煤化工生产过程中氮氧化物(NO?)的控制

煤化工生产过程中氮氧化物(NO?)的控制

氮氧化物(NO?)是煤化工及燃煤过程中重要的空气污染物，控制NO?的排放对于保护环境和人类健康至关重要。且危害表现为"三链式危害"：直接毒害人体呼吸系统(致癌/急性中毒)→ 二次转化污染环境(酸雨/臭氧/PM2.5)→ 反向侵蚀生产设备(硝酸腐蚀/材料降解)，形成健康-生态-生产的闭环负效应链。

 

 

 

 

一、氮氧化物(NO?)的生成原因及危害

1.原因及危害#

（1）生成原因

氮氧化物(NO?)主要是指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO?)。它们在煤化工、燃煤、燃气和工业锅炉等高温燃烧过程中，因空气中的氮气与氧气反应而产生。

高温燃烧反应：在燃烧过程中，燃料和空气混合后达到一定温度，温度超过1300℃时，空气中的氮气和氧气发生反应生成氮氧化物。这一反应称为热源NO?生成。

 

 

此反应在高温下迅速发生，且生成的NO主要是NO单质，随后一部分NO会在大气中与氧气反应生成NO?：

 

 

 

燃料源NO?：在某些燃料中，如煤、天然气、石油等，其氮含量较高，燃烧过程中，煤中的有机氮(如氨基、胺基等)在高温下也能直接与氧气反应形成NO?，这种NO?的形成过程称为燃料NO?生成。

均匀燃烧源NO?：在较低温度下(如800℃-1200℃)，燃烧过程中，NO?的生成与燃烧速度、燃料与空气的混合程度、气流速度等因素相关，此时的NO?生成主要是由于反应体系中的氧气和氮气结合形成NO。

2.危害

空气污染：NO?是大气污染的主要来源之一，它与水蒸气、氧气以及挥发性有机物(VOCs)反应生成臭氧，进一步导致光化学烟雾的形成。这会对城市空气质量造成极大影响。

酸雨：NO?与大气中的水蒸气反应生成硝酸(HNO?)，从而形成酸雨。酸雨对环境、建筑物、植被、水体等都造成严重破坏，影响生态平衡。

人体健康危害：NO?对人体健康有毒，特别是对呼吸系统有害，长期接触可引起气喘、支气管炎等疾病，尤其是对儿童、老年人及患有呼吸系统疾病的人群更加危险。

温室效应：NO?在大气中对温室效应有一定的贡献，虽然它的温室效应比二氧化碳弱，但在高浓度情况下，它对全球变暖仍具有一定的影响。

二、氮氧化物(NO?)控制技术

1.控制技术

（1）低氮燃烧技术

*原理：

低氮燃烧技术是通过改变燃烧方式或燃烧设备的工作状态，降低燃烧温度、燃料与空气的混合程度以及燃烧速率，从而减少氮氧化物的生成。这些技术的核心目的是减少NO?的热源生成。

*主要方法：

*分级燃烧：将燃料分成多次进行燃烧，使每次燃烧温度相对较低，避免了高温下NO?的生成。

*气流分布优化：通过调整燃烧器的设计和气流分布，降低氧气浓度，从而减小高温区域的存在，减少NO?的生成。

*燃烧温度控制：通过减少燃烧温度，使得NO?的生成反应受到抑制。

优势：

可在源头上减少NO?的生成，效果显著，且可与其他技术结合使用。

局限性：

在燃烧效率上可能有一定的影响，低温燃烧可能导致燃料不完全燃烧，从而增加其他污染物(如一氧化碳、碳氢化合物等)的排放。

2.选择性催化还原法(SCR)

（1）原理：

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)法是通过向烟气中喷入还原剂(如氨气NH?或尿素)，并通过催化剂(如钛基或钨基催化剂)在一定的温度条件下，使NO?与还原剂反应生成无害的氮气(N?)和水(H?O)。SCR是一种高效的NO?脱除技术。

（2）化学反应：

（3）应用领域：

适用于燃煤、燃油、天然气等多种燃料的燃烧过程，广泛应用于电厂、工业锅炉和一些石化行业。

（4）优势：

对NO?的去除效率高，可达到90%以上。

操作温度范围广，通常适用于300℃至400℃的烟气温度。

（5）局限性：

需要使用催化剂，催化剂的选择性和寿命是技术应用的关键问题。

对还原剂(如氨气)的投加量有严格要求，可能存在氨逃逸的问题(氨气未能完全反应)。

3.选择性非催化还原法(SNCR)

（1）原理：

选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR)法是在没有催化剂的情况下，向烟气中喷入还原剂(如氨气NH?或尿素)，并在一定温度下(通常为850℃至1100℃)使NO?与还原剂反应生成氮气和水。

（2）化学反应：

 

（3）应用领域：

适用于一些较大规模的煤燃烧设备或工业锅炉中，尤其在没有条件使用SCR时。

（4）优势：

投资较小，不需要催化剂，相对简单，适合小型到中型锅炉。

适用于高温烟气，且操作较为灵活。

（5）局限性：

去除效率通常低于SCR，通常为50%至70%，对NO?的去除效果有限。

操作温度要求较为严格，过高或过低的温度都会导致反应效率降低。

有时会产生氨逃逸问题，导致二次污染。

4.现阶段主要的解决方法

目前，氮氧化物(NO?)控制的主要方法包括上述的低氮燃烧技术、SCR和SNCR等。综合治理策略通常会结合以下方法：

 

（1）源头控制与末端治理相结合：通过优化燃烧技术(如低氮燃烧)，减少NO?的生成，同时在烟气处理过程中应用SCR或SNCR技术进行后处理。

（2）多阶段净化技术：结合不同的污染物控制措施，如颗粒物控制、SO?脱除与NO?控制同步进行，以提高整体脱除效率。

（3）智能监控与优化：通过实时监测技术对NO?的排放进行精准控制和管理，结合大数据分析，动态调整污染物控制措施，确保效果最大化。

三、进展总结

1.总结

当前氮氧化物(NO?)的主要控制方法包括低氮燃烧技术、选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)，每种方法有其优缺点，实际应用中需要根据具体的污染源类型、设备条件和排放要求选择合适的控制技术。通过多种技术的综合应用，可以有效降低NO?排放，推动煤化工行业的绿色转型