火电厂氮氧化物的生成和控制

火电厂氮氧化物的生成和控制

1.周腾文 2.甘毓霖 3.周军

1.2.华能井冈山电厂

3. 华能荆门热电有限责任公司

摘要：从工业革命到现在，人们改变自然的能力越来越强，下面的环境问题越来越突出。随着中国加入《巴黎协定》，越来越重视环境问题，同时关注经济发展，提出了绿色可持续发展的概念。空气污染是人们感受到的最直接的污染之一，近年来引起了人们的极大关注。氮氧化物被世界公认为空气污染物，石油和煤炭等化石燃料的燃烧是对自然环境和人类健康造成巨大损害的氮氧化物负荷的来源。本文主要分析火电厂氮氧化物的形成与控制。

关键词：氮氧化物；处理技术；污染

引言

国内外氮氧化物的处理技术很多，但相应存在一些限制和问题。等离子体和吸附过程简单可行，但投资和运营成本高。微生物学方法环保高效，但微生物对环境要求严格，因此暂时不可能大规模推广工业应用。催化方法具有较高的去除效率，但占地面积大，资本成本高，也面临催化剂中毒故障的问题。吸收方法易于使用，但仍有提高效率和设备要求的馀地。为了确保社会节能环保的发展，氮氧化物的控制越来越严格，氮氧化物负荷的处理技术不断推进。

1、氮氧化物的产生机理

燃煤电厂氮氧化物生产原理非常复杂。根据氮氧化物产生的不同位置，研究人员在发电过程中大致将氮氧化物分为两类:第一类是燃料领域形成的氮氧化物，第二类是热领域形成的氮氧化物。事实上，氮氧化物也是在燃料丰富的地区形成的，但这部分产生的氮氧化物量很少，生产速度太快，因此研究技术人员在生产该部分的机理时并不研究这一部分的氮氧化物。第一类粘接氧化物是氮和碳，所制造化合物的形状要么是环，要么是链。第二种一氧化氮是氧原子自由基反应引起的，这是连锁反应。通过比较分析，研究人员发现原料的燃烧形态决定了NOx的排放量。例如原料燃烧时的温度、原料燃烧时的空气系数等。事实上，煤炭在发电过程中燃烧，其中含有CO形式的氮氧化物，占氮氧化物总量的90%以上。

2、氮氧化物的危害

煤炭原料在火力发电厂发电过程中燃烧，燃烧过程中产生的氮氧化物对人类、动物和生态环境有害。例如，如果人们在呼吸过程中吸入一氧化氮，就会损害呼吸系统损伤，导致血液循环中血红蛋白含量与正常值不符，从而形成缺氧状态。氮氧化物也随着大气和水进入陆地，破坏了国家的酸碱预算，从而破坏了整个生态系统，使植物生长不正常。引发的氮氧化物还与雨水反应，将雨水的下落转化为酸雨，破坏农林生长环境，甚至与雨水一起进入生态水系统，破坏生态水的pH值，从而使水中浮游生物无法生存，导致水生生态系统食物链的断裂。此外酸雨破坏地面上的建筑物，不断腐蚀建筑物，缩短建筑物寿命。无论是生活还是生产，都会给人们带来很多麻烦。

3、氮氧化物排放控制建议

3.1过程控制

除了在结构和气体组成方面减少NOx的产生外，燃烧过程中也可以抑制NOx的产生，即通过改变气体燃烧类型可以抑制NOx的产生。当前工业生产中常见的方法有:空气燃烧、燃料分层燃烧、致密薄燃烧、烟气循环和控制空气过剩系数。目前空气燃烧技术比较成熟，已在5 m以上的大型焦炉中应用。其核心思想是避免高温和多馀系数同时发生，以减少NOx的产生。分阶段燃烧气体是将气体转化为升火通道底部富氧燃烧，并在升火通道中上部引入还原性气体燃料，以减少已经生产的NOx，实现NOx还原的目的。烟气回收是一种广泛应用的NOx贫燃技术，适用于低氮燃料。该方法通过再循环风机将提取的烟气输送到完全混合的外部混合器中，然后发射到上升的垂直排烟器中。该方法通过提高垂直烟中气体质量流量降低炉内最大火焰温度，同时烟气中氧含量低于空气中氧含量，从而降低氧浓度，从而降低燃烧强度和NOx产量。

3.2选择性催化还原烟气脱硝技术

SCR脱硝技术中SCR催化剂是一种非常常见的关键物质。蜂窝SCR催化剂具有较大的特异性表面和较高的反应活性。单体固化技术提高了催化剂的强度和耐磨性。它可以适应从270 ° C到450 ° C的广泛温度范围。这些优势促进SCR脱硝催化剂的应用。催化剂的生产工艺如下:混合→老化→滤除→挤出→初级干燥→二级干燥→煅烧→切割→端固化→产品装配。混合:首先在设备中使用二氧化钛、钨三氧化二钼和蒙脱土，然后在低速搅拌时添加硬脂酸、乳酸、氨等生产辅助材料。通过监测污泥pH值和水分含量，最终pH值为7.8 ~ 8.4，水分含量为27% ~ 30%。然后将污泥排放到老化装置中进行密封。老化:污泥在老化装置中密封一段时间，温度设定为20 ~ 30℃，湿度超过80%，提高污泥均匀性。过滤:过滤并初步挤压泥浆，控制50℃以下的温度，避免温度过高和水分蒸发。挤压:过滤后的污泥由专业真空挤压装置压入蜂窝卷筒。可根据设备和生产工艺的具体要求确定坯件的长度和横截面面积。初级干燥:通过加热蒸发水、降低湿度和回收含水量较低的铸件。加热除湿的过程应多次采用，使催化剂中应力变化平稳，各部分应力均匀。二次干燥:一次干燥后基本形成催化剂。直接煅烧时，由于含水量高，煅烧过程中容易出现裂缝。因此，在初次干燥后进入二次干燥装置时，需要调节温度和湿度，并用鼓风机进行干燥，直至含水量降至3%以下。煅烧:注意温度控制。催化剂首先经历加热周期，然后经历恒定的温度周期，然后再上升。在恒温过程中，材料此时完全反应，最终冷却后煅烧完成。该工艺需要及时补充和调节氧，提高催化剂的煅烧质量。煅烧催化剂的多馀角用切割机去除。采用硫酸铝溶液等特殊硬度添加剂提高催化剂端面耐磨性，采用硫酸铝氧化性能提高催化剂的整体性能，延长其寿命。

3.3催化法

催化还原技术是有选择地将烟气中的NOX降低到一定温度和催化剂下的水和氮，实现烟气中NOX去除效果[4]。NH3通常被选为还原剂，但丙烯或醛等碳氢化合物也可以被选中。目前液氨和尿素在工业中广泛应用。催化的关键是催化剂，它直接关系到催化过程的效果，催化剂的选择尤为重要。当前，许多科学家研究了催化剂，主要是金属和非金属。为便于实际应用，催化剂采用板型和蜂窝型等各种形式制造。当前V2O5催化剂在实际应用中得到广泛应用。

3.4微生物法

微生物方法的原理是利用微生物的生理代谢活动，将富氧氮氧化物转化为氮或无机物质。一般来说，这种方法可以分为两种治疗技术。一种是通过微生物氧化NO形成亚硝酸盐，然后再进一步氧化成硝酸盐，以达到称为氧化方法的NO去除目的。第二，通过微生物还原NOX产生无害氮，称为还原方法。目前微生物还原研究得到广泛应用。但是，由于微生物对生存环境的严格要求和实际应用中的复杂情况，微生物方法的工业应用受到阻碍。同时，微生物方法具有高效、安全、环保等优点，逐渐成为氮氧化物处理的研究热点。

3.5吸附法

吸附方法的原理是通过物理或化学吸附在吸附剂表面吸附一氧化氮。目前市场上常见的吸附剂主要是活性炭、粉煤灰等。这些吸附剂具有较大的比表面积和密度孔隙结构，有助于提高吸附效率。吸附方法具有设备和工艺简单、操作简单、无废液等诸多优点。被公认为控制氮氧化物的有效方法。但吸附方法的投资相对较高，也面临着停用吸附剂等一些重要的技术问题。为了确保经济性，保持吸附剂的长期稳定使用，在长期循环运行的条件下研究吸附剂的容量尤为重要。

结束语

我国电力行业发电的主要形式是火力发电。为了响应国家号召，达到新的排放标准，研究人员和技术人员必须开发和更新减少氮氧化物的技术。减排技术取得一定进展后，有必要提高企业管理水平，最大限度地减少火力发电厂氮氧化物的排放，使火力发电厂能够长期以科学、绿色、高效的方式发展。

参考文献：

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2. 李文华，黄斐鹏，陈雨帆.燃煤电站低NOx燃烧技术[J].广东化工，2018（12）：190-191.

3. 余新林.浅析火电厂脱硫脱硝技术与应用[J].低碳世界，2018（7）：100-101.

4. 王竞.燃煤烟气脱销技术的研究进展[J].环境与可持续发展，2018，43（4）：144-146.

5. 谭传玉．火电厂氮氧化物排放测量研究［Ｄ］．北京：华北电力大学（北京），2019．

[5]王昆，李晶蕊.碱吸收法处理氮氧化物的动力学数据分析[J].石化技术与应用，2020，38（1）：52-54.