氮氧化物污染及防治
本文主要介绍了氮氧化物的来源、产生机理及危害, 我国的氮氧化物排放现状及烟气脱硝的一些方法。在考虑需安装烟气脱硝装置的燃煤锅炉的地理位置和该单位经济技术条件的基础上选择经济且脱硝率相对较高的烟气脱硝技术。
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NOX是造成大气污染的主要污染源之一,也是“十二五”期间需要降低其排放量的主要污染物之一。NOX包括NO,NO2,N2O5,N2O3,NO3,N2O4等,污染大气的主要是NO和NO2。NOX的排放会给自然环境和人类生产、活动带来严重的危害,包括对人体的致毒作用、对植物的损害作用、形成酸雨或酸雾、与碳氢化合物形成光化学烟雾、破坏臭氧层等[1]。随着NOX污染不断加剧,特别是北京、上海、广州等一些大城市NOX污染超标,局部地区甚至出现了光化学烟雾,已经对经济的发展和人们的生活产生了严重的影响。NOX的污染状况已引起我国政府和国际社会的广泛关注。因此在我国进行燃煤烟气和其他工业窑炉烟气脱硝刻不容缓。2NOX的生成2.1来源大气中NOX的来源主要有2个方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生,每年约生成5×108t;另一方面是由人类活动所产生,每年全球的产生量多于5×108t。在人为产生的NOX中,由炉窑、机动车和柴油机等燃料高温燃烧产生的占90%以上,其次是硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理等过程。从燃烧系统中排出的NOX95%以上是NO,其余主要为NO2。据美国1999年统计,人为活动排放的约55.5%来自交通运输,约39.5%来自固定燃烧源,约3.7%来自工业过程,约13%来自其他源[2]。2.2燃烧过程中NOX的产生机理燃烧过程产生的NOX主要有NO和NO2,另外还有少量的N2O。在煤的燃烧过程中,NOX的生成量与燃烧方式特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。按生成机理分类,燃烧形成的NOX可分为燃料型、热力型、快速型3种。2.2.1燃料型NOX煤中的氮一般以氮原子的形态与各种碳氢化合物结合,形成环状或链状化合物。燃烧时,空气中的氧与氮原子反应生成NO,NO在大气中被氧化为毒性更大的NO2。这种燃料中NO2经热分解和氧化反应而生成的成为燃料型NOX。煤燃烧产生的NOX中,75%~95%是燃料型NOX。2.2.2热力型NOX热力型NOX是指空气中的N2与O2在高温条件下反应生成NOX。温度对热力型NOX的生成具有决定性作用。随着温度的升高,热力型NOX的生成速度迅速增大。以煤粉炉为例,在燃烧温度为1350℃时,几乎100%生成燃料型NOX。但是当温度升高至1600℃时,热力型NOX可占炉内NOX总量的25%~35%。除了反应温度外,热力型NOX的生成还与N2的浓度及停留时间有关。2.2.3快速型NOX快速型NOX主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2发生反应,形成的CH和HCN等化合物继续被氧化而生成的NOX。在燃煤锅炉中,快速型NOX生成量很少[3]。3我国的NOX现状及控制技术燃料燃烧是NOX的主要来源。在我国,大气中NOX60%来自燃煤,火力发电又占了煤炭消费量的70%。由此可见,火电站产生了42%的NOX[4]。与发达国家相比,我国在NOX排放控制方面起步相对较晚,以至于NOX排放总量的快速增加抵消了近年来卓有成效的SO2控制效果,如果不加强治理,NOX的排放总量将会继续增加,甚至有可能超过SO2而成为大气中最主要的污染物。据测算,2000年,中国NOX排放量达到约1177万t,若不采取有效控制措施,到2020年将达到2363~2914万t,超过美国成为世界第一大NOX排放国[5]。目前,NOX的控制技术按照NOX的生成前后可以分为一级污染预防措施和二级污染预防措施。所谓的一级污染预防措施指的是NOX生成前的控制措施,主要有低过量空气系数燃烧、空气分级燃烧、低NOX燃烧器等。二级污染预防措施指的是NOX生成后的控制技术,即对烟气进行脱氮处理,又称为烟气脱硝,主要方法有还原法、液体吸收法和分解吸附法等。催化方法主要包括选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)和非选择性催化还原法(SNCR)。
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