1. 二次燃燒法
目前,比較有希望的N2O排放控制方法是所謂“二次燃料注射法”,即“再燃燒法(reburning )”或“二次燃燒法(afterburning)”。該方法是在旋風分離器的入口或出口處裝設若干噴嘴,向內噴射可燃物質,利用其燃燒時產生的高溫(950~1000℃),通過N2O與H、OH自由基的反應或N2O與氣體分子的反應,來實現(xiàn)N2O分解,從而降低N2O排放量。在該方法中,燃料燃燒溫度和煙氣在高溫區(qū)的停留時間是兩個重要的運行參數(shù)。實驗室研究證明,用CH4和C3H8作二次燃料,可使N2O的排放量接近于零。在一臺12MW循環(huán)流化床上,用液化石油氣作為二次燃料進行試驗,結果表明:在低過量空氣條件下(<3.5%O2),N2O減少量也達60%。同時,流化床的運行不受影響,SO2、NOx和CO的數(shù)量也未見增加。H2、CH4、C2H4、C2H6、CO等,都可作為二次燃料使用,其效果依次是H2>CH4>C2H4和C2H6>CO。此外,燃料油、木粉和鋸末也都可作為二次燃料。
2. 床料中加入金屬Fe
文獻[1]提出在床料中加入金屬Fe的控制方法也是頗有前途的。在以硅砂(silica sand)為床料的流化床中加入金屬Fe,N2O可與Fe反應生成FeO和N2:
FeO又被爐內CO還原,重新生成金屬Fe:
再生的金屬Fe又與N2O重復上述的反應。這些反應過程可以不間斷循環(huán)進行,達到連續(xù)消除N2O的目的。
在實驗室規(guī)模的鼓泡流化床上進行試驗,在2kg低床料中加入5g金屬Fe,可使80%N2O分解。如果該方法能在大型流化床鍋爐上成功應用的話,將是一項廉價、簡便和高效的技術措施。
3 .催化劑燃燒
4.3.1 灰渣的催化
流化床燃燒灰渣的組成主要有原煤的特性所決定,研究證實灰渣對NOx和N2O的分解作用是顯著的。對原煤和去灰的褐煤及無煙煤在流化床燃燒后成分分析表明:在770K~1170K的燃燒溫度范圍內,灰分的催化作用減少了燃料氮向氮氧化合物的轉化。因此,利用灰渣的循環(huán)也是降低N2O和NOx排放的一種手段。
4. 金屬氧化物催化
Miettinen(1991)通過實驗研究了流化床燃燒中不同金屬氧化物對N2O的分解作用的能力,排序為Fe3O4>Fe2O3>CaO>MgO>Al2O3>CaSO4>MgSO4>SiO2。其中,鈣氧化合物是流化床燃燒中最總要的金屬氧化物,目前公認的結論為:它在脫硫的同時,對N2O有一定的分解作用,但NO的排放增加。如Hayhurst(1996)在實驗室規(guī)模的鼓泡流化床上發(fā)現(xiàn),鈣氧化物的存在使NOx增加約20倍,N2O略有降低。Bonn(1995)等則發(fā)現(xiàn)CaO對N2O幾乎沒有影響。產生不同結果的原因主要由兩點:操作條件的差異,主要時燃燒溫度、鈣硫比、過量氧率、煤種等;其次是CaO的特性,主要是所含的成分。催化劑降低氮氧化合物排放的效率相當高,氮離工業(yè)應用尚需一段時間。
4.1選擇性非催化還原(SNCR)
SNCR最常用的還原劑為胺和尿素。Shimizu(1991)在單級燃燒中距離布風板0.78處加入NH3,當爐溫高于1123K時,N2O增加了39×10-6~59×10-6kg/m3。在二次風上部噴入NH3時,NOx降低,而N2O同樣上升。在密相床中噴入NH3, NOx、N2O的排放量均提高 。一些研究則發(fā)現(xiàn)燃燒溫度、添加劑、噴胺速度和噴入點等對N2O的排放均有影響,N2O的生成與NO的分解比大致為5%~50%。
實際生產中使用NH3還會引起其他一些問題,如噴過量NH3會導致排放量增加,而產生新的污染,儲存、處理和運輸?shù)确椒ㄔ诹骰踩紵薪档蚇2O的可行性較小。
4.2 選擇性催化還原(SCR)
SCR技術70年代起源于日本,在NO的控制中廣泛地應用,但對N2O控制的研究很少。SCR通常采用的方法是注入NH3時還加入其他催化劑。常用催化劑有Ti,V,W,Mo,Mg,Al,F(xiàn)e, Na,K,C,Cu,V2O5-WO3/TiO2,MnOx/Al2O3,Pt/CoOx/SiO2,Tb-Rh/ Al2O3,Ce-Pd/ Al2O3等。催化劑對N2O的分解主要要考慮其失活和運行問題。
在流化床燃燒中,顆粒停留時間長、混合充分、燃燒為低溫燃燒這種特定的環(huán)境中,催化劑燃燒有一定的發(fā)展前途。