南陽中譽(yù)發(fā)電有限公司 侯小春

1 氮氧化物形成和排放機(jī)理

1.1 氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)和限值

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，各國(guó)對(duì)氮氧化物排放的限制也越來越嚴(yán)格。燃煤火電廠是氮氧化物排放的主要源頭之一，各地區(qū)對(duì)其氮氧化物排放的標(biāo)準(zhǔn)和限值有所不同[1]。例如，我國(guó)大的燃煤火電廠氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)為GB13223-2011《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，限值為150mg/m3。而歐盟對(duì)燃煤火電廠氮氧化物排放的標(biāo)準(zhǔn)為2001/80/EC，限值為200mg/m3。

1.2 氮氧化物生成機(jī)理

氮氧化物的生成機(jī)理是研究燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)的基礎(chǔ)，其氮氧化物生成途徑包括：

一是熱氧化生成。當(dāng)煤炭中的有機(jī)氮化合物暴露在高溫的燃燒氣體中時(shí)，發(fā)生熱氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化氮（NO），這是氮氧化物中最主要的生成途徑之一。

二是燃料氮化物生成。煤炭中的有機(jī)氮化合物在高溫條件下分解產(chǎn)生氨氣（NH3），然后氨氣與燃燒過程中的氧氣反應(yīng)生成一氧化氮（NO），這種機(jī)制在燃煤火電廠中也會(huì)貢獻(xiàn)一定比例的氮氧化物排放[2]。

三是熱解和重組反應(yīng)。高溫下，煤炭中的有機(jī)氮化合物和氨氣可能發(fā)生熱解和重組反應(yīng)，生成氨氣和一氧化氮。

四是燃料中的無機(jī)氮化合物氧化。煤炭中存在的無機(jī)氮化合物，如氰化物和銨鹽，在燃燒過程中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化氮和二氧化氮（NO2）。

1.3 氮氧化物排放來源

氮氧化物的排放來源主要包括燃料中的氮和空氣中的氮的氧化。燃料中的氮氧化物排放主要來自燃料中的有機(jī)氮和無機(jī)氮化物，例如氨基酸、蛋白質(zhì)、尿素和氨等。當(dāng)燃料在高溫和高壓條件下進(jìn)行燃燒時(shí)，燃料中的氮和氧會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NO 和其他氮氧化物。此外，空氣中的氮和氧也會(huì)在高溫和高壓條件下發(fā)生反應(yīng)，形成NO。煤炭中的無機(jī)氮和空氣中的氮在高溫和高壓條件下也會(huì)反應(yīng)，生成NO。因此，燃煤火電廠是氮氧化物的主要排放來源之一。

2 燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)

2.1 氮氧化物排放計(jì)算公式

氮氧化物的排放計(jì)算包括煙氣排放計(jì)算和燃料消耗計(jì)算。其中，煙氣排放計(jì)算公式根據(jù)燃燒產(chǎn)生的煙氣中氮氧化物的含量和排放量進(jìn)行計(jì)算，常見的計(jì)算式為：

NOx 排放量=[NOx]×V×α

其中，[NOx]為單位體積煙氣中NOx 的濃度，V 為煙氣排放速度，α 為排放系數(shù)。

而燃料消耗計(jì)算公式則是根據(jù)燃料的化學(xué)計(jì)量比和燃燒產(chǎn)生的氮氧化物的摩爾數(shù)進(jìn)行計(jì)算，常見的計(jì)算式為：

NOx 排放量= 燃料消耗量×NOx 生成率×1000/分子量

其中，NOx 生成率指的是每燃燒1m3燃料所生成的NOx 摩爾數(shù)，分子量指的是NOx 分子的相對(duì)分子量。

2.2 SNCR 技術(shù)

選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）技術(shù)是一種常用的燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)，通過在燃燒過程中注入還原劑，使其與燃燒產(chǎn)生的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而減少氮氧化物的排放[3]。

2.2.1 特點(diǎn)

SNCR 技術(shù)無須使用催化劑，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本，可在現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)中進(jìn)行改造，方便技術(shù)的應(yīng)用和推廣，適用于低溫燃燒系統(tǒng)，如燃煤火電廠鍋爐的尾部。

2.2.2 原理

還原劑注入。在燃燒過程中，適量的還原劑（如氨水、尿素溶液）通過噴嘴或噴淋裝置注入燃燒系統(tǒng)。

反應(yīng)區(qū)域。還原劑在燃燒區(qū)域或燃燒產(chǎn)物混合區(qū)域與燃燒過程中生成的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)。

還原反應(yīng)。還原劑中的氨在高溫下分解為氨氣，氨氣與氮氧化物反應(yīng)生成氮?dú)夂退?/p>

采用NH3作為還原劑:

4NH3+ 4NO+ O2→4N2+6H2O

4NH3+ 2NO+ 2O2→3N2+6H2O

8NH3+ 6NO2→7N2+12H2O

而采用尿素作為還原劑:

CO（NH2）2→2NH2+ CO

NH2+ NO →N2+ H2O

CO + NO →N2+ CO2

SNCR 技術(shù)的效果受到多種因素的影響，包括還原劑的注入位置、注入量、燃燒溫度和氧化還原環(huán)境等。通過合理調(diào)整這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物的有效減排[4]。然而，SNCR 技術(shù)也存在一些限制，如反應(yīng)效率對(duì)燃燒條件敏感、還原劑的選擇和儲(chǔ)存等方面的問題。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮燃燒系統(tǒng)特點(diǎn)和運(yùn)行條件，進(jìn)行技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)。

2.3 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是一種通過改變?nèi)剂虾涂諝獾墓┙o方式，降低燃燒過程中氮氧化物生成的技術(shù)。其主要原理是通過優(yōu)化燃燒過程，使燃料與空氣充分混合，控制燃燒溫度和氧化還原環(huán)境，以減少氮氧化物的生成。

2.3.1 特點(diǎn)

低氮燃燒技術(shù)適用于不同類型的燃煤火電廠，包括燃煤鍋爐和燃煤發(fā)電機(jī)組。通過優(yōu)化燃料供給、燃燒器設(shè)計(jì)和燃燒控制參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較低的氮氧化物排放。低氮燃燒技術(shù)相對(duì)于其他技術(shù)而言，操作簡(jiǎn)單，投資成本較低。

2.3.2 原理

燃料改進(jìn)。通過選擇低氮燃料或燃料添加劑，減少燃料中的氮含量，從源頭上降低氮氧化物的生成。

空氣分布優(yōu)化。通過調(diào)整燃燒器結(jié)構(gòu)和供氣方式，使燃料與空氣充分混合，實(shí)現(xiàn)均勻燃燒，減少局部高溫區(qū)域的形成。

過量空氣控制。合理控制燃燒過程中的空氣供給量，以確保燃燒反應(yīng)充分進(jìn)行，避免過高的燃燒溫度和氮氧化物的生成。

燃燒控制技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合分級(jí)燃燒、燃燒溫度控制等技術(shù)手段，進(jìn)一步降低氮氧化物排放。

低氮燃燒技術(shù)的效果與燃料特性、燃燒器設(shè)計(jì)和操作控制等因素密切相關(guān)。針對(duì)不同的燃煤火電廠，需要進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳的低氮燃燒效果。同時(shí)，還需注意燃燒穩(wěn)定性、設(shè)備運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性等方面的考慮。

2.4 復(fù)合技術(shù)

復(fù)合技術(shù)是指將多種氮氧化物減排技術(shù)相結(jié)合，通過綜合應(yīng)用不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到更高效的氮氧化物減排效果的技術(shù)方案。復(fù)合技術(shù)在燃煤火電廠的氮氧化物控制中得到廣泛應(yīng)用。

2.4.1 特點(diǎn)

復(fù)合技術(shù)通過綜合應(yīng)用不同的氮氧化物減排技術(shù)，可以充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高減排效率。

可根據(jù)具體情況和要求，選擇適合的技術(shù)組合，以滿足燃煤火電廠的氮氧化物減排目標(biāo)。

通過優(yōu)化技術(shù)組合和相互協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)更低的氮氧化物排放水平。2.4.2 原理

復(fù)合技術(shù)通常采用多階段的技術(shù)組合，將不同的氮氧化物減排技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，形成一個(gè)系統(tǒng)的氮氧化物控制方案?？梢詫⑷紵刂萍夹g(shù)、SCR技術(shù)、SNCR 技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)等按照具體情況和需求進(jìn)行組合，形成技術(shù)鏈條，實(shí)現(xiàn)氮氧化物的逐級(jí)減排。通過前段技術(shù)的處理，如燃燒控制和低氮燃燒技術(shù)，可以在燃燒過程中降低氮氧化物生成；而后段技術(shù)，如SCR 技術(shù)和SNCR 技術(shù)，可以進(jìn)一步將殘留的氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。

復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用需要綜合考慮技術(shù)的適用性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)施復(fù)合技術(shù)時(shí)，需要合理選擇技術(shù)的順序和配置，以提高氮氧化物的減排效果。此外，對(duì)于復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用，還需要進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以保證技術(shù)的穩(wěn)定性和持續(xù)的減排效果。

3 典型技術(shù)的分析與評(píng)價(jià)

案例名稱：某燃煤火電廠SCR 技術(shù)應(yīng)用分析

工作原理：SCR 技術(shù)通過在煙氣中噴入氨氣或尿素，利用催化劑的作用，將煙氣中的NOx 轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)夂退?/p>

催化劑通常采用釩（V2O5）或鎢（WO3）等成分，催化劑層通過催化作用促進(jìn)NOx 和還原劑之間的反應(yīng)。

適用范圍：SCR 技術(shù)適用于燃煤火電廠的尾部煙氣處理，特別適用于高溫燃燒系統(tǒng)。

可以與其他氮氧化物減排技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，形成復(fù)合技術(shù)方案，以進(jìn)一步提高減排效果。

SCR 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見表1。

表1 SCR 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

成本效益：SCR 技術(shù)能夠顯著降低燃煤火電廠的氮氧化物排放，符合環(huán)境保護(hù)要求，有助于企業(yè)獲得減排獎(jiǎng)勵(lì)和政府補(bǔ)貼。

技術(shù)成本主要包括催化劑購(gòu)置、設(shè)備安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面，需要進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)估和成本效益分析。

通過分析該案例，可以得出SCR 技術(shù)在燃煤火電廠氮氧化物減排方面的工作原理、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)以及成本效益方面的結(jié)論：SCR 技術(shù)在燃煤火電廠氮氧化物減排方面具有較高的減排效率和適應(yīng)性，通過催化劑的作用將煙氣中的NOx 轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，工作原理清晰明了。

SCR 技術(shù)適用于高溫燃燒系統(tǒng)，可與其他減排技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，形成復(fù)合技術(shù)方案。

優(yōu)點(diǎn)包括高效減排、適應(yīng)性強(qiáng)和穩(wěn)定性高，但也存在額外還原劑和催化劑維護(hù)等方面的成本和管理要求。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，SCR 技術(shù)能夠滿足環(huán)境保護(hù)要求，有助于獲得減排獎(jiǎng)勵(lì)和政府補(bǔ)貼，但需要進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)估和成本效益分析。

基于這些結(jié)論，燃煤火電廠在考慮氮氧化物減排技術(shù)時(shí)可以充分考慮SCR 技術(shù)的應(yīng)用。需要根據(jù)具體情況評(píng)估催化劑和還原劑的成本、設(shè)備安裝和維護(hù)成本以及預(yù)期的減排效果。同時(shí)，可以綜合考慮復(fù)合技術(shù)方案，將SCR 技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，以進(jìn)一步提高減排效果和經(jīng)濟(jì)性。最后，加強(qiáng)技術(shù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)，確保SCR 技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)減排效果。

4 技術(shù)應(yīng)用前景展望

未來，燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)的應(yīng)用將面臨廣泛的潛在應(yīng)用和挑戰(zhàn)。技術(shù)將擴(kuò)展到中小型火電廠和工業(yè)鍋爐等領(lǐng)域，但需要考慮技術(shù)的可行性、成本效益和適應(yīng)性。挑戰(zhàn)方面，煙氣中復(fù)雜的污染物組分、催化劑的穩(wěn)定性以及運(yùn)行條件和負(fù)荷變化對(duì)技術(shù)的影響需要解決。

5 結(jié)語

論文系統(tǒng)研究了燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)，總結(jié)了其工作原理、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)和成本效益。通過分析案例和數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SCR 技術(shù)是一種有效的減排技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著的減排效果。然而，技術(shù)的推廣和應(yīng)用仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如適應(yīng)不同地區(qū)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、處理復(fù)雜煙氣成分以及經(jīng)濟(jì)成本的考量。因此，建議加強(qiáng)技術(shù)推廣、加強(qiáng)技術(shù)轉(zhuǎn)化和運(yùn)行維護(hù)，以推動(dòng)燃煤火電廠氮氧化物減排技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，未來的技術(shù)發(fā)展應(yīng)注重提高減排效率、降低成本，并積極應(yīng)對(duì)新的環(huán)境挑戰(zhàn)，這將為燃煤火電廠的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)作出積極貢獻(xiàn)。