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如何降低锅炉烟气中的氮氧化物

文章出处:www.qanghui.cn 浏览次数:发表时间:2021-04-02 10:17
  所有由氮和氧组成的化合物都可以被称为氮氧化物,根据科学研究,几乎所有的氮氧化物对人类都是有毒的。直接吸入会引起呼吸道疾病。氮氧化物和紫外线的结合所造成的光化学污染会对人的眼睛造成烧伤。此外,氮氧化物和水形成的酸雨还会对植物、土壤等造成不同程度的损害。锅炉烟气中氮氧化物主要来源于燃煤,主要由NO和NO组成,其中NO占近90%。
  近年来,锅炉氮氧化物排放量呈上升趋势,并有可能取代二氧化硫成为最大量的酸性气体,对社会的危害是不言而喻的。根据锅炉的现状和氮氧化物的化学特性,这里介绍了几种常用的减少氮氧化物排放的方法。

一、烟气再循环
目前,烟气回收技术得到了广泛的应用。通过抽出部分通向空气预热器的烟气,可在炉内二次使用。惰性气体可以带走部分热量,降低炉内氧浓度,从而控制火焰温度,使燃烧不太快,从而减少氮氧化物的产生。烟气循环利用效率很高。每回收五分之一的烟气,氮氧化物的排放量可减少四分之一。这是一种常用的消除氮氧化物的方法,但其缺点是需要一组非常独特的设备,占地面积大。
二、空气分级燃烧
空气分级燃烧是一项成熟的技术,已经被多次使用。这种方法的原理是将燃烧过程分成几个过程。第一步是控制主燃烧器内的气流。当空气进入熔炉时,它会离开大约四分之一。这个数值大约是理论总数的五分之一。这时,燃料的燃烧没有足够的氧气。氮氧化物的生产自然不多。燃料未完全燃烧后,先前剩余的空气通过主燃烧器顶部的空气输送机进入炉内。它与燃烧的烟道气体混合,然后再次燃烧。最终燃料完全燃烧,但氮氧化物是由于生产条件不足。这会导致减产。这种方法的优点是,在高成功率之后,经过分级燃烧后,氮氧化物的排放可以减少30%,还可以促进燃料的完全燃烧,同时减少排放。
三、燃料分级燃烧
燃料分级燃烧的原理来源于氮氧化物的化学特性,在一定条件下,氮氧化物与碳氢、一氧化碳、碳氢等烃类化合物发生反应,转化为氮。根据这一特点,大部分燃料可引入一次燃烧区,在充分燃烧条件下可产生氮氧化物,少量燃料可引入二次燃烧区,在燃烧不足的情况下形成还原性气体,然后将两种气体混合产生氮。这种方法的优点是效率很高,一个反应可以减少一半左右的排放量,并且通过反应还可以起到反馈作用,抑制氮氧化物的再生。与空气分级燃烧相比,燃料分级燃烧可以取得更好的去除效果,但其前提是操作更加困难。在燃料分级燃烧过程中,组织燃烧过程是非常重要的。
iv.选择性催化还原
选择性催化还原的原理是使用能与氮氧化物(主要是一氧化氮)反应的还原剂,而不是在催化剂作用下与其他气体反应生成氮。最常用的还原剂是氨,催化剂是205二氧化钛,整个反应过程是在氧气充足的条件下进行的。在氧化剂的存在下,只有选择性催化还原才能有效地消除一氧化氮。这种有针对性的减少NO排放的方法,在理论上(氨的选择非常准确,催化剂的活性很好),还原率可以达到90%。但是,在实际情况下,由于氨的控制量需要人工操作,偏离理论值很大,导致氮氧化物的再生,实际的还原量往往在70%左右,但这仍然是一个很可观的数字。该方法除具有上述优点外,还具有环境温度控制低、催化剂安全无害、工作设备耐用等优点。它的缺点是:氨气对一般管道有腐蚀性,因此需要选择一条特殊的管道,大大增加了预算;氨水本身就是污染的,如果剂量控制不好,危害甚至不小于氮氧化物;操作过程对工人的能力要求很高。
五、催化分解法
催化分解的原理是通过选择有效的催化剂,使一氧化氮分解成氮和氧。这种方法要求选择合适的高效催化剂,选择合适的催化剂,反映出非常深入的进展。因此,催化剂的选择成为该方法的关键。常用的催化剂有金属氧化物、一些特殊的复合氧化物和特定条件下的分子筛。该方法的优点是工作条件简单,投资成本低,对许多专家具有良好的应用前景。这项技术已经研究了很长一段时间,但是科学家们仍然不满意这一进展,因为目前的催化剂效果不是很有效,与理论要求有很大差距。寻找一种性能更好、效率更高的催化剂已成为现阶段催化分解研究的热点。此外,在可以改进工艺的地方,可以预期会有突破。我相信,随着工人们对该方法的投入,它将在未来更加完善,成为去除氮氧化物最主流的方法。
等离子体治理
等离子体处理法的原理是利用电子加速器产生高能电子束,直接与锅炉排出的烟气、高能电子束和烟气中的氧化气反应。气体中的氧分子和水分子被分离并电解成不平衡的等离子体。在这一反应中,可以形成许多活性粒子,通过这些粒子,气体中的氧可以通过与有害气体的反应而被除去。虽然这项技术还不是很成熟,但近年来在世界范围内引起了广泛的关注,并得到了迅速的发展。该方法的优点是既能去除氮氧化物,又能去除其他好氧污染气体,对各种气体的去除率可达近90%。这种方法的缺点是效率不高。如果电子能量低于某一值,将不再具有分离和电解的能力,从而使反应趋于停止,设备成本高,维护困难。设备占地面积大,这对小工厂来说是一个挑战,而且反应产生的辐射无法阻挡,对周围居民的健康构成威胁。
七、液体吸收法
液体吸收法还利用氮氧化物的化学性质,利用酸碱中和原理(氮氧化物具有酸性)通过选择特定的碱性液体与氮氧化物反应来消除氮氧化物。常用的碱性液体有:水、硝酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液等。该方法具有投资少、工艺简单、原料来源多、反应过程安全、环保等优点。该方法的缺点是效率不高,能耗大,吸收废气后的溶液在反应本身具有一定的污染能力后难以处理,其处理已成为一个新的难题。此外,各种材料并不十分普遍,购买昂贵,处理烟气中含有大量氮氧化物并不是很好。
八、生物处理法
近年来,随着生物技术的不断发展,生物处理技术应运而生。其原理是选择能在生命活动中转化为氮的无污染微生物,如氮氧化物,并提取它们的细胞质。大量的收集用于人工反应。虽然这项技术很先进,但是反应有先天的缺陷,在正常情况下,反应过程不能在大气中完成,因此需要向液体或固体环境中添加气态氮氧化物。氮氧化物通常被添加到生物滤池表面的特殊膜中,气体扩散到内部丰富的微生物组织中。然后,氮氧化物会根据微生物自身的生理过程缓慢地被微生物细胞反应。这种方法的优点是投入成本不高,不需要太多的人工操作。微生物处理仍处于研究阶段,针对该方法的缺点,如填料塔内环境不易控制、微生物培养速度慢、进料时容易堵塞等。随着研究工作的不断深入和发展,这项技术最终会取得很好的效果。
九、总结
除上述常用或知名的方法外,由于要求较高,仍有一些方法较为冷门,或现有技术不够成熟,如非催化选择性还原法、吸附法等。上述方法在减少烟气中氮氧化物方面均取得了良好的效果,目前仍在探索该功能的实现方法。无论这种方法是基于什么,只有一个目的,那就是保护环境不被破坏,改善人们的生活环境。

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