摘要：氮氧化物是生成臭氧的气体，是导致细颗粒污染和灰霾的主要原因，氮氧化物排放的增加在很大程度上抵消了二氧化碳节能减排带来的环境效益。因而，“十二五”期间，国家将氮氧化物作为大气污染物控制的主要对象。氮氧化物的主要来源是火力发电、机动车排放物以及工业燃烧锅炉的排放，其中火力发电厂是氮氧化物最主要的来源。加强火电厂锅炉氮氧化物排放控制，已成为对大气污染物控制的研究重点。
关键词：降低；发电厂；氮氧化物；排放
1氮氧化物概述
1.1氮氧化物的内涵和危害
氮氧化物是一氧化氮、二氧化氮等的总称，是导致大气污染的重要化学物质。其中，一氧化氮和二氧化氮是导致大气污染的主要物质，一氧化氮是煤炭燃烧的主要产物，大多来自于煤燃烧中N的氧化以及高温环境下N2和O2的反应。氮氧化物会侵入人们的呼吸道深处以及支气管和肺泡中，人类长期处于氮氧化物排放过多的环境中可能死亡。因此，人类所处的环境中氮氧化物质量浓度不能超过5mg/Nm3。另外，氮氧化物还是形成酸雨、酸雾的主要化学物质之一，对臭氧层会造成严重的破坏，导致较多的紫外线辐射到地面，进而引发皮肤癌，或使人的免疫能力下降。
1.2氮氧化物形成机理
燃煤发电厂排放的NOx主要是煤燃烧产生的，其中90%都是一氧化氮。氮氧化物的生成机理一般可分为热力型、燃料型和快速型，具体如下：①热力型。热力型氮氧化物一般是助燃氮气在高温环境下氧化产生的。具体的生成机理一般用捷里道维奇反应式表示，热力型氮氧化物的控制方法主要包括以下几点：降低煤炭的燃烧温度，降低氧气的浓度，使燃烧在远离理论空气比的条件下进行，缩短在高温环境下的燃烧时间。②燃料型。燃料型氮氧化物一般是含有氮化物的燃料在燃烧中氧化生成的，其生成的要素主要是空气和燃料的比重，温度对燃料型氮氧化物的生成影响较小。③快速型。快速型氮氧化物一般是在碳氢燃料过浓燃烧时生成的，这种氮氧化物中CHx类原子团较多，氮氧化物浓度较低，对温度的依赖较小。对于煤炭燃烧来说，燃料型氮氧化物相比于快速型氮氧化物和热力型氮氧化物非常的多，大约使全部氮氧化物的95%以上，所以有效的减少燃料型氮氧化物便可以很好的降低氮氧化物排放量。
2降低氮氧化物排放的措施
2.1尿素制氨
尿素制氨有热解法和水解法两种工艺。重点介绍下热解法。尿素热解法SCR脱硝系统工艺流程SCR脱硝技术组成主要有尿素热解系统、氨/空气喷嘴、SCR控制、SCR反应器、SCR的吹灰和输灰等部分。采用尿素热解法的SCR脱硝系统工艺流程为：尿素粉末储存于储仓，经称重给料机输送到溶解罐里，用除盐水并通过外部加热，使溶液温度保持在40℃以上，将固体尿素溶解成尿素的质量分数为50%的尿素溶液。尿素溶液用尿液混合泵输送到尿素溶液储罐。尿素溶液经由给料泵、计量分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，稀释空气经加热后也进入分解室，与尿素溶液充分混合后雾化成尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为氨气和二氧化碳，分解产物经由氨喷射系统进入SCR反应器，当烟气流经SCR反应器的催化层时，与雾状氨/空气发生选择性催化还原反应，去除NOx后的烟气经电除尘器进一步净化，净化合格后的尾气通过排气筒直接排放到大气中。
2.2低过量空气燃烧
保证煤粉燃烧过程尽量处于理论空气量中的状况基础上进行，随着燃烧不断进行将对使过量氧逐渐的降低，这样能够有效的控制氮氧化物的产生，这是最为简单实现减少氮氧化物排放的措施，通常能够减少15%～20%的氮氧化物排放量。但是如果燃烧炉内的氧浓度处于3%以下时，将会使不完全燃烧造成的热损失提高，进而导致飞灰含碳量的提高，最终造成燃烧热效率有所降低。所以在锅炉工作过程中，要采取最佳的过量空气系数。
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2.3空气分级燃烧
该方法的基本原理便是将燃料的整个燃烧过程划分成为不同的阶段进行，采取倒三角形式的配风方式。首先是预燃阶段，使炉膛中来自于主燃烧器中的空气量降低到理论空气量的20%左右，保证燃料能够处于缺氧且富燃料状态进行燃烧，这时第一级燃烧区中的过量空气系数在1以下，所以能够有效的降低燃烧区中的温度水平与燃烧速度。所以，既能够使燃烧过程出现延迟，又可以使其在还原性气氛内使氮氧化物生成率有所降低，进而降低了氮氧化物在该阶段中生成量。之后是燃烬阶段，为了使整个燃烧过程能够完成，此时所需的剩余空气便利用处于主燃烧器上方的专用二次风喷口向其中通入空气，使其和预燃阶段燃烧过程中生成的烟气实现混合，在过量空气系数大于1的条件下进行完全燃烧，该方法能够有效的对低过量空气燃烧具有的缺陷进行改善。虽然在第一级燃烧区内的过量空气系数愈低，能够更好地控制氮氧化物的生产，但是这也会造成未完全燃烧产物增加，致使燃烧效率有所下降，而且还可能增加结渣与腐蚀的几率。所以，为了确保可以有效的控制氮氧化物的生成量，还能够保障锅炉燃烧应有的稳定性与安全性，一定要对空气分级燃烧全过程进行合理设计。
2.4烟气脱硝技术
环保部在2010年提出，当采用低NOx燃烧技术后，氮氧化物的排放浓度如果仍不符合控制标准，要采用烟气脱硝技术来降低氮氧化物的浓度。现阶段，我国的烟气脱硝技术主要包括选择性非催化还原法、选择性催化还原法、脉冲电晕等离子法等。
1）选择性非催化还原法脱硝技术
选择性非催化还原法是指在不使用催化剂的条件下，将还原剂从800～1100℃的高温烟气口喷入，进而降低氮氧化物浓度。这种方法对温度的要求较高，当温度高于1100℃时，氮氧化物的热分解能力会降低，当温度低于800℃时，氮氧化物的分解不完全。因此，需要对温度进行合理控制，尽量使其保持在800～1100℃之间。这种技术的操作工艺较为简单，一般不需要大量的资金投入，但对氮氧化物的脱硝效率不高，一般在25%～40%之间。
2）选择性催化还原法脱硝技术
选择性催化还原法是指在有催化剂的条件下，将还原剂从300～400℃的高温烟气口喷入，进而降低氮氧化物浓度。这种技术的脱硝效率较高，理论上能够保证脱销效率大于90%。但是在实际应用过程中因为氮量控制存在的误差，导致发生二次污染，致使最终的脱销效率仅仅能够达到65%～80%左右。选择性催化还原法中使用的还原剂为NH3，而催化剂为V2O5/TiO，从而实现将燃烧炉中的氮氧化物加以降低，而且也是当前唯一的一种处于氧化气氛中实现脱硝的技术。该技术的原理为在催化剂的作用，将NH3通入到反应器中，使NO还原成为氮气，可用下列化学反应式表示：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
3）选择性催化还原法和选择性非催化还原法联合脱硝技术
这种联合技术结合了上述两种脱硝方法的优点，主要是将选择性非催化还原法的还原剂喷入炉膛，并和选择性催化还原法的催化技术结合，进一步对氮氧化物进行脱硝。这种技术的脱硝率一般在40%～80%之间。
结语
总之，氮氧化物是大气的主要污染物之一，对人的身体健康和社会环境具有严重的危害。而火电厂是氮氧化物的主要源头之一，因此我们有必要深入研究氮氧化物排放控制技术，为创造良好的宜居环境尽一份力。
参考文献：
[1]禹庆明，张波，朱宪然，等.低氮燃烧器改造及运行调整方法探讨[J].华北电力技术，2012.
[2]李建东，闫青，刘继成，等.燃煤锅炉低氮燃烧器改造浅谈[C]//清洁高效燃煤发电技术协作网会，2011.
作者简介：
林继浩（1984.03.06），男，学历：华北电力大学热能与动力工程学士，单位：天津国电津能滨海热电有限公司，研究方向：燃煤电厂污染物排放，
论文作者:林继浩
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/16
标签：氧化物论文; 还原法论文; 尿素论文; 选择性论文; 空气论文; 技术论文; 燃料论文; 《电力设备》2017年第4期论文;