摘要：当今世界，污染问题已经成为一种全球化问题，而氮氧化物的污染是所有污染物中比较严重的一种，氮氧化物的排放到空气中会增加大气氧化性，进而产生温室效应，破坏大气层，甚至形成酸雨，严重影响人类的可持续发展。目前，我国电站煤粉炉排放的氮氧化物占很大一部分，排放量超过了全球排放总量的50％。所以必须要加强煤粉炉氮氧化物排放的优化控制。
关键词：煤粉炉；氮氧化物；排放；控制优化
一、氮氧化物的危害性
1.1光化学污染
氮氧化物排放到大气中，和大气中的挥发性物质达到一定的浓度后会发生光化学反应，产生“光化学烟雾”，这种物质是一种强烈刺激性的烟雾，损害人体气管、肺、眼等部位，使人们出现气喘咳嗽、眼红流泪等症状，严重危害人体健康。
1.2酸雨危害
氮氧化物排放到大气中后，在太阳光紫外线的照射下和粉尘颗粒发生反应，产生二氧化氮物质，而空气中的水和二氧化氮反应会产生硝酸，下雨的过程中硝酸就形成了酸雨。酸雨是一种具有强腐蚀性的物质，对土壤、建筑物、动植物等有严重的破坏力，导致作物死亡，建筑物腐蚀等，影响生态平衡。
二、某厂低氮氧化物排放的优化改造
2.1低氮燃烧器改造
某厂原燃烧设备每角布置11层喷口，从下至上依次为AA、A、AB、B、BC、C、CD、D、DE、EE、OFA层。其中A、B、C、D四层为一次风喷嘴，OFA层顶层燃尽风，其余六层为二次风喷嘴。一次风喷口布置有周界风，所有二次风及周界风风门由气动执行器驱动，能满足自动调节的要求。燃烧器各层风室的风量分配是通过调节各层风室的风门挡板的开度来实现的，锅炉设有大风箱，固定在两侧墙水冷壁上，随水冷壁一同膨胀。针对某厂煤质的特点，根据氮氧化物生成的原理，从燃烧机理上采用低氮燃烧器来控制燃烧过程中NOx的生成，可以在一定程度上减少NOx排放。火焰的温度，燃烧区氧气浓度，燃烧产物在高温区停留的时间，煤的特性这些因素共同决定了氮氧化物的生成总量。
①防止局部出现高温的情况要降低火焰的温度；②降低燃烧区域过剩空气系数。某厂低氮燃烧器改造采用百叶窗浓淡分离技术和低NOx燃烧技术。即煤粉颗粒在通过百叶窗后分成浓淡两股气流进入炉膛，浓相靠近火焰中心，提高了燃烧区域的煤粉浓度，有利于低负荷稳燃，尽管靠近火焰有较高的温度，由于氧气不足，产生不完全燃烧生成的氮氧化物较少。淡相贴近水冷外壁富氧燃烧，由于远离高温区域，温度水平相对较低，所以氮氧化物的生成量较少。由于主燃烧区缺氧产生不完全燃烧，主燃烧器的二次风量根据低NOx的风量分配原则进行重新分配，在主燃烧器的上部增设了两层SOFA燃烧器，SOFA燃尽风既保证煤粉颗粒的燃尽，又减少不完全燃烧热损失。
2.2 SCR脱硝原理与工艺
利用氧化还原的方法脱除NOx减少生成物的排放，该方法是指还原剂在催化剂作用下，有选择性的与烟气中的NOx反应，将锅炉烟气中的NOx还原成无毒无害的氮气和水。脱硝装置主要分为反应区和氨区两个区域，氨区系统是提供氨气供脱硝反应使用。主要设备包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发罐、氨气缓冲罐、混合器、氨气吸收罐、废水泵、废水池等。由于液氨和氨气均是危险的化学制品，无水氨和空气混合后的浓度在16～25%遇火源容易发生燃烧和爆炸。人体如果与氨直接接触，会刺激皮肤，灼伤眼睛，并导致头痛、恶心、呕吐等，严重的话还会中毒死亡。因此如果出现氨泄漏极易引起事故。在氨卸载和存储系统、注氨系统均配置一些安全辅助设施。
液氨储罐、液氨蒸发罐、卸氨压缩机、氨气稀释罐区均设有氨气检测报警仪，如果氨气泄漏就会及时发送警报，并自动开启相应位置的消防水喷淋稀释系统。废水池内的废水达到一定的数值或者液位后，经由虹吸式废水泵送至厂区处理站。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，为了避免与空气混合达到爆炸范围，在蒸发器、液气储存、缓冲槽及整个管路系统上都设有氮气吹扫接口，主要作用于系统检修或重新启用前，通过氮气将管路内的空气置换出来达到安全等级。
液氨在氨泵的作用下被输入液氨蒸发罐，液氨被加热蒸发后形成氨气，然后送入氨气缓冲罐。缓冲罐氨气通过压力调节阀减压，控制氨气压力稳定在0.2MPa，空气在经过稀释风机后与氨气混合，混合物由喷氨格栅（AIG）的喷嘴喷入烟气，氨气与烟气混合后进入含有催化剂脱硝反应器中。
反应区是脱硝装置的核心部分，主要包括反应器、烟道、稀释风机、催化剂和吹灰装置组成等。每炉设置两台反应器，入口及出口段设导流板，烟道从锅炉省煤器出口引出，连接反应器后从空预器上部接入，烟气竖直向下流动，按一定氨氮摩尔比喷入烟气中的NH3在催化剂的作用下与烟气中NOx进行化学反应，从而达到降低排烟中NOx含量，最终只有很少一部分没参与反应的NOx随烟气排放出来。
NO是烟气中最主要的氮氧化物，因此，6NO+4NH3→5N2+6H2O无疑是其中最主要化学反应，其中所需的NH3/NOx与化学计量关系接近。在没有添加催化剂时，上述还原反应较理想的温度为850～1000℃，温度范围较为狭窄；当温度达到1000～1200℃时，NH3就会被氧化，形成NO，而且NOx还原速度会很快变缓；当温度低于850℃时，反应速度相当缓慢，就必须需要添加催化剂，通过催化剂的适量添加，能够降低反应温度，扩展到适合电厂实际使用的的温度范围（通常为290～430℃）。由于省煤器与空气预热器之间的烟气温度一般为280～400℃，该温度范围内多数催化剂具有足够的活性，不需要加热就能达到反应温度是这种布置方式的主要优点。但由于烟气没有经过除尘处理，飞灰颗粒会磨损反应器并堵塞蜂窝状催化剂；飞灰中包含（K、Na、Ca、Si、As）等有害物质，尤其是其中的砷氧化物会污染催化剂或者使之中毒；催化剂处于高温烟气中，若温度过髙，会使催化剂烧结或失效。由于这些影响会缩短催化剂的寿命，因此在这种布置方式中通常都需要增加催化剂，设置吹灰系统消除不利影响。
在反应器中一般有三层催化剂（两层运行，一层备用），吹灰系统采用蒸汽吹灰器和声波吹灰器，吹灰器的数量和布置能将催化剂中的积灰尽可能多地吹扫干净，尽可能避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降。
2.3 SCR催化剂及还原剂的应用
催化剂必须特性良好，这些特性主要包括：适应烟气特性、烟气流速、温度范围、以及催化剂自身的运行寿命、催化活性和选择性。
催化剂活性主要是度量脱硝氧化还原反应速率。催化剂活性高，反应速率越快，脱除效率越高。当催化剂活性降低时，NOx还原反应速率也降低，这会导致脱除量降低，氨逃逸水平升高。催化剂活性受很多条件的影响，包括催化剂成分和结构、扩散速率、传质速率、烟气温度和烟气成分等。
每种催化剂都有各自的化学反应选择特性。通常在SCR反应中，催化剂会加速不期望的化合物SO3和N2O的形成。SO3是由二氧化硫氧化而成，SO3在烟气中与氨反应生成硫酸铵，硫酸钱沉积在催化剂表面或下游的空气预热器等设备上，会造成催化剂的钝化及设备的腐蚀。
在SCR系统运行时，由于砷中毒、钙腐蚀、碱金属中毒、催化剂堵塞、催化剂烧结等原因，都会降低催化剂的活性。随着催化剂活性的降低，通常要注入更多氨来保持NOx脱除率，也就增加了氨逃逸。在超过允许水平时或者氨逃逸达到最大值时，就必须必须对催化剂进行更换。
参考文献
[1]吕义.煤粉炉氮氧化物排放控制技术[J].资源节约与环保,2015,(5):131-131.
[2]陈宝明,张忠孝,毕德贵等.多点喷射气体再燃的氮氧化物排放特性[J].燃烧科学与技术,2015,(3):254-259.
作者简介
张东伟（1989.10.12），性别男；籍贯：内蒙古赤峰市；民族蒙；学历本科；职称助理工程师：职务发电运行全能副值：研究方向锅炉运行；单位:华电新疆发电有限公司红雁池分公司。
论文作者:张东伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/26
标签：催化剂论文; 烟气论文; 氨气论文; 氧化物论文; 温度论文; 活性论文; 空气论文; 《电力设备》2019年第7期论文;