由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見(jiàn)的氮氧化物有五氧化二氮(N2O5)、二氧化氮(NO2,紅棕色)、一氧化氮(NO,無(wú)色)、一氧化二氮(N2O)等,其中除五氧化二氮常態(tài)下呈固體外,其他氮氧化物常態(tài)下都呈氣態(tài)。作為空氣污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。
氮氧化物的危害
氮氧化物可刺激肺部,使人較難抵抗感冒之類(lèi)的呼吸系統疾病,呼吸系統有問(wèn)題的人士如哮喘病患者,會(huì )較易受二氧化氮影響。對兒童來(lái)說(shuō),氮氧化物可能會(huì )造成肺部發(fā)育受損。研究指出長(cháng)期吸入氮氧化物可能會(huì )導致肺部構造改變,但仍未可確定導致這種后果的氮氧化物含量及吸入氣體時(shí)間。
以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因.汽車(chē)尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經(jīng)紫外線(xiàn)照射發(fā)生反應形成的有毒煙霧,稱(chēng)為光化學(xué)煙霧.光化學(xué)煙霧具有特殊氣味,刺激眼睛,傷害植物,并能使大氣能見(jiàn)度降低.另外,氮氧化物與空氣中的水反應生成的 硝酸和亞硝酸是酸雨的成分。
氮氧化物減排,低氮改造的可行性
在環(huán)境日益遭到破壞的今天,降低氮氧化物排放是如此重要,目前很多燃燒設備一時(shí)更換不太現實(shí),而進(jìn)行低氮改造成了很多人的福音。2015年6月10日,北京市環(huán)保局發(fā)布大氣污染物排放地方標準,其中《鍋爐大氣污染物排放標準》修訂實(shí)施的主要目的即為嚴控氮氧化物的排放。標準中第一階段的排放限值將于2016年7月1日開(kāi)始施行,新建鍋爐排放限值由現行的150毫克/立方米收嚴到80毫克/立方米。第二階段標準排放限值將于2017年4月1日起實(shí)施,即氮氧化物進(jìn)一步收嚴到30毫克/立方米,高污染燃料禁燃區執行80毫克/立方米的排放限值也將于2017年4月1日起實(shí)施。
為鼓勵廣大鍋爐業(yè)主積極開(kāi)展低氮改造,北京環(huán)保局句積極推動(dòng)低氮改造工作的開(kāi)展,制定北京燃氣鍋爐的低氮改造補貼政策
資金的補助標準根據治理效果,實(shí)行差別化的資金補助政策,單臺20蒸噸及以下燃氣(油)鍋爐低氮改造項目,資金補助標準為:
(一)通過(guò)更換低氮燃燒器的方式進(jìn)行改造,氮氧化物排放濃度削減幅度大于等于50%,且濃度值低于30毫克/立方米的項目:
1.單臺鍋爐容量小于等于4蒸噸
補助資金=2×鍋爐容量+3.5 (萬(wàn)元)
2.單臺鍋爐容量大于4蒸噸
補助資金=1.5×鍋爐容量+6 (萬(wàn)元)
(二)通過(guò)更換低氮燃燒器的方式進(jìn)行改造,氮氧化物排放濃度削減幅度大于等于50%,且濃度值達到30-80毫克/立方米之間的項目):
1.單臺鍋爐容量小于等于4蒸噸
補助資金=1.2×鍋爐容量+1.5 (萬(wàn)元)
2.單臺鍋爐容量大于4蒸噸
補助資金=鍋爐容量+2.5 (萬(wàn)元)
(三)通過(guò)整體更換鍋爐,氮氧化物排放濃度削減幅度大于等于50%,且濃度值低于30毫克/立方米的項目:
1.單臺鍋爐容量小于等于4蒸噸
補助資金=2.6×鍋爐容量+7 (萬(wàn)元)
2.單臺鍋爐容量大于4蒸噸
補助資金=2.5×鍋爐容量+8 (萬(wàn)元)
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鍋爐低氮改造方案
在北京,絕大部分的鍋爐燃燒方式以小型的室燃為主,約占90%,其他方式為大氣式燃燒,燃燒器的品牌以歐洲的為主,利雅路、百得、歐科、奧林、扎克、威索的市場(chǎng)占有率高。
控制氮氧化物的可用技術(shù)包含:燃燒優(yōu)化控制和末端治理,燃燒優(yōu)化控制對于熱力型的氮氧化物的效果明顯。末端治理包含:SCR、SNCR、氧化吸收法和金屬催化法,不過(guò)這需要考慮場(chǎng)地因數、全壽命周期的經(jīng)濟性、末端控制與負荷變化協(xié)同、二次污染等。對于中小型燃氣鍋爐由于規?;潭炔蛔阍斐森h(huán)境經(jīng)濟效益較差,絕大部分場(chǎng)地因數無(wú)法采用末端控制氮氧化物技術(shù),綜合可行性較差,而北京的鍋爐絕大部分都是中小型的燃氣鍋爐,因而低氮改造的方式擇優(yōu)選擇燃燒控制優(yōu)化。
依據氮氧化物的低氮燃燒原理,通過(guò)規避氮氧化物生成路徑從源頭控制空氣中的N2被氧化,理論上可以達到“零排放”。
燃燒控制優(yōu)化
燃燒控制優(yōu)化的類(lèi)別(主流低氮改造路線(xiàn))
燃燒方式 | 技術(shù)分類(lèi) |
預混燃燒 | 貧混燃燒 |
水冷預混 | |
擴散燃燒 | 低氮燃燒器+煙氣再循環(huán) |
FGR型燃燒器+FGR | |
煙氣內循環(huán)(FIR)型燃燒器 |
1、貧混燃燒方式
堵塞可能造成鍋爐出力下降,影響正常使用
金屬網(wǎng)燃結破損可能造成爆燃,停爐熄火有回火風(fēng)險,金屬網(wǎng)造價(jià)高,使用壽命不長(cháng),不太適合北京市鍋爐低氮改造。
2、水冷預混(典型鍋爐:浙江力聚)
水冷預混在火焰根部采用高熱系數的水冷壁,將預混火焰產(chǎn)生的高溫迅速帶走,有效抑制熱力型氮氧化物,水冷壁起到了熄火保護作用,避免了回火風(fēng)險。
優(yōu)點(diǎn):
爐體換熱效率較在用爐大幅度增加,投資回報期較短,適合用戶(hù)分布式供熱系統,能有效將氮氧化物降低至30mg/m3以下。
缺點(diǎn):
布風(fēng)均勻性隨規模增加,對排放有影響,從而限值了單體規模;
水冷循環(huán)系統與鍋爐綁定,無(wú)法單獨使用,適用于新建鍋爐,造價(jià)較高。
3、FGR型低氮燃燒器+FGR
專(zhuān)門(mén)為FGR設計的燃燒器,火焰鋒面溫度分配均勻,可以承受20%以上的再循環(huán)率,再循環(huán)率對氮氧化物的影響非常明顯。
優(yōu)點(diǎn):
普遍適用于我是鍋爐低氮改造
缺點(diǎn):
新風(fēng)溫度低于零度時(shí)可能出現冷凝水結冰問(wèn)題,對分體機需要空氣預熱,能有效將氮氧化物排放降低30mg/m3以?xún)取?br /> 冷爐啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生冷凝水
啟動(dòng)時(shí)氮氧化物會(huì )略高于設計值
輻射換熱較差,對流換熱加強,鍋爐效率有4%的下降
4、煙氣內循環(huán)FIR(典型案例:水國)
依靠燃氣的高速射流卷吸高溫煙氣,形成強內回流,在火焰區增加中溫吸熱工質(zhì)流量,達到降低氮氧化物產(chǎn)生量的目的。
優(yōu)點(diǎn):
燃氣壓力要求達到200~400kPa,不具有普遍適用性,多用于大型(20t/h及以上)水管燃氣鍋爐
優(yōu)點(diǎn):
單燃燒器無(wú)需加FGR即可實(shí)現80mg/m3的排放
可增加FGR或爐內二次風(fēng)實(shí)現超低氮氧化物排放
注:LBN+FGR技術(shù)內容不詳,再次省略
四種低氮改造技術(shù)指標對比
技術(shù)路線(xiàn) | 貧混燃燒 | 水冷預混 | FGR型燃燒器+FGR | FIR型燃燒器 |
安全性 | 回火、爆燃 | 結構防回火 | 無(wú) | 無(wú) |
燃燒效率 | 需要高過(guò)量空氣系數 | 無(wú)顯著(zhù)影響 | 無(wú)顯著(zhù)影響 | 無(wú)顯著(zhù)影響 |
鍋爐效率 | (-)1~2% | (+)2~5% | (-)4% | 無(wú)顯著(zhù)影響 |
投資 | 中 | 高 | 低 | 中 |
運行費 | 高 | 有投資回報 | 無(wú) | 無(wú) |
氮氧化物排放 | <20 | <30 | <30 | <20 |
其他 | 燃氣、空氣較臟,易堵 | 小容量使用 | 2t/h以上適用 | 燃氣壓力較高 |
新型低氮技術(shù)發(fā)展趨勢
鍋爐是一個(gè)整體,燃燒器與鍋爐要充分配合才能發(fā)揮出最優(yōu)效果,包括連接、爐膛與火焰匹配、煙速、以及是受熱面的數量與布置,以上低氮改造技術(shù)也是在應用中具有相對的普遍性,在某些特點(diǎn)條件下使用其他技術(shù)會(huì )有不同的環(huán)境效益,因而去現場(chǎng)勘查鍋爐情況,全面了解鍋爐特性,才能有效地將鍋爐低氮改造成功。
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