摘要：锅炉燃烧生成的大气污染物如硫氧化物SOx、氮氧化合物、一氧化碳等严重污染环境，而抑制或减少其污染物的排放是一项非常重要的技术。概括了锅炉燃烧过程中污染物生成机理及其危害；分析论述了其主要抑制技术方法；并展望了此技术方法的应用前景。
关键词：锅炉燃煤、污染物、抑制方法
一、前言
在我国燃料消耗领域中，燃煤占有相当大的比重，在锅炉燃煤过程中所产生的污染却十分严重在电厂锅炉对能源的燃烧利用过程中，化石燃料燃烧要排放出各种污染物，给环境带来的危害也日趋严重，硫氧化物SOx，氮氧化物NOx，以及CO和CO2的大量排放造成严重的环境污染，统计表明，我国每年排入大气的污染物中有80%的烟尘，87%的SO2，67%的NOx来源于煤的燃烧，环境污染问题已成为我国可持续发展的重要制约因素。而且，大气污染物在空气中积累，导致空气质量下降，直接危害人类健康，而且使全球气候变暖，臭氧层遭到破坏；污染物随风飘散，甚至影响农业、林业和畜牧业，美国每年因此损失数亿美元，我国的损失也相当严重。因此，面对着日益破坏人类赖以生存的环境的污染问题，人们不断地研究探讨采用新材料、新工艺、新技术等方法，抑制污染物的产生，达到提高热效率、节约能源、减少污染、保护环境的目的。
所以，大力发展和应用洁净煤燃烧技术与装置，是解决和控制大气污染的一条重要措施。而抑制锅炉燃烧污染生成物的方法是燃烧技术发展的关键。随着生活水平的不断提高，人们愈来愈重视生活环境的质量，环保要求也在不断的提高，在各个火电厂能源利用效率提高的同时，必须能很好解决燃烧污染排放的问题，其中包括能源利用率与燃烧污染生成物排放之间的矛盾等，我们应了解分析抑制燃烧污染生成物的方法和应用所具有的现实意义。
二、锅炉燃烧污染生成物
1.硫氧化物（SOX）
(1).危害
SO2不但对人的呼吸道有强烈的刺激性，而且对植物还会产生漂白的斑点、抑制生长、损害叶片和降低产量。当空气中有颗粒物质共存时，其危害可增大3--4倍，SOx的许多不良作用是由于SO2与水作用生成的H2SO4造成的。
(2).生成机理
大气中的硫氧化物主要是SO2，还有小部分SO3。主要来自发电厂和供热厂中含硫化石燃料（其中80%是煤）的燃烧。自20世纪70年代以来，全球SO2排放总量平均每年递增5%，1980年达到2亿吨，但自90年代前后起SO2的排放在欧洲及北美发达国家进行了有效控制，全球总排放量可能有所下降。
(3).抑制方法
燃煤电厂锅炉在煤燃烧时产生大量的二氧化硫。对SO2的控制有四种方式：烟气脱硫、燃料预先脱硫、燃烧中脱硫和燃后脱硫。
a.烟气脱硫
从烟气中脱硫是将SO2经过适当的化学反应变为有用的化工产品或肥料。如对含高浓度SO2烟气的处理是把SO2经催化生成硫酸回收利用。对低浓度SO2烟气可以用多种方法，下面简单介绍利用液相碱性物质的吸收法：
（1）氨酸法。用氨水吸收二氧化硫，再用93%的浓硫酸分解亚硫酸氢铵，可得到95%的高浓度二氧化硫。
（2）石灰乳法（钙法）。用氢氧化钙浆液来吸收含SO2的尾气以脱硫，并产生副产品──石膏
b.燃料预先脱硫
(1)物理法。燃前脱硫的物理方法主要有摇床法、重介质法、旋流器法、浮选法和高梯度磁选法。前四种方法是利用煤中矿物质和煤中有机质的密度不同而进行分选的，适合于粒径大于0.5mm的煤粒。浮选法是根据煤和黄铁矿的亲水性等表面性质的差异进行分选的，适用于细颗粒煤。高梯度磁选法是根据煤及黄铁矿在磁化率上的差异而进行分选的。物理法-般只能脱除煤粒表面的无机硫，其脱硫效果通常仅能脱除煤中含硫量的20%-40%。
(2)化学法。燃前脱硫的化学方法主要是氧化法，可脱除大部分无机硫和相当多的有机硫。但该方法成本高，反应条件严格，一般仅用于对煤质要求很高的一些领域。
c.燃料中脱硫
燃烧时脱硫燃烧时脱硫是采用流化床燃烧技术进行的。这种方法是向炉内喷射石灰或白云石作流动介质，与煤粒混合在炉内进行多级燃烧，二氧化硫以硫酸钙的形式除去。这种燃烧方式不仅能脱除二氧化硫，而且因燃烧温度较低，可以减少氮氧化物，因此国内外对这项燃烧技术十分重视。
d.燃烧后脱硫
燃烧后脱硫一般可分为干法(包括半干法)和湿法两种。
燃煤电厂造成的SO2污染是我国当前大气污染治理的重点，"九五"期间到2010年我国洁净煤技术发展方向见表 1。
表 1 "九五"期间到2010年我国洁净煤技术发展方向 技术领域 主要技术 煤炭加工 选煤、型煤、水煤浆 煤燃烧或发电 循环流化床联合循环发电、煤气化联合循环发电 煤炭转化 煤炭气化、煤炭液化、燃料电池 污染防治与废弃物处理 烟气净化、粉煤灰综合利用、煤层气的开发与利用、矿井水和综合利用、工业锅炉和窑炉改造 2. 氮氧化合物(NOx)
(1).危害
氮氧化物浓度高的气体呈棕黄色，从工厂高大烟囱排出来的含NOx的气体，人们称它为"黄龙"。NO会刺激呼吸系统，还能与血红素（血红素是血红蛋白分子的活化基团，血红蛋白的功能主要是运载O2和CO2）结合成亚硝基血红素而使人中毒。NO2能严重刺激呼吸系统，并能使血红素硝基化，危害比NO的更大。另外，NO2还会毁坏棉花、尼龙等织物，使柑橘落叶和发生萎黄病等。然而，大气中NO2更严重的危害可能是在形成光化学烟雾的过程中起了关键作用。另外，也会形成硝酸酸雨产生危害。
(2).生成机理
氮氧化物的种类很多，造成大气污染的主要是NO和NO2等。它们主要来自化石燃料的高温燃烧，现在，每年向大气排放的NOx已超过5 000万吨.
(3).抑制方法
国内外在降低锅炉NOx排放方面进行的工作大致可分为以下3个方面：
a.锅炉燃烧技术的改进。
b.无催化情况下向炉内喷氨水。
c.有催化物的氨水喷射系统。
后两类技术都是在锅炉燃烧生成NOx以后，用氨来还原NOx。这不仅增加设备投资和运行维护费用，还可能引起预热器等锅炉尾部受热面的堵塞等。因此，要降低NOx的排放量，更有效的方法是改进炉内燃烧状况。
a.燃烧技术的改进措施
目前，锅炉燃烧技术的改进主要有：低NOx燃烧器；分段燃烧技术；炉膛内降低NOx技术和烟气再循环等。有关资料表明，综合考虑NOx值和成本两个方面，使用低NOx燃烧器和炉膛内降低NOx是既经济又最有效方法。炉膛内降低NOx技术包括：
㈠.采用分级混合燃烧，降低氧浓度和燃烧温度以及将燃烧器喷嘴出口燃料分为浓稀两相。在主燃烧器实行低氧，低温燃烧降低NOx生成。在燃烧器顶部设置燃烬风喷嘴（OFA），配以不同的风量，燃尽在主燃烧区低氧条件下产生的未燃气体和碳份。分级燃烧主要使燃烧完全和降低NOx排放为最佳。
㈡.采用分级配风的方法有：
①.在配风方式上使煤粉气流与"二次风"气流的混合燃烧分为两个"区域"进行。在一次燃烧区内煤粉是在"缺氧"（一般控制空气系数n＝0．7～0．75）的工况下进行着火燃烧。一次燃烧区中未燃尽的煤粉颗粒（焦碳）与余下的燃烧空气（分级二次风）在二次燃烧区进行混合、燃尽。
②.燃烧器主风箱中设置一定数量的富裕喷嘴，当烟气中未燃物上升到排放标准以上时，分别投入运行。
③.控制送入炉膛的燃料和风量分配均匀，通过测量把燃料偏差控制在5%以内，风量偏差在10%以内，达到优化燃烧，降低NOx的目的。
b.用煤粉再燃降低NOx的技术
㈠.煤粉再燃燃烧技术机理
燃料燃烧过程中，将燃烧分成3个区域：一次燃烧区，为氧化性或稍还原性气氛；在第二燃烧区，为还原性气氛，将二次燃料送入，则生成CH基团，这些基团与一次燃烧区内生成的NOx反应，最终生成N2；这个区域通常成为再燃烧区，二次燃料别称为再燃燃料，最后送入二次风，使燃料完全燃烧，因此，成为燃尽区，这就是再燃烧技术的机理。
㈡.再燃燃料的选取
根据再燃的原理，再燃区的还原性气氛中最利于NOX还原的成分是烃（CHi），因此，选择二次燃料时应采用能在燃烧时产生大量烃根而又不含氮类的物质。丙烷和其它燃料相比，能最有效地降低NOx，这是因为丙烷能产生大量烃根而没有额外的氮类成分。而在所有燃料中，氢气降低NOx的效果最差，因为它本身不能产生烃根是用天然气、油和煤作为二次燃料时降低NOx浓度效果的比较。显然，天然气是最有效的二次燃料。研究还表明，气态烃燃料还原NOx的能力随着烃分子中碳原子数目的增加而增加，因此，气态烃是最好的二次燃料。
再燃燃料作为二次燃料，一般是在还原性气氛中燃烧，对于锅炉炉膛来说，一般都是在炉膛的燃烧区的上部，因此，再燃燃料必须易着火，易燃尽。
㈢.三次风煤粉作为再燃燃料的可能性分析系统，改进的成本的运行的安全性都不方便。根据测试发现，三次风煤粉粒度比一次风煤粉粒度明显要小，易着火，易燃烬，比较适合再燃燃料的要求。
另外，对于锅炉膛内的燃烧工况而言，当三次风投入时，相当于增设了顶部燃烧区，实行分级燃烧，在燃烧器区域形成富燃区，三次风喷嘴附近形成燃尽区，使排放量降低，此外，含粉三次风还可起到还原已生成NOx的作用，使NOX进一步下降。当然，使用三次风细粉再燃降低NOx的方法也会出现一定的问题，如磨煤乏气中煤粉燃烧火焰长度不足，飞灰可燃物含量增加，火焰中心上移，引起出口结渣，过热器超温等不良现象。
但是通过改造三次风将其作为再燃燃料送入炉膛，实行再燃烧技术还是值得研究的。由于三次风含粉量较少(占总粉量的10%-15%)，为满足再燃区过量空气系数a2<1的要求，必须对三次风进行浓缩。只要浓缩后的三次风喷入炉膛后，形成富燃料的二次燃烧区(即再燃区)，就可生成大量CH基团，这些基团与主燃烧区生成的NOx发生反应，最终生成N2，即可降低NOx的排放量。这就是说，将原有的燃烧方式改造成再燃燃烧方式。这对我国大量的中间储仓式热风送粉锅炉是值得考虑的。
3.一氧化碳(CO)
(1).危害
CO是人类向大气排放量最大的污染物（约占大气中污染物总量的1/3），主要来自燃料的不完全燃烧，近一个多世纪以来，随着工业、交通和能源的高速发展，使排入大气中的CO2日益增多，超过了植物的光合作用等自然界消除CO2的能力，而使CO2浓度迅速增加。CO2是一种温室气体，其含量的不断增加会引起全球气候变暖。
(2).抑制方法
烟气处理技术，如SCR（选择催化还原法）和SNCR（选择非催化还原法），AC（活性碳法）和DESONOX／SNOX（催化剂联合脱硝脱硫）等。
目前大部分锅炉不采用SNCR方法。目前世界上适用于SCR技术的设备还处于供不应求的状况。
根据我国和我省的现状，对现有机组适宜采用而且切实可行的降低NOx的方法是：改进锅炉运行方式和提高控制燃烧技术。一般认为，通过燃烧调整，可使NOx的排放降低15％～25％以上。同时更为重要的要有具体的落实措施：如实现送风和送粉均匀的监控装置。
近期实际可行的降低NOx的方法是（按重要性排列）：粉管道间的燃料平衡（目标是±5％）；燃烧器间的送风平衡（CO＜70mg／L，在低氧的条件下）；一次风煤比（根据磨煤机的设计和煤种，尽可能采用低值）；调整煤粉细度（根据煤的品质）；尽可能提高OFA的风箱压力；减少过剩空气；炉膛吹灰的控制。
如对冲燃烧方式锅炉的每个燃烧器的送风平衡的实现，较为可行的办法是在实现燃料平衡后，利用停炉期间安装的省煤器出口永久性烟气多点网格取样测点，由测试工程师循环测试多点（通常可多至24点）的CO、O2和NOx，在每点的CO含量应较低，理想的值是小于40mg／L，如果存在较高的CO，将调整相应的单个和相关组的燃烧器的风环，以消除高CO，一旦此目标实现，再降低O2，然后重复以上过程。
三、总结
我国电力工业正处于高速发展时期，锅炉燃煤机组装机容量逐年增加。通过对锅炉燃烧污染生成物及其主要抑制方法的分析，通过对各方法的研究实践，我相信环境污染问题会逐步减轻。我国的各个火电厂能源利用效率也将不断的提高，燃烧污染物排放的问题将能得到很好的解决。就如脱硫脱硝除尘一体技术，就让我们看到了可观的发展前景。所以，我国在环境污染这方面的治理上一定会发展地越来越好。
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