文苑撷英

    摘 要：火电厂烟气脱硝是降低锅炉烟气中氮氧化物（NOX）排放浓度的重要举措，对改善大气环境质量有着至关重要的作用，密切受到社会各界的广泛重视。本文主要针对电站锅炉SNCR法脱硝工艺原理进行分析。

    关键词：环境保护；电厂；烟气脱硝技术

    当前，国内火电厂锅炉烟气脱硝工艺绝大多数采用ＳＣＲ法、ＳＮＣＲ法和ＳＣＲ法+ＳＮＣＲ法联合脱硝。采用的还原剂绝大多数是尿素或氨水，通过溶解稀释后，配制成一定浓度的溶液，通过脱硝系统喷枪喷入锅炉炉膛内部，尿素或氨水分解生成氨气，氨气和烟气中的氮氧化物（NOX）发生化学反应后，生成氮气（N2）和水（H2O），从而起到降低烟气中氮氧化物（NOX）排放浓度的目的。

    陕煤集团神木电化公司热电装置#１、２、３锅炉均采用ＳＮＣＲ法进行烟气脱硝。相比SCR法脱硝工艺，ＳＮＣＲ法不需要在锅炉排烟系统中加装催化剂。近日，通过和部分员工进行探讨，个别员工对ＳＮＣＲ法脱硝工艺原理还稍有点模糊。对此，我查阅了相关资料，谈谈自己的理解和认识。

     一、电站燃煤锅炉生成氮氧化物（NOX）的原理

     煤在燃烧过程中产生的氮氧化物（NOX）的途径主要有三种，即热力型、燃料型和快速型。[1]

    热力型氮氧化物（NOX），煤在高温条件下燃烧，空气中的氮气（N2）和氧气（O2）发生氧化反应，生成氮氧化物（NOX）。热力型氮氧化物（NOX）的生成，主要与燃烧反应温度、氧气浓度和反应时间等因素有关。

    由于空气中的主要成份是氮气（N2），大约占大气总量的78.08%（体积百分比）。在通常状况下，氮气（N2）是一种无色无味的气体，化学性质十分稳定, 常温下很难跟其他物质发生化学反应，可以认可为惰性气体。如果在高温高压下，特别是有催化剂存在的条件下,氮气（N2）和氧气（O2）会发生化学反应生成氮氧化物（NOX）。由于氮气（N2）化学性质不活泼，如果没有催化剂，在温度低于1000℃，很难和氧气（O2）发生化学反应。由于循环流化床锅炉炉膛温度约为８００－95０℃，所以热力型氮氧化物（NOX）产生量很少。

    快速型氮氧化物（NOX）主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃（CX Hy）与空气中的氮气（N2）发生反应，生成的氮氧化物（NOX）。因此，快速型氮氧化物（NOX）主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程中，而在电站燃煤锅炉中，生成量很少。

    燃料型氮氧化物（NOX），煤在燃烧过程中，煤中含氮的化合物发生热分解反应，生成氮氧化物（NOX），氮化物的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃就会发生反应生成燃料型氮氧化物（NOX）。燃料型氮氧化物（NOX）占煤粉燃烧生成氮氧化物（NOX）总量中的60～80%。氮氧化物（NOX）的生成和还原与燃烧温度、氧浓度有关外还与煤的特性、煤中氮化物的存在状态等相关。[2]

    根据以上三种氮氧化物（NOX）的生成机理可知，电站锅炉燃烧过程中，烟气中的氮氧化物（NOX）主要是燃料型氮氧化物（NOX）。而热力型氮氧化物（NOX）和快速型氮氧化物（NOX），产生量比较少。只有当锅炉炉膛温度超过1200℃以上时，热力型氮氧化物（NOX）生成量逐步提高，而且随着温度的升高，产生的量越来越高。

    二、氮氧化物（NOX）对人体的危害

    氮氧化物（NOX）主要包括N2O、NO、NO2等，除二氧化氮（NO2）之外，其余的氮氧化物（NOX）很不稳定，在光热环境下发生相互转化。氮氧化物（NOX）一般都具备一定的毒性，不仅会危害人体健康，对于环境也有着非常严重的污染。首先，氮氧化物（NOX）会吸收大气层中的紫外光和可见光，与某些碳氢化合物反应后，生成烷基以及硝基化合物等，这些生成物混合在一起，呈现出烟雾的形态，称为光化学烟雾。这种烟雾会刺激人的眼睛，影响植物的正常生长，还会导致大气能见度的降低，给人们生产以及日常生活带来不便。其次，氮氧化物（主要指NO、NO2）和空气中的水分发生化学反应，生成硝酸和亚硝酸。而硝酸和亚硝酸是“酸雨”的主要成分，酸雨不仅会严重影响农作物的生长，还会腐蚀建筑、交通工具等，威胁人们的身体健康和正常的生活。同时，氮氧化物（NOX）会导致大气中臭氧的减少，削弱其对于紫外线的防护作用，从而引发各种各样的环境问题。因此，有效控制废气中氮氧化物的排放量，是非常必要的。

    三、电站燃煤锅炉氮氧化物的减排措施

    为了降低电站燃煤锅炉烟气中氮氧化物（NOX）的排放量，一般电站锅炉，均采用降低火焰最高温度区域的温度、减少过量空气等措施，来抑制氮氧化物（NOX）的生成。

    当前，大多数电站锅炉通常有两种，一种是煤粉炉，另一种是循环流化床锅炉。由于煤粉炉炉膛温度比较高，炉膛温度一般已超过１4００℃，有利于氮气（N2）和氧气（O2）发生化学反应，导致煤粉炉烟气中的氮氧化物浓度含量比较高。所以，煤粉炉即使采用了脱硝工艺，也很难把烟气中氮氧化物排放浓度控制在排放标准之内。所以，大多数火电厂一般都会对煤粉炉通过低氮燃烧技改，降低炉膛温度等燃烧条件，达到降低氮氧化物的产生量。进而通过脱硝工艺，达到降低烟气中氮氧化物排放浓度的目的。

    而循环流化床锅炉，炉膛温度比较低，一般在８００－95０℃之间。在此条件下，烟气中氮氧化物（NOX）的主要来源是燃料型氮氧化物（NOX），这种炉型更有利于氨气（NH3）和氮氧化物（NOX）发生化学反应，达到脱硝目的。

    选择性非催化还原法（SNCR）是一种通过向锅炉炉膛中喷入配置好的尿素溶液或氨水等还原剂，尿素在高温状态下发生烈解反应，生成氨气（NH3）。氨气（NH3）和氮氧化物（NOX）发生化学反应，生成氮气（N2）和水（HXO），达到降低烟气中氮氧化物排放的目的。下面，我主要针对循环流化床锅炉SNCR法脱硝工艺进行分析。

    电化公司#１、２锅炉是循环流化床锅炉设计，炉膛温度大约在800℃～950 ℃左右，比较适合采用SNCR法烟气脱硝。目前，电化公司采用的脱硝工艺就是ＳＮＣＲ法。

    把配制好的尿素（CO（NH2）2）溶液，通过脱硝系统喷入锅炉炉膛（温度范围为800℃～950 ℃）。尿素在高温下发生分解反应：CO（NH2）2  → 2NH3 + HNCO，生成还原剂氨气（NH3）。氨气（NH3）有“有选择性”地与烟气中的氮氧化物（NOX）发生反应生成无毒、无污染的N2和H2O。其化学反应方程式为：

    4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

    2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

    2NO + 2HNCO + 1/2O2 → 2N2 + 2CO2 + H2O

    但是氨气（NH3）和氮氧化物（NOX）发生反应和温度有极大的关系，当环境温度低于800℃时，氨气（NH3）和氮氧化物（NOX）发生反应的效率明显降低，导致烟气中的氮氧化物（NOX）排放浓度升高。同时，由于氨气（NH3）反应不完全，部分氨气（NH3）会在烟气中排出，这就是我们常说的氨逃逸。

    如果锅炉炉膛温度超过1200℃时，氨气（NH3）和氧气（O2）发生氧化反应生成氮氧化物（NOX），4NH3+5O2=4NO+6H2O。同时，有利于炉膛中的氮气（N2）和氧气（O2）发生氧化反应，生成的氮氧化物（NOX）。当温度超过1300℃－1500℃时，氮气（N2）和氧气（O2）加速发生氧化反应，生成氮氧化物（NOX），抵消了氨气（NH3）的脱硝效果，烟气中氮氧化物（NOX）排放浓度会大大提升。所以，锅炉烟气脱硝效率和环境温度有着密切的关系，温度过高或过低都会导致氮氧化物（NOX）脱除率下降。

    电化公司#1、2锅炉燃料采取燃煤中掺烧煤泥，这种燃烧方式可以有效的降低锅炉炉膛温度。当燃料中煤泥掺烧比例过少或用纯煤燃烧时，锅炉炉膛温度将会有所升高，当炉膛温度超过1200℃时，运行人员就会发现锅炉脱硝效率开始降低，烟气中的氮氧化物（NOX）排放浓度逐步升高，甚至会出现超标现象，给锅炉燃烧调整带来一定的困难。同样，当炉膛温度低于800℃时，由于氨气（NH3）和氮氧化物（NOX）化学反应效率降低，脱硝效率有所偏低，导致烟气中氮氧化物（NOX）排放浓度升高，甚至发生超标现象，究其原因就是如此。

    所以，为了提高脱硝效率，降低烟气中氮氧化物（NOX）的排放浓度。运行人员必须要加强锅炉燃烧工况调整，确保氨气（NH3）在锅炉最佳温度下和氮氧化物（NOX）发生反应，达到最佳脱硝效率。

    四、结束语

    综上所述，随着我国经济的高速发展，电力能源的作用更加突出，火电厂锅炉烟气中氮氧化物（NOX）等污染物排放量的增多，对环境污染带来了比较严重的影响。因此，火电厂必须要做好烟气脱硝工作，减少烟气中氮氧化物（NOX）的排放量，有效的缓解环保的压力，全面提升环境质量。

    参考文献：

    [1]尤先锋，刘生玉，吴争鸣，任军，谢克昌. 煤热解过程中氮和硫化合物分配及生成机理。煤炭转化，2001（07）

    [2] 韩海军,李建敏.燃煤电站锅炉氮氧化物形成机理及防治措施。中国科技博览，2016（02）