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摘要：有研究表明．氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一，也是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因，从而使我国珠江三角洲等经济发达地区大气能见度日趋下降，灰霾天数不断增加；硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代逐步上升，可能会显著抵消二氧化硫减排带来的环境效益。因此，氮氧化物污染所带来的环境形势已相当严峻．如不及时采取有效措施，将严重影响到我国经济和社会的健康发展。
关键词：火电厂；氮氧化物；控制对策
引言
随着近几年来的社会经济的迅速发展，氮氧化物的排放量也越来越多，这些污染物大大影响了我们所生活的自然环境，并因此产生了一系列的环境污染问题亟需国家政府来进行综合治理。有相关的证据表明，生成臭氧的一项重要的前体物之一的就是氮氧化物，除此以外，它也是形成灰霾等污染现象的主要原因，这些污染情况导致了我国相当一部分地区出现大气的能见度下降以及灰霾天数的不断增加等严重的空气污染问题，如今有NOx所带来的污染问题已经日趋严重，如果再不研究出应对策略并加以实施，这些污染问题将会大大影响到我们的日常的生活健康和国家经济与社会的发展。
一、火电厂氮氧化物环境管理存在的主要问题
1、排放总量难以计算
造成NOX排放总量难以计算的原因主要有以下三点：
（1）燃料型NOX的产生量可以通过燃烧计算得到，但热力型NOX的产生量要受多种因素影响，尤其是过剩空气系数、燃烧温度等对热力型NOX的生成量影响很大，很难准确计算出NOX的生成量。
（2）目前我国火电行业多数烟气脱硝系统运行不稳定，脱硝效率变化很大，排放浓度时高时低，因此要准确确定NOX排放量很难。
（3）运行工况、开机时间均不稳定。2014年受用电需求不足的影响，我国多数火电厂只能半负荷运行，也就是开一半机组，这样就很难按总装机容量来准确确定NOX的排放数据。
2、认识重视程度不够
长期以来的高能源消耗，特别是煤炭消耗，导致我国SO2、NOX排放量持续增加。虽然我国目前酸雨污染仍以硫酸型为主，但是氮氧化物的排放增幅已经超过二氧化硫，其对酸雨的贡献率呈逐年上升的趋势，目前我国二氧化硫控制已经取得初步成效，排放量并没有随装机容量的上升而增加，但氮氧化物控制效果不理想，排放量仍在不断增加，导致我国酸雨污染已由硫酸型向硫酸、硝酸复合型转变，亟需采取有效手段控制氮氧化物的排放。
然而与此相对应的是我国对氮氧化物排放的治理尚处于起步阶段，对氮氧化物的总量控制也刚列入工作日程，没有制定严格的总量控制标准，只是对排放浓度做了一定限制，各地区对其的重视程度也不够，除少数城市外，全国绝大部分地区没有制定相应的地方排放标准。
3、法律、标准较松
我国《火电厂大气污染物排放标准》GB13223—2中规定Vdaf<10%时NOX排放标准为1100mg/m3，10%≤Vdaf≤20%时NOX排放标准为650mg/m3，Vdaf>20%时NOX排放标准为mg/m3。上述排放标准限值太高，导致我国火电行业NOX排放量高居不下，各地每年NOX减排任务很难完成，大气中的酸性气体并没有因为SO2排放量的减少而得到有效控制。究其原因，主要有两点：一是我国NOX排放标准太松，而是我国火电比例太高，燃煤量太大。因此我国必须调整火电行业NOX排放标准，建议将调到150mg/m3以下。
二、氮氧化物控制技术
目前，燃煤电厂锅炉一般采用煤粉锅炉及循环流化床锅炉。无论是煤粉锅炉，还是已采用过低氮燃烧技术的循环流化床锅炉，均无法达到氮氧化物控制新标准，即燃煤电厂必须对锅炉实施氮氧化物控制。控制氮氧化物排放的技术措施一般包括降低燃烧过程中氮氧化物生成量或将已经生成的氮氧化物通过某种技术手段从烟气中脱除掉。由此，发展起了低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术。
1、低氦燃烧技术
低氮燃烧技术是根据燃料在燃烧过程中氮氧化物的生成机理，通过改进燃烧技术来降低氮氧化物生成和排放的技术，如低氮氧化物燃烧器、分级燃烧及再燃烧（燃料分级燃烧）等，尤其适用于燃用烟煤和褐煤的锅炉。一般情况下，采用低氮燃烧技术比不采用低氮燃烧技术的锅炉氮氧化物排放量低20％一40％。该类技术工艺成熟，投资与运行费用较低。从“八五”开始，新建的30万kw及以上火电机组基本都采用了低氮氧化物燃烧器旧。“十五”以来，新建燃煤机组全部按要求同步采用了低氮氧化物燃烧方式，一批现有机组结合技术改造也加装了低氮氧化物燃烧器。截至2008年，我国火电机组中采用低氮燃烧技术的约占76.70％。
2、烟气脱硝技术
2010年1月27日，环保部发布了《火电厂氮氧化物防治技术政策》，提出氮氧化物防治技术路线为：低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术；当采用低氮燃烧技术后，氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量控制要求时，应建设烟气脱硝设施。目前火电机组大多已进行了低氮燃烧技术改造，但随着N氮氧化物排放新标准的执行，实施烟气脱硝成为必然发展趋势。目前国内应用的主要是SCR、SNCR及SNCR—SCR联合烟气脱硝技术。
2.1选择性还原脱硝原理
选择性还原脱硝原理是在一定的温度作用下，还原剂有选择性地把烟气中的氮氧化物还原为无毒无污染的氮气和水。还原剂可以是碳氢化合物（如甲烷、丙烯等）、氨、尿素等，工业应用的还原剂主要是氨，其次是尿素。在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内进行，即选择性非催化还原（SNCR）。通过选择合适的催化剂，反应温度可以降低，并且可以扩展到适合电厂实际使用的范围，即选择性催化还原（SCR）。
2.2选择性非催化还原法
在不采用催化剂的条件下，将还原剂从800℃～l000℃烟气高温区喷入，还原烟气中的氮氧化物的一种脱硝方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆整个系统由还原剂储槽、还原剂喷入装置和控制仪表构成，影响SNCR系统脱硝效率的运行参数主要包括反应温度、在最佳温度区域的停留时间、还原剂和烟气的混合程度、氮氧化物排放浓度、还原剂和氨泄漏量等。还原剂和烟气的混合程度取决于锅炉的形状和气流通过锅炉的方式，主要通过增加喷入液滴的动量、增多喷嘴的数量、增加喷入区的数量和对喷嘴进行优化设计的途径来提高。
2.3选择性催化还原法
在有催化剂存在的条件下，将还原剂从300℃～400℃烟温处喷入，还原烟气中氮氧化物的一种脱硝方法。整个系统由催化反应器、氨储存及供应系统、氨喷射系统及控制系统构成。该技术适合在煤质多变、机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较高的区域的新建燃煤机组上使用。该法一般首选高尘布置工艺，即SCR反应器位于空气预热器与省煤器之间。氨易附着在空气预热器表面和飞灰颗粒物表面，对预热器造成堵塞腐蚀，使飞灰化学性质改变，无法作为建材原料使用。
2.4选择性非催化还原与选择性催化还原联合法
SNCR—SCR法结合了两者的优势，将SNCR工艺的还原剂喷入炉膛。用SCR工艺使溢出的氨和未脱除的氮氧化物进行催化还原反应。其最主要的优点是省去了SCR工艺设置在烟道里的复杂的氨喷射格栅系统，大幅度减少了催化剂的用量；净化效率可调，达25％～70％。但SNCR体系在保证向SCR催化剂提供充足的氨的同时。却不能保证氨和未脱除的氮氧化物能充分混合。对于这种潜在的不均，目前理论上还没有好的解决办法，可通过在SCR反应器中安装一个辅助氨喷射系统，以准确试验和调节辅助氨喷射，减少催化剂中的缺氨区域。
三、火电厂氮氧化物管理对策
1、加大产业结构调整力度
根据相关政策，电力行业以结构调整为主线，通过重点推进“上大压小”工作，积极发展热电联产，适度开展大型煤电基地和煤电联营坑口电站建设等措施，达到降低能耗、减少氮氧化物高强度排放的目的。此外，有序开展核电建设，大力推动水电开发利用和其他电源建设，替代火电以减少氮氧化物的产生。
2、实施电力氮氧化物治理工作
（1）实施低氮燃烧技术改造和控制燃煤工作。新（扩、改）建火电厂必须同步安装先进低氮燃烧装置，现役火电厂须进行低氮燃烧技术改造。火电企业应根据低氮燃烧方式的特点，做好稳定燃煤来源、控制燃煤煤质等工作，使低氮燃烧措施发挥控制作用。
（2）实施烟气脱硝工程。氮氧化物控制重点地区所属新（扩、改）建燃煤发电机组（CFB锅炉外）必须同步安装烟气脱硝设施，30万千瓦以上现役机组应进行烟气脱硝改造或采取其他减排措施。重点推进大容量机组，燃无烟煤机组，低氮改造后仍不能达标排放机组的烟气脱硝治理工作。
3、强化相关法令的经济政策以及处罚手段
目前为止，我国对于火电厂氮氧化物排放问题的采取手段是控制型手段，主要是以控制和预防防止为主的管理手段，而所采取的经济政策多半也就是进行相应的氮氧化物排放和污染治理进行收费，但是我们国家的污染物治理成本远远高于目前的收费标准，所以往往得不到相关企业和人员的重视，导致污染问题不断扩大和加深，日趋严重化。
而在美国所实行的利用氮氧化物的拍卖和其相关的排污权交易不仅能够使得相关企业受益，也能够调动企业进行排污处理和管理的积极性，而日本的话则是通过非常严格的法律手段加以控制，比如说处以高额的罚款甚至拘留、监禁等来规范企业的排污操作。
正是因为美国和日本这样的举措，使得他们的排污管理情况要远远优于我国，因此我们国家应该积极学习国外的治理手段，提高对氮氧化物的排污收费，或是加大处罚力度，调动企业自行管理控制的积极性。
4、对氮氧化物的排放量加以控制，制定严格合理的限定标准
我国目前的氮氧化物排放管理政策主要是以对单个的污染源进行限制为主的，这种政策很难将氮氧化物等污染情况有效的降低，再加上我国并没有规范的氮氧化物总量排放控制，这样所导致的结果就是我国的污染源仍然超标，所以，首先我国应该学习国外的所制定的一些较为严格的氮氧化物排放标准同时还要结合我国的实际国情来进行完善和修订，对于企业或工厂等的氮氧化物排放总量加以控制，制定出一系列科学、合理且严格的总量控制计划，在满足人们电力需要的同时又能保护环境的自然安全。
5、高效利用火电厂脱销装置降低氮氧化物
如今利用火电厂的烟气脱硝设施来有效的降低氮氧化物排放情况已经成为目前研究中且颇具成效的一种排污方法。
通过采用等离子体低氮燃烧技术，能将尾气排放的氮氧化物有效降至150～200mg/立方米，部分地区不足150mg/立方米。需要注意的是催化剂和还原剂必须给予特殊安全措施，作为脱硝还原剂的液氨在储运和运行过程中则存在安全隐患。
虽然目前的脱硝装置降低氮氧化物排放的技术还并不完善，但相信这一技术对于有效的解决排污问题有着十分显著的作用，在保障环保的同时还能确保排污质量，在研究人员持续的努力下，利用火电厂的脱硝装置降低氮氧化物技术一定能够成熟广泛的运用下去。
结语
火电厂对大气造成的污染、对人类生活造成的影响已十分严重，控制氮氧化物的排放成为国家经济可持续发展和环境保护亟需解决的课题。但我国对氮氧化物的控制研究起步较晚，对各种氮氧化物排放控制技术使用时间不长，目前国内外常用的烟气脱硝技术都各自有其优势、特点、适用条件、防治效果，而且技术可靠性、一次性投入及运行成本也不同。因此，火电厂是否能够根据自身实际状况，制定可行的氮氧化物控制方案十分必要。
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论文作者:牛峰斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/28
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