官国鑫
贵州省毕节市金沙县环境保护局
摘要：面对日益严峻的环境污染现状，尤其是雾霾天数的增多和覆盖地区的逐步增大，国家加大了对大气NOx排放的控制力度。本文主要对NOx污染物排放控制技术措施进行分析和论述。
关键词：NOx污染物；排放；控制技术
引言
随着环境保护日益受到世界各国的普遍关注，工业废气中的有害物质排放已成为城市空气污染的重要来源。其中，氮氧化物由于参与光化学烟雾和酸雨的形成而危害性更大。工业废弃已成为NOx排放的主要污染源，急需重点控制。
1NOx的生成机理
氮氧化物（NOx）包括多种化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）等，汽车发动机燃烧过程中主要为NO，另有少量的NO2，统称为NOx。对于汽油机而言，其过量空气系数较小，一般NO2/NOx=1%~10%；柴油机的过量空气系数较大，NO2/NOx=5%~15%。因此，在此主要研究NO的生成机理。NO的生途径有3种，热力型NO、快速型NO和燃料型NO。热力型NOx生成是指烃类或非烃类燃料在过剩空气系数α＞1条件下和非烃类燃料在α＜1条件下燃烧生成的。快速型NOx是指烃类燃料在过剩空气系数＜1条件下，即燃料过浓时燃烧生成的。燃料型NOx是指燃料中含氮化合物在燃烧过程中氧化而生成的。
2NOx污染物排放控制技术措施
NOx控制主要分为燃烧中处理和燃烧后处理。燃烧中处理即低氮燃烧技术，包括空气分级燃烧、烟气再循环、燃料分级燃烧和低氧燃烧法等技术。燃烧后脱氮主要是指烟气脱硝，包括选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）等。
2.1低氮燃烧技术
国外低氮燃烧技术起步早，技术成熟。20世纪50年代，美国首先开发出了空气分级燃烧技术，随后日本和德国相继研制出了低NOx燃烧器，经过多年的优化改进，形成了多种产品，各公司的低NOx燃烧器各具特色，相互交叉和渗透。我国的NOx减排技术在20世纪八九十年代就已起步，当时着眼点是投资少而又易于加装改造的措施，各式各样的低氮燃烧器和炉膛设计陆续研制完成，取得了一定的效果。
（1）空气分级燃烧技术。是将空气分成一级或多级加入，在前段燃烧区（一级燃烧区）只加部分空气，形成过量空气系数a＜1的富燃料区并制造还原性气氛，抑制NOx的形成并还原已经形成的NOx。在后段燃烧区内加入充足的空气，形成a＞1的贫燃料区使煤粉燃烬提高燃烧效率。Babcock公司的第二代燃烧器WB型燃烧器（双调风燃烧器）、WSF型燃烧器，到第三代DS型燃烧器均是空气分级燃烧器的典型代表。在煤粉锅炉中还经常使用径向空气分级燃烧，它是通过将二次风射流部分偏向炉墙来实现的。径向分级燃烧不仅可以使主燃区处于还原性气氛从而降低NOx的排放量，还可使炉墙附近处于氧化性气氛，从而可以避免水冷壁的高温腐蚀以及因还原性气氛使灰熔点下降而导致的燃烧器附近的结渣。
（2）烟气再循环也是目前使用较多的低NOx燃烧技术，是在锅炉的空气预热器前抽取一部分烟气返回炉内，利用惰性气体的吸热和氧浓度的减少，使火焰温度降低，抑制燃烧速度，减少热力型NOx。烟气再循环只能减少热力型NOx，抽取的烟气可以直接送入炉内，也可以混合一次风或二次风送入炉内。当再循环烟气从燃烧器直接送入炉膛内部时，由于再循环烟气的温度水平与炉膛相比要低许多，所以能显著降低炉膛内的温度水平。另一方面，由于尾部烟气是燃料燃烧后的气体和少量漏风的混合物，氧气含量低。将两方面的响综合起来，烟气再循环可同时降低炉膛内温度水平和氧气浓度，抑制煤粉燃烧中NOx的形成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当烟气再循环率为20% ～30% 时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低30%左右。
（3）燃料分级燃烧。燃料分级燃烧技术又称为三级燃烧技术或再燃烧技术，空气和燃料都分级送入炉膛，形成主燃区、再燃区和燃尽区。NOx在氧化性或弱还原性的初始燃烧区形成，在再燃区与喷入的二次燃料混合并被还原。为保证燃料完全燃烧，需在再燃区下游喷入二次风（燃尽风）形成燃尽区，促进CO和未燃尽的碳氢化合物（UHC）的燃烧。该技术的应用中燃料比例是关键控制因素之一。刘富强等通过实验发现，在进气流量、进气温度和进气压力一定的情况下，与主燃级相比，值班级燃油量对NOx排放的影响较大；在总油气比不变的前提下，存在一个最佳燃油比例使得NOx排放最低。目前这种方法在发达国家颇受青睐，与其他方法结合可降低NOx60%～70%左右。除了常规石化燃料，生物质再燃技术也已成为研究重点。国内外研究表明，对于燃煤锅炉生物质直接再燃可以实现60%以上的NOx减排，气化再燃可以实现50%左右的NOx减排，而生物质高级再燃则可以达到80%以上的NOx减排。
（4）低NOx燃烧器。燃烧器是工业炉的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程，结合各种低NOx燃烧技术进行设计可大大降低NOx的生成量，但其结构复杂，易引起炉膛结渣和腐蚀，降低燃烧效率。目前已有低NOx燃烧器包括阶段燃烧器、自身再循环燃烧器、浓淡型燃烧器、分割火焰型燃烧器、混合促进型燃烧器、低NOx预燃室燃烧器。
2.2烟气脱硝技术
（2）选择性催化还原法。SCR烟气脱硝是当前主流烟气脱硝技术，主要用于电站锅炉。其工艺原理是在有催化剂存在的条件下，将还原剂（氨气）喷入一定温度下（290～430 ℃）的烟气内，使NOx还原成N2和H2O的方法。催化剂是SCR工艺的重要部分，成本占到总投资的25%～30%，成本很高。在理想状态下，SCR法NO脱除率可达90%以上，但实际脱除率仅达65%～80%。脱除性能的好坏取决于催化剂的活性、用量以及NH3与废气中的NOx的比率。
（2）选择性非催化还原法。SNCR是用NH3、尿素等还原剂喷入炉膛为850～1100 ℃的区域，还原剂可与烟气中的NOx进行选择性反应生产N2。SNCR技术是把燃烧室作为反应器，脱硝效率较为30%～60%，与SCR相比，SNCR技术具有投资少、运行费用低、回收周期短的优点。但SNCR脱硝率只有30%～50%，一般采用低NOx燃烧技术/SNCR或SNCR/SCR联合使用，它将二者工艺中的低费用、高脱硝率及低氨逃逸率相结合，达到系统经济运行效果。虽然该技术早在20世纪70年代中期已经应用于工业生产中，但在应用中还是出现了一些问题，如：氨的利用率不高、形成温室气体N2O、如果运行控制不当，尿素作还原剂时可能造成较多的CO排放等。
（3）新型烟气脱硝技术。除上述主流NOx排放控制技术外，在各行业还开发出很多新技术。如高温低氧燃烧、脉动供燃料燃烧、富氧燃烧等低氮燃烧技术、电子束法、微生物法、活性炭吸附法和液体吸收法等烟气脱硝技术，成为各国研究者的新方向。虽然技术还未成熟，但具有良好的应用前景。
结束语
综上所述，面临\各国愈加严格的排放法规，科研工作对NOx排放控制技术的研究范围还在不断深入。NOx排放控制问题较为复杂，其控制技术相应也多样化，要根据实际情况合理选择方案。
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论文作者:官国鑫
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/22
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