几种脱氮技术

脱氮技术简介1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的化学烟雾事件，此后，在北美、日本和欧洲等部分地区也先后出现这种烟雾。经研究调查，直到1958年才发现这一事件是由于洛杉矶市拥有250万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每天向大气排放400多吨氮氧化物，这些气体受到阳光照射作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。NOx对环境的危害大气中的NOx达到一定浓度以后，在太阳光照射下，经过一系列光化学氧化放映，可生成“光化学烟雾’’。可使空气质量恶化，对人体健康造成危害。我国《大气污染防治法》第30条明确规定“企业应当对燃烧过程中产生的NOx采取控制措施。人类活动产生的氮氧化物主要来源于两个方面:(1)含氮化合物的燃烧;(2)亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用。据美国环保局估计,99%的NOx产生于含氮化合物的燃烧,如火力电厂煤燃烧产生的烟气、汽车尾气等。在亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用过程中,由于它们的还原分解,会放出大量的NOx,其局部浓度很高,处理困难,危害大。在含NOx废气中,对自然环境和人类生存危害最大的主要是NO和NO2。脱氮方法•催化还原法（选择性/非选择性催化还原法）•液体吸收法（水/酸/碱液/氧化/还原/络合吸收法）•吸附法（丝光沸石/活性焦）•生物脱氮法•等离子体过程烟气NOx治理技术•-电子束法NOx治理技术•-气体电晕放电法NOx治理技术•低NOx燃烧技术•循环流化床燃烧系统活性焦吸附法•该法是用活性焦进行烟气的同时脱硫和脱氮。•SO2是通过活性焦的微孔催化吸附作用，生成硫酸储存于焦碳微孔内，通过热再生，生成总量虽少，但含SO2浓度很高气体，根据需要再去转换成各种有价值的副产品，如高纯硫磺、液态SO2、浓硫酸、化肥等。•NOx是在加氨的条件下，经活性焦的催化作用生成水和氮气再排入大气。•该工程的主要设备是脱硫脱氮塔，活性焦在塔内由上往下移动，烟气横向交叉通过活性焦炭层，因此烟气中的尘也被除掉。可以长期、稳定、连续地运转，脱硫率几乎100%，脱氮率在80%以上活性焦吸附法脱硫脱氮的优点：①具有很高的脱硫率（98%）。②能除去湿法难以除去的SO3。③能除去废气中的HCl、HF、砷、硒、汞，是深度处理的技术。④在低温下（100～200℃）能得到高的脱氮率（80%），因而不需要废气升温装置。⑤具有除尘功能。⑥过程中不用水，无需废水处理装置，没有二次污染问题。⑦碱、盐类对活性焦炭没有影响，不存在吸附剂中毒问题。⑧建设费用低，使用动力小则运行费用低。⑨厂地面积小也可以建设。⑩可以回收副产品，高纯硫磺（99.95%）或浓硫酸（98%）或高纯液态SO2，其中任选一副产品。活性焦吸附法脱硫脱氮的主要问题：①固态的热吸收剂循环使用，是机械的方式，操作较复杂。②吸附剂在运行中有磨损消耗，是成本的主要部分。③烟气通过吸附床有较大的压力降由于以上特点，因此在美国政府调查报告中认为，该技术是最先进的烟气脱硫脱氮技术生化法脱氮技术烟气的生物化过程是利用微生物的生物活动将烟气中的有害物质转化为简单而无害的无机质和微生物的细胞质。适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下，利用NOx作为氮源，将NOx还原为最基本的无害N2，而脱氮菌本身获得生成繁殖。NOx中NO占很大比例，而NO又不溶于水，使得NO的净化率不高。生化法净化烟气生物洗涤生物过滤生物滴滤等离子体过程烟气NOx治理技术等离子体污染控制利用气体放电产生具有高度反应活性的粒子与各种有机无机污染物分子发生反应，从而使污染物分子分解成为小分子化合物或氧化成易处理的化合物而被去除。等离子体过程烟气NOx治理技术使目前国外烟气脱硝研究的主流，按等离子体内部电子产生方式可分为电子束法和气体电晕放电法，电子束法比较单一，电晕技术由于前景看好而发展迅速。电子束法NOx治理技术原理利用高能射线照射工业废气，发生辐射化学反应，从而将NOx去除。原理图优点此法可同时脱硫脱氮，不产生废水和废渣，副产品可作化肥使用，系统操作方法简单，过程易于控制，运行可靠，无堵塞、腐蚀和泄露问题，对负荷变化适应性强，一次性投资低，占地面积小。应用此法可广泛应用燃煤电站，化工，冶金，建材等行业企业，处理后烟气无需加热，可直接排放，对环境无二次污染，实现了氮资源的综合利用和自然生态循环，是一种资源化的污染治理技术。中国工程物理研究院自行设计和建造了我国第一套电子束辐射烟气脱硫脱硝工业化试验装置建于四川绵阳科学城热电厂。气体电晕放电法NOx治理技术原理高压时使气体电离，产生电离区域或称为电晕层，电晕区随电场强度的增加而增加。大的电晕区有利于烟气治理。2过程放电阶段：产生初始自由基和激发态自由基后放电阶段：激发态自由基消灭形成长寿命自由基自由基与NOx反应阶段：O+NONO2NO+O3NO2+O2NO+HO2NO2+OHNO+OH+N2HNO2+N2NO2+OH+N2HNO3+N2应用20世纪80年代初期日本的Masuda提出了脉冲电晕放电等离子体技术，脉冲电晕技术所用设备简单，可由常见的静电除尘设备适当改造而成，集脱硫、脱硝和集尘为一体，大大节省了投资和占地面积。脉冲电晕放电等离子体技术主要是由烟气调制系统，脉冲高压电源系统，反应器系统，副产品收集系统，控制系统，氨站和辅助装置构成。除尘后的烟气烟气调制塔（温度、湿度）反应器氨站供氨硫酸氨、硝酸氨副产物集器烟囱特点采用窄脉冲高压电源供能，能量效率高，但是电耗大，浪费能量，技术较复杂，成本较高，火花开关寿命短，需要定期更换。低NOx燃烧技术•不同燃烧方式，氮氧化物的产生量不同，在燃烧过程中采用NOx产生率较低的燃烧方式，是控制NOx排放的最直接措施。•一般而言，煤粉高效燃烧技术与低NOx燃烧技术是互为矛盾的。降低NOx生成与排放的根本在于控制燃烧区域的温度不能太高，但降低温燃烧又会影响燃烧效率，协调好两项技术的综合应用，使达到最佳效果是洁净燃烧的目的。燃煤过程中产生NOX的三个途径一、热力型NOX它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NO。二、燃料型NOX它是燃料中含有的氮的化合物在在燃烧的过程中热分解而接着氧化成NO。三、快速型NOX它是燃烧时空气中的氮和燃料的碳氢离子反应生成NO。降低NO的主要技术措施⑴改变燃烧条件：①低过量空气燃烧②空气分级燃烧③燃料分级燃烧④烟气再循环⑵炉膛喷射脱硝：①喷氨或尿素②喷入水蒸汽③喷入二次燃料（属于燃料分级燃烧）⑶烟气脱硝：①干法烟气脱硝②烟气催化脱硝③电子照射烟气脱硝④湿法烟气脱硝。用改变燃烧条件的方法来降低NOX的排放，统称为低NOX燃烧技术。在各种降低NOX排放的技术中，低NOX燃烧技术是采用最广，相对简单经济，并且是最有效的方法。低NOX燃烧技术一、空气分级燃烧二、低过量空气燃烧三、燃料分级燃烧四、烟气再循环低过量空气燃烧这种方法通过调整锅炉的燃烧配风，使燃烧过程在尽可能接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法，采用该技术时锅炉的燃烧系统不需要改造，一般可降低NOx排放15%-20%。风量控制需要准确，如果炉内氧浓度过低（到3%以下），将增加化学不完全燃烧损失，造成CO浓度急剧增加，燃烧效率下降，飞灰含碳率上升，因此在锅炉设计和运行中需选取最合理的燃烧器和过量空气系数。•空气分级燃烧的基本原理是将燃烧过程分阶段完成。•第一阶段，由主燃烧器供入炉膛的空气被减少到总供给空气量的70%-75%（约相当于理论空气量的80%），形成贫氧而富燃料的第一燃烧区。由于过量空气系数小于1，降低了燃烧的速度温度水平，不但使燃烧过程延迟，而且减少了NOx的生成量。空气分级燃烧第二阶段，为了实现完全燃烧，富余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（overfireair—通常称为火上风喷口）送入炉内，与第一燃烧区的烟气混合，形成富氧而贫燃料的第二燃烧区，在过量空气系数大于1的条件下完成燃烧全过程。第二燃烧区内烟气温度相对较低，有利于限制热力型NOx的形成，由于燃烧过程所需要的空气是分级供入炉内的，故称为空气分级燃烧。3应用为满足燃烧锅炉改造需要，最近燃烧技术已发展到沿炉膛横向的分段燃烧（LNCFS）。即在切圆燃烧火炬中，让二次风偏离一次风，射向较大直径的假想圆，使锅炉中心形成贫氧的富燃料区，其外围形成富氧区。LNCFS又称为集中燃烧系统。横向分段燃烧强化了脱硝效果，由于炉膛水冷壁周边附近为富氧区，能有效防止水冷壁结焦。这种技术已经成为NOx减排技术的新潮。燃料分级燃烧原理燃烧中已经生成的NO，在遇到CH4和未完全燃烧产物CO、H2、C时，会发生NO的还原：2NO+H2=N2+2H2O过程可以用分段供给燃料的办法，在炉内形成三个不同燃烧段，各段分别在贫燃料富氧、富燃料、富氧状态运行。有80%-85%的燃料(一次燃料)送入一级燃烧区即主燃区,在过量空气系数大于1的条件下实现完全燃烧。一级燃烧将生成较多数量的NOx。其余15%-20%的燃料（二次燃料，或再燃燃料)在主燃烧器的上部送入二级燃烧区(再燃区），在空气过量系数小于1的条件下再燃，富余燃料形成强还原性气氛，不仅使得一级燃烧区所生成NOx得到还原，还抑制了新的NOx生成。最后，在再燃区的上面布置OFA喷口形成三级燃烧区（燃尽区），保证未燃烧产物燃尽，从而完成燃烧全过程。第三次燃烧虽然会产生一定数量的NOx，但总体上讲，可以减少NOx的排放达50%-70%，在日本的实际锅炉中，燃料再燃得到的效果是使NOx的产生降低到150-200ppm应用早在1980年代，日本三菱公司就将燃料分级燃烧技术应用于锅炉，使NOx排放降低50%以上。随后日本、美国、欧洲把再燃技术大量用于新建电站和已建电站的锅炉改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益烟气再循环•除了燃料分级燃烧法降低NO的排放值以外，目前使用更多的还有烟气再循环法，它是在锅炉的空气预热器抽取一部分低温烟气或者直接送入炉内，这种方法不仅可以降低燃烧温度而且也降低氧气浓度因而可以降低NO的排放浓度，从空气预热器前抽取温度较低的烟气通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器和空气混合后一起送入炉内，再循环烟气量和不采用再循环时的烟气量之比称为烟气再循环率将再循环烟气送入炉内的方法很多，如留得专门喷口送入炉内或用来输送二次燃料。但效果更好的方法采用空气混合器把烟气掺到空气中。烟气再循环降低NOX的排放效果与燃料品种和烟气再循环率有关，经实验表明烟气再循环率为15%～20%时，煤粉炉的NO排放浓度可降低25%左右。•但是，在采用烟气再循环时，烟气再循环率的增加是有限的，当采用更高的再循环率时由于再循环烟气的增加，燃烧趋于不稳定，而且未燃烧空气的的热损失会增加。•因此，电站锅炉的再循环率一般控制在10%～20%，另外采用烟气再循环时要增加再循环风机、烟道。还需场地，从而增大了投资，其系统也较复杂，同时对原有设备改装时，还受到场地条件的限制。•烟气再循环可以在一台锅炉上单独使用也可以和其它低NOX燃烧技术配合使用，它可以降低主燃烧器的空气浓度，也可以用来输送二次燃料，具体如何取决于NO值降低的要求，和其它具体情况需进行经济技术比较来决定循环流化床燃烧系统循环流化床中积存着大量灼热物料，它相当于一个很大的储热池，新加入的燃料大约只占5%。新燃料进入炉膛后，立即与大量灼热物料混合，在剧烈扰动中受到强烈而稳定的加热，从而使任何难着火的燃料都得以迅速着火燃烧。由于物料在燃烧系统中不断循环，大大延长了燃料颗粒在炉膛内的停留时间，为可燃物的燃尽提供了充分保证，燃料燃烧效率可达95%以上，灰渣含碳率小于2%循环流化床锅炉体积小，锅炉造价较低，但需要规格较高的耐火材料和少量耐热耐磨金属。循环流化床锅炉采用高压头风机，电耗比链条炉多（与煤粉炉采用研磨燃料相似），但燃烧效率高很多，可节约大量燃料，因此运行费用是低的。燃烧用的空气分为一次风和二次风，一次风从布风板下部入，二次风从燃烧室中部送入。燃烧室内布置部分水冷壁受热面，炉温控制在850～900℃以利于石灰石高效脱硫及抑制NOx的生成低温及分级配风燃烧，不需任何