李智文

（陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司，陜西榆林719316）

1 引言

當(dāng)前，國內(nèi)火電廠鍋爐煙氣脫硝工藝絕大多數(shù)采用SCR法（選擇性催化還原法）、SNCR法（選擇性非催化還原法）和SCR法+SNCR法聯(lián)合脫硝。采用的還氧劑多數(shù)是尿素或氨水，通過溶解稀釋，配制成一定濃度的溶液，通過脫硝系統(tǒng)噴槍噴入鍋爐爐膛內(nèi)部，尿素或氨水分解生成氨氣，氨氣和煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，生成氮?dú)夂退瑥亩鸬浇档蜔煔庵械趸锱欧艥舛鹊哪康摹?/p>

2 電站燃煤鍋爐生成氮氧化物的原理

煤在燃燒過程中產(chǎn)生氮氧化物的途徑主要有3種，即熱力型、燃料型和快速型[1]。

熱力型氮氧化物，煤在高溫條件下燃燒，空氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮氧化物。熱力型氮氧化物的生成主要與燃燒反應(yīng)溫度、氧氣濃度和反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)。

由于空氣中的主要成分是氮?dú)?，約占大氣總量的78.08%（體積百分比）。在通常狀況下，氮?dú)馐且环N無色無味的氣體，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,常溫下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可以認(rèn)為是惰性氣體。如果在高溫高壓下，特別是有催化劑存在的條件下,氮?dú)夂脱鯕鈺?huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化物。由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，如果沒有催化劑，在溫度低于1 000℃時(shí)，很難和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于循環(huán)流化床鍋爐爐膛溫度約為800～1 150℃，所以，熱力型氮氧化物的生成量很少。

快速型氮氧化物主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的烴（CxHy）與空氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，生成的氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度較低的富燃料區(qū)，多發(fā)生在內(nèi)燃機(jī)的燃燒過程中，而在電站燃煤鍋爐中，生成量很少。

燃料型氮氧化物，煤在燃燒過程中，煤中含氮的化合物發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成氮氧化物，氮化物的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃就會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成燃料型氮氧化物。燃料型氮氧化物占煤粉燃燒生成氮氧化物總量中的60%～80%。氮氧化物的生成和還原與燃燒溫度、氧濃度有關(guān)外還與煤的特性、煤中氮化物的存在狀態(tài)等相關(guān)[2]。

根據(jù)以上3種氮氧化物的生成機(jī)理可知，電站鍋爐燃燒過程中，煙氣中的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物。而熱力型氮氧化物和快速型氮氧化物，產(chǎn)生量比較少。只有當(dāng)鍋爐爐膛溫度超過1 300～1 500℃以上時(shí)，熱力型氮氧化物生成量逐步提高，而且隨著溫度的升高，產(chǎn)生的量越來越高。

3 氮氧化物對(duì)人體的危害

氮氧化物主要包括N2O、NO、NO2等，除NO2之外，其余的氮氧化物很不穩(wěn)定，在光熱環(huán)境下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。氮氧化物一般都具備一定的毒性，不僅會(huì)危害人體健康，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成非常嚴(yán)重的污染。首先，氮氧化物會(huì)吸收大氣層中的紫外光和可見光，與某些碳?xì)浠衔锓磻?yīng)后，生成烷基以及硝基化合物等，這些生成物混合在一起，呈現(xiàn)出煙霧的形態(tài)，稱為光化學(xué)煙霧。這種煙霧會(huì)刺激人的眼睛，影響植物的正常生長，還會(huì)導(dǎo)致大氣能見度的降低，給人們的生產(chǎn)以及日常生活帶來不便。因此，有效控制廢氣中氮氧化物的排放量非常必要。

4 電站燃煤鍋爐氮氧化物的減排措施

當(dāng)前，多數(shù)電站鍋爐通常有2種：一種是煤粉爐；另一種是循環(huán)流化床鍋爐。由于煤粉爐爐膛溫度比較高，爐膛溫度一般已超過1 400℃，有利于氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致煤粉爐煙氣中的氮氧化物濃度比較高。所以，煤粉爐即使采用了脫硝工藝，也很難把煙氣中氮氧化物排放濃度控制在排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。所以，多數(shù)火電廠一般會(huì)對(duì)煤粉爐通過低氮燃燒技改，降低爐膛溫度等燃燒條件，達(dá)到降低氮氧化物的產(chǎn)生量。進(jìn)而通過脫硝工藝，達(dá)到降低煙氣中氮氧化物排放濃度的目的。

而循環(huán)流化床鍋爐，爐膛溫度比較低，一般在800～1 150℃。在此條件下，煙氣中氮氧化物的主要來源是燃料型氮氧化物，這種爐型更有利于氨氣和氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫硝目的。

SNCR法是一種通過向鍋爐燃燒氣體中噴入配置好的尿素溶液或氨水等其他藥劑，尿素在高溫狀態(tài)下發(fā)生烈解反應(yīng)，生成氨氣。氨氣和氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退_(dá)到降低煙氣中氮氧化物排放的目的。下面，主要針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐SNCR法脫硝工藝進(jìn)行分析。

把配制好的尿素[CO（NH2）2]溶液，通過脫硝系統(tǒng)噴入鍋爐爐膛（溫度范圍為800～1 150℃）。尿素在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)：CO（NH2）2→2NH3+HNCO，生成還原劑氨氣。氨氣有“有選擇性”地與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)生成無毒、無污染的N2和H2O。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

但是氨氣和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)和溫度有極大的關(guān)系，當(dāng)環(huán)境溫度低于800℃時(shí)，氨氣和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)的效率明顯降低，導(dǎo)致煙氣中的氮氧化物排放濃度升高。同時(shí)，由于氨氣反應(yīng)不完全，部分氨氣會(huì)在煙氣中排出，這就是我們常說的氨逃逸。

如果鍋爐爐膛溫度超過1 200℃時(shí)，氨氣和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氮氧化物，4NH3+5O2=4NO+6H2O。同時(shí)，有利于爐膛中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氮氧化物。當(dāng)溫度超過1 300～1 500℃時(shí)，氮?dú)夂脱鯕饧铀侔l(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮氧化物，抵消了氨氣的脫硝效果，煙氣中氮氧化物排放濃度會(huì)大大提升。所以，鍋爐煙氣脫硝效率和環(huán)境溫度有著密切的關(guān)系。溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致氮氧化物脫除率下降。

所以，為了提高脫硝效率，降低煙氣中氮氧化物的排放濃度。運(yùn)行人員必須要加強(qiáng)鍋爐燃燒工況調(diào)整，確保氨氣在鍋爐最佳溫度下和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到最佳脫硝工況。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力能源的作用更加突出，火電廠鍋爐煙氣中氮氧化物等污染物排放量的增多，對(duì)環(huán)境污染帶來了比較嚴(yán)重的影響。因此，火電廠必須做好煙氣脫硝工作，減少煙氣中氮氧化物的排放量，可以有效緩解環(huán)境的壓力，減少對(duì)環(huán)境的破壞。