氮两种途径。挥发分氮在燃烧初期随挥发分析出,形成氢氰酸(HCN)、氨(NH₃)和CN等挥发分氮,这些物质在燃烧过程中被氧化成NOx。焦炭氮则是在焦炭燃烧过程中形成的。
燃料型NOx的生成量与燃料中的氮含量、燃烧温度、氧浓度等因素密切相关。通常,燃料中的氮含量越高,NOx的排放量也越大。此外,燃烧温度和氧浓度的增加也会促进燃料型NOx的生成。
快速型NOx快速型NOx是在火焰前沿的早期阶段,由分子氮在碳化合物的参与下通过中间产物转换生成的。其生成机理较为复杂,主要涉及烃类(CHi)与氮气分子反应生成CN、HCN等中间产物,这些中间产物进一步氧化生成NOx。快速型NOx的生成量通常较小,在大型燃烧设备中其影响可以忽略不计。
燃烧优化调整燃烧优化调整是降低氮氧化物排放的最基础方法,它通过调整燃烧过程中的各种参数,来减少氮氧化物的生成。
低过量空气燃烧:降低燃烧的过量空气系数,使燃烧过程尽可能接近理论空气量。这样可以减少燃烧区域的氧浓度,从而抑制氮氧化物的生成。同时,低过量空气燃烧还可以降低引送风机电耗,达到节能降耗的目的。
空气分级燃烧:将燃烧过程分阶段完成,采用倒三角的配风方式。通过调节各二次风门开度,减少燃烧区域的氧量,有效降低氮氧化物。
燃料分级燃烧:将燃料分阶段送入燃烧区,先在缺氧条件下燃烧,再在富氧条件下完成燃烧。这样可以降低燃烧温度和氧浓度,减少氮氧化物的生成。
烟气再循环:抽取一部分低温烟气送入炉内或与空气混合后送入炉内。这样可以降低燃烧温度和氧浓度,减少氮氧化物的生成。
技术改造除了燃烧优化调整,技术改造也是降低氮氧化物排放的重要手段。
低氮燃烧器:采用低氮燃烧器,通过特殊设计结构和改变燃烧器的风煤比例,降低着火区氧的浓度和温度,从而抑制氮氧化物的生成。
选择性催化还原技术(SCR):在催化剂的作用下,将烟气中的氮氧化物分解为氮气和水。这种技术脱硝效率高,适用于大型燃煤锅炉。
选择性非催化还原技术(SNCR):在高温烟气中喷入还原剂,将氮氧化物还原为氮气和水。这种技术投资少、运行成本低,但脱硝效率相对较低。
政策与管理除了技术和燃烧优化,政策和管理也是降低氮氧化物排放的重要手段。
政策支持:政府应出台相关政策,鼓励企业采用低氮燃烧技术和设备,对现有锅炉进行改造,提高能源利用效率,减少污染物排放。
加强监管:加强对燃煤锅炉的监管,确保企业按照环保要求运行,对违规排放的企业进行处罚。
提高公众意识:通过宣传和教育,提高公众对氮氧化物危害的认识,鼓励公众参与环保行动,共同保护环境。
结语降低燃煤锅炉的氮氧化物排放,需要从燃烧优化、技术改造、政策支持和公众参与等多个方面入手。只有全社会共同努力,才能有效减少氮氧化物的排放,保护我们的环境和健康。