燃煤锅炉烟气中NOx生成机理及脱除技术.pdf

燃煤锅炉烟气 中 NOx 生成机理及脱除技术 自4 o 年代美国洛杉矶市发生化学烟 雾以来， 世界上一些大城市也发生了光化 学烟雾。 我国在7 0 年代末兰州西固 地区也 出现了光化学烟雾汽车排放的大量尾气是 造成光化学烟雾的祸首，锅炉烟气也是重 要的影响因素之一。各煤矿建立大型坑口 电站，排放的S O 和N O 在煤矿周围易形 成酸雨， 破坏生态环境。更有甚者， 如果电 站周围地理位置和气候条件具备， 极易出 现硫酸烟雾和光化学烟雾事件。目 前国内 外对S O 的控制和治理做的工作较多， 工 艺也较成熟， 而N O 的治理则显得落后。 随 着人们对环保的重视和对环境质量要求的 提高， N O 的治理必将愈来愈受到重视， 锅 炉烟气脱氮将与烟气脱硫一样成为烟气治 理的重要目 标。 1 锅炉烟气中N O 的生成机理 煤燃烧产生的含氮污染物主要为N O ， 它来自 大气中和煤中氮的氧化。燃烧时空 气中的氮， 高温氧化生成 N O ， 称之为 “ 热 力” N O 。 Z e ld o v i c h 于 1 9 4 6 年提出它的生成 机理。 0 2 2 OM 1 0 N 2 一N ON 2 N 0 2 一N O 0 3 N 相当稳定，生成N O的活化能非常 大， 因 此温度是控制反应的重要手段， 1 8 0 0 K以下， “ 热力” N O生成量很少， 火焰温度 降低能使N O生成量显著减少。 1 9 7 1 年F e n im o r e 把富燃料 昆 气火焰面 上快速反应生成大量的N O称为 “ 瞬时” N O ， 它是由于燃烧时燃料中碳氢化合物分 解生成的C H和C 等原子团，与空气中N 进行反应生成氰化物， 氰化物与火焰中大 1 8 量的0与O H等原子团反应生成N O 。“ 瞬 时” N O生成有以下几个过程。 C H N 2 一H C N N 4 C N 2 一C N N 5 C 2 N 2 叫 2 C N 6 H C N O H C N H 2 0 7 H C N O N C O H 8 C N 0 2 一C O N O 9 NO H N OH 1 0 N0 2 --N O 0 1 1 “ 瞬时” N O生成主要取决于三个因素 ①是C H原子团的浓度及形成过程； ②是 N 分子反应生成氮化物的速率； ③是氮化 物间相互转化率。在火焰温度T [ O H 】≥ [ 0 】 ，H C N与氢原子团反应生成 N H ， 与N ， 由于富燃料混气中缺乏氧， 有时 N O可能与碳氢基团或碳原子反应， 还原成 N2 o “ 燃料” N O 生成动力学较复杂， 它的反 应机理还未被完全掌握。许多学者认为可 按下式进行 燃料N H c N -_ N H N o l R H N o L N H2 N i H 2 NH3 “ 燃料” N O主要受燃料含氮量和过剩 空气系数影响， 而与燃烧温度关系不大， 主 维普资讯 要因为燃料中N的热解温度比火焰温度 低。 生成的N O 与烟气中的氧或其它氧化 性物质反应生成N O 和其它N O x 。 这些N O 对大气环境有很强的破环性， 应采取合适 的脱氮工艺进行治理。 2 目 前脱氨的主要措施 2 ． 1 湿法脱氮技术 湿法脱氮一般是用塔式洗涤器来提供 气液交换界面。 。 洗涤液吸收N O 后需进一 步处理， 以便回 用， 制成新产品或进行无害 化处理。湿式脱氮是化学药剂与溶解于洗 涤液中N O 反应， 根据气液交换双膜理论， 在气相和液相主体之间存在气膜和液膜。 气相中N O 的浓度、压力和温度是影响 N O 的反应速率决定了 N O 向液相传递的 速率。 因此影响湿法脱氮的因素较多。 化学 反应特征是基本因素之一。吸收液与 N O 反应时间越短， 化学平衡常数 K越大， N O 的去除效率则越高。 烟气温度一般在 1 5 0 ％ 以上。 对 N O 的去除效率有很大影响， 温度 升高， N O 的溶解度迅速下降， 造成吸收效 率下降。同样废气的压力也对吸收效率影 响很大。对于酸吸收法， 其它条件相同时， 吸收压力从 1 ． 8 6 1 0 P a 降到0 ． 0 9 8 x 1 0 P a 时， 吸收效率从7 7 ． 5 ％降到4 ． 3 ％。 因此 提高吸收系统的压力是提高N O 吸收率的 一 个重要途径。湿式脱氮在小规模的特定 处理中具有一定实际意义。对于大气量处 理， 则由于经济原因难于采用。 燃煤锅炉尾部烟气温度高于 1 5 0 2 ， 如 用湿法必须作降温处理， 这将增加投资与 运行费用。 若用稀硝酸， 浓硫酸和碱液等作 吸收液， 不但对设备要求很高， 而且解决不 好容易造成新的污染源。据了解湿式脱氮 实际应用并不广泛，锅炉烟气基本没有应 用的实例。 2 ． 2 干法脱氮技术 于法脱氮主要有三种工艺 吸附法、 还 原分解法和脉冲放电法。 吸附法利用吸附剂 分子筛， 活性炭，． 硅胶和泥炭等比 表面积大的特点对N O 进行选择性吸附。在吸附剂上添加催化剂 对 N O 进行催化还原，进一步处理吸附的 N O 。 吸附法工艺简单， 体积小， 费用相对湿 式脱氮低。 但烟气温度、 烟气湿度、 空塔气 速和吸附剂的再生等影响此方法的应用。 吸附量随温度升高而迅速下降，一般吸附 温度为2 0 0【 4 o 0 【 ，因此燃煤烟气必须作 降温处理。 吸附法的工业应用并不广泛， 也 不适合燃煤锅炉的烟气处理。 还原分解法是利用N O 与还原气体 C O ， N H ， ， H 在催化剂的作用下反应转化 为N 。这种方法主要应用于汽车的尾气治 理， 在工业生产中 很少使用。 电子束法利用电子枪产生电子束，在 反应器中 用电子束照射燃烧烟气。烟气被 激活， 并产生等离子体。 在氨气存在的情况 下， 产生 N H 2 S O 和【 N H 2 S O 2 N H O 3 】 粒子，可以 用静电除尘器来捕集这些颗粒 物。从而， 成功地实现了烟气的脱氮和脱 硫。 为了克服上述缺点，马自 达公司已成 功地研究了脉冲电晕诱导等离子体的化学 过程 P P C P ，用高压脉冲电流取代电子 枪。烟气和加人的氨气反应产生 N i l 和【 N H S O 2 N H I O ， 1 颗粒物， 利用静电 除尘器 E S P 收集。 尽管设备费几乎减少了 一 半， 但在高温条件下， 二氧化硫的氧化速 度慢，二氧化硫的大部分产物为亚硫酸氨 盐， 在气体状态下， 烟气中仅捕获较小量的 N H S O 。捕集效率低于1 0 ％， 并需要昂 贵的运行费用。目前国外研究的使用超高 压脉冲电流释放技术，使烟气转换为激活 态， 在定向反应模式控制下， C O 、 S O 、 N O 气体及飞灰能得到有效去除。 ； 超高压脉冲电流释放技术 U P S P 与脉 维普资讯 冲电晕诱导等离子体化学处理技术 P P C P 的区别在于U T S P 在正常压力下， 能产生更 强的释放电流， 使电子获得 3 0 e V以上的能 量。在高能量非平衡状态下， 气体被激活、 分解和电离。 在定向化学反应控制下， 产生 无害的气体分子和固体颗粒。这种技术不 需另加入氨气， 能同时处理烟气中的C O z 、 S O 、 N O 和飞灰。可以大幅度地缩减设备 和运行费用。 从目 前发展趋势来看 利用脉 冲电流处理烟气，可以对多种有害气体综 合处理， 是一种较理想的治理方法。 2 ． 3 微生物法脱氮技术 城市生活污水处理厂利用硝化细菌和 反硝化细菌进行脱氮。如果将活性污泥中 的反硝化细菌培养挂膜到填料塔中， 形成 生物填料塔，可利用反硝化菌将烟气中的 N O 还原为 N 拍 据报道 该生物填料塔能有 效地脱除废气中的N O 。N O 的去除率达 9 9 ％以上， N O的去除率达 9 o ％ 左右。该方 法最适宜温度为3 O ～ 4 5 ℃，进口浓度 5 0 ～ 5 0 0 m g ／ m 3 对其去除效率几乎没有影 响， 随着废气流量的增加， N O的去除率逐 步降低。但是， 填料塔的空塔气速， 烟气温 度，反硝化菌的培养和填料的 堵塞等问题 必须解决好。目 前微生物法处理烟气中 N O 技术还只处于实验研究阶段。 3 结语 1 燃煤锅炉烟气中的N O 主要为燃 烧过程产生的N O转化而来， 可以利用二 次风和控制燃烧室氧气量来控制燃烧温 度， 减少“ 热力” N O和“ 瞬时” N O的产生， 同 时要考虑热利用率， 一般空气过剩系数 a 为 1 ． 0 ～1 ． 2 较合适。 2 燃煤烟气一般用干法处理， 湿法由 于自 身存在的缺陷应用很少， 微生物法目 前还处于实验阶段，它的工业应用还取决 于工艺的不断完善。 3 干法中的脉冲电流技术代表了当 今烟气脱氮的发展方向， 大型火力发电厂 能将C O 、 S O 、 N O 和飞灰同时处理， 如果 设备和运行费能得到进一步控制，此项技 术有良 好的应用前景。 b [ ] 丘 b 日 巳 C j b 己 - _ b c _ b b 己 。 c a b C j b __ d b c a b c a b C j b C j b b 臼 凸 c J L j c ] _ 一 【 j 亡] C j b C j 臼b C j b C j b 凸 亡 ] b臼 L ]山c J b C j b 矿山资源开发利用与环境保护 科技与信息 征 稿 启 事 矿山资源开发利用与环境保护 原刊名 煤炭资源开发与利用 是由煤炭综合利用 情报中心站、 煤炭工业环境保护情报中心站联合主办的。主要刊登矿山资源的综合利用， 如洁净煤的开发利用； 劣质煤 煤矸石、 煤泥 发电， 制建材； 煤系共伴生矿利用等。以及矿 山环境保护方面的技术和经验， 如水资源的保护与防治； 大气污染与防治等。欢迎广大科 技工作者踊跃投稿。 1 ． 来稿内容力求新颖， 数据可靠。 技术类文稿切勿超过4 0 0 0 字。 一般文稿不宜超过 2 0 0 0 字。 2 ． 欢迎提供最新技术、 专利、 信息等内容。 3 ． 稿件一经采用， 付给稿酬， 并赠送当期刊物。 4 ． 来稿请寄 浙江省萧山市拱秀路2 8 8 号 煤炭综合利用情报中心站邮编 3 1 1 2 0 0 2 0 维普资讯