1、低NOx燃燒技術(shù)
當(dāng)前普遍開發(fā)的低NOx燃燒技術(shù)主要通過結(jié)合空氣分級燃燒、燃料分級燃燒以及低NOx燃燒器的設(shè)計等手段減少NOx的生成。
1.1、空氣和燃料分級燃燒
空氣分級燃燒技術(shù)是指在主燃燒區(qū)的上部引入二次風(fēng)造成缺氧環(huán)境，并降低燃燒溫度和燃燒速度，從而抑制該區(qū)域NOx的生成。同時未燃盡的燃料也會在二次風(fēng)的作用下燃燒完全。研究表明直流鍋爐模擬了爐內(nèi)各區(qū)域和不同燃盡風(fēng)率下的NOx生成與還原速率，分析了爐內(nèi)各區(qū)域NOx的生成特性和主要控制因素，發(fā)現(xiàn)控制主燃區(qū)NOx的生成速率是空氣分級燃燒降低NOx排放的關(guān)鍵。目前空氣分級技術(shù)較為成熟，但是其原理決定了該技術(shù)對NOx的生成控制有限。
燃料分級燃燒技術(shù)也稱為再燃燒技術(shù)，其一般和空氣分級燃燒結(jié)合應(yīng)用。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑為將燃燒裝置分為三個區(qū)域，主燃燒區(qū)加入部分燃料保證其充分燃燒生成NOx， 在主燃燒區(qū)的上方設(shè)計高溫還原氣氛區(qū)加入部分燃料生成碳?xì)湓訄F(tuán)，隨后與主燃料區(qū)的NOx反應(yīng)生成N2。通常又會在還原區(qū)上方安裝三次燃燒區(qū)，以保證未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。一般影響燃料分級燃燒技術(shù)NOx生成率的主要條件包括：燃料的分配份額以及煙氣在還原區(qū)溫度和停留時間等；燃料和空氣的送入方式以及各個燃區(qū)的幾何尺度是設(shè)計燃燒器的主要考量。有研究表明一種新型的燃料分級燃燒低NOx燃燒器能有效抑制NOx的生成，并且通過燃料分級及多點(diǎn)分散燃燒大大提高了燃燒效率。燃料分級燃燒技術(shù)可大幅度降低氮氧化物的排放，但是該技術(shù)對燃料品種特別是煤粉的品種要求較高，用于天然氣和液體燃料時對NOx的排放控制效果更佳。
1.2、低NOx燃燒器
低NOx燃燒器的設(shè)計是改善燃燒技術(shù)的核心部分，它關(guān)系到整個裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。通過設(shè)計具有特殊結(jié)構(gòu)的燃燒器，并結(jié)合不同的低NOx燃燒技術(shù)如降低燃燒區(qū)的溫度和氧的濃度來改善燃料燃燒方式，從而抑制燃燒過程中NOx的產(chǎn)生。目前國內(nèi)外研究和應(yīng)用較多的主要有直流燃燒器和旋流燃燒器。
結(jié)合目前低NOx燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀來說，不同的燃燒系統(tǒng)和爐膛結(jié)構(gòu)涉及了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)以及空氣動力學(xué)等，因此也對低NOx燃燒器的設(shè)計、工作特性及運(yùn)行調(diào)節(jié)提出不同的要求。另外單一的低NOx燃燒技術(shù)在客觀上也難以滿足國家日益嚴(yán)格的NOx超低排放要求，必須大力研究和發(fā)展燃燒后煙氣凈化技術(shù)。
2、煙氣脫硝技術(shù)
煙氣脫硝技術(shù)即對燃燒后煙氣中的NOx進(jìn)行吸收再處理或轉(zhuǎn)化，目前主要有濕法脫硝和干法脫硝兩大類。在燃煤鍋爐上應(yīng)用較多的煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)(SCR)和選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)，SCR由于脫硝率高成為目前國內(nèi)外工業(yè)脫硝的主導(dǎo)技術(shù)。最近開發(fā)的新型高分子干法脫硝還原(PSCR)工藝技術(shù)也表現(xiàn)出了很好的脫硝應(yīng)用前景。
2.1、濕法脫硝技術(shù)
濕法脫硝技術(shù)指使用含有對NOx作用能力較強(qiáng)的吸附劑溶液來吸收和凈化
煙氣中的NOx，從而達(dá)到消除NOx的目的。按照吸附劑的不同主要有酸吸收法、
氧化吸收法和絡(luò)合吸收法等。濕法脫硝的優(yōu)點(diǎn)是投資小，例如使用酸吸收法可以將NOx氧化為硝酸，進(jìn)一步獲得資源利用。但是酸堿吸收法對NO和NO2的比例有一定的要求，主要應(yīng)用在我國化工行業(yè)的廢氣處理中，絡(luò)合劑的消耗和再生仍是絡(luò)合吸收法要解決的難題。因此對于以NO為主的燃煤煙氣的處理目前主要運(yùn)用SNCR和SCR技術(shù)。
2.2、SNCR煙氣脫硝技術(shù)
SNCR 技術(shù)是指在800℃至1150℃的高溫區(qū)直接將氨水或尿素等還原劑噴入爐膛內(nèi)，分解的NH3與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)生成N2。從1974年SNCR工藝在日本成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開始，SNCR技術(shù)得到了較為普遍的推廣。對于SNCR系統(tǒng)來說，還原劑的選擇需要兼顧安全、經(jīng)濟(jì)和脫硝效率等多個方面。氨水溶液運(yùn)輸方便，系統(tǒng)造價低廉；純氨系統(tǒng)脫硝效率較高，但是需要設(shè)置額外的蒸發(fā)、噴淋、監(jiān)測設(shè)備，安全性較差；尿素安全性較高，但是其脫硝效率較低，且對尿素的加熱、管線都有特殊要求，初始投資較高。除了反應(yīng)溫度，影響 SNCR脫硝效果的因素還包括爐膛內(nèi)的氨氮比、還原劑和煙氣的停留時間以及分布等，反應(yīng)過程若還原劑不能充分被氧化，會造成氨逃逸形成新的污染。實(shí)際應(yīng)用中對于大容量的鍋爐很難保證還原劑均勻分布在爐膛中，提高還原劑和煙氣在爐膛中的混合程度是提高SNCR脫硝效率的關(guān)鍵。研究表明還原劑射流的最佳霧化粒徑應(yīng)隨反應(yīng)爐膛的高度進(jìn)行分層優(yōu)化，不同區(qū)域的噴槍流量應(yīng)根據(jù)旋流特征調(diào)整。SNCR脫硝效率一般不超過50%，但是當(dāng)其應(yīng)用于循環(huán)流化床(CFB)鍋爐時，由于其獨(dú)特的燃燒方式和低NOx燃燒特性，可以達(dá)到70%的脫硝效率。研究發(fā)現(xiàn)在CFB鍋爐的SNCR系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行中，噴槍位置選擇、氨水稀釋濃度以及噴槍霧化效果都是影響鍋爐脫硝效率和氨逃逸率的重要因素。
2.3、SCR脫硝技術(shù)
SCR技術(shù)是指在中低溫下直接將氨水或尿素等還原劑分解的NH3與煙氣中的NOx混合，在催化劑的作用下進(jìn)行選擇性反應(yīng)生成N2，它是目前國內(nèi)外商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)。對使用NH3作為還原劑的 NH3-SCR 脫硝技術(shù)，可以調(diào)節(jié)催化劑反應(yīng)器的反應(yīng)溫度達(dá)到最優(yōu)秀的NOx脫除效果。SCR技術(shù)是目前脫硝性能最優(yōu)異的技術(shù)，其NOx脫除率最高能達(dá)到90%以上，并且與SNCR技術(shù)相比，其煙氣反應(yīng)溫度大大降低。SCR技術(shù)的核心是催化劑，催化劑的組成直接影響煙氣的反應(yīng)溫度和脫硝效果。目前在工業(yè)鍋爐中商業(yè)最常用的仍然是V203/TiO2體系催化劑，其脫硝性能較為穩(wěn)定，但是活性溫度窗口較窄，高溫下NOx脫除率急劇下降，因此目前對低溫脫硝催化劑如分子篩催化劑的開發(fā)是SCR的研究熱點(diǎn)之一。由于V基催化劑具有一定的物理毒性，從2015年開始脫硝催化劑已經(jīng)被列為危險固廢物，因此脫硝催化劑的回收和再生也是亟待解決的難題。雖然SCR的脫硝效率極高，工藝技術(shù)也較為成熟，但是其占地面積大、投資高的特點(diǎn)使其在中小企業(yè)的推廣比較困難，而氨逃逸、催化劑的磨蝕和中毒等都是在實(shí)際運(yùn)行中SCR裝置需要面對的問題。