第一篇：制氮技術
民安消防BZN制氮機
一、技術分析
BZN的變壓吸附制氮技術廣泛應用于化工、電子、紡織、煤炭、石油、天然氣、醫(yī)藥、食品、玻璃、機械、粉未冶金、磁性材料等行業(yè)。
針對不同行業(yè)不同用戶對氮氣使用的不同要求,民安消防提供個性化、專業(yè)化的BZN制氮設備，充分滿足不同用戶的用氣要求。
我公司制氮機組具有工藝流程簡單、常溫生產(chǎn)、自動化程度高、開停機方便、易損件少、便于維護、生產(chǎn)成本低等特點。
二、工作原理
BZN系列制氮機是根據(jù)變壓吸附原理，采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑，在一定的壓力下，從空氣中制取氮氣。
經(jīng)過凈化干燥的壓縮空氣，在吸附器中進行加壓吸附、減壓脫附。由于動力學效應，氧在碳分子篩微孔中擴散速率遠大于氮，在吸附未達到平衡時，氮在氣相中被富集起來，形成成品氮氣。然后減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等其它雜質(zhì)，實現(xiàn)再生。一般在系統(tǒng)中設置兩個吸附塔，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，通過時間繼電器自動控制，使兩塔交替循環(huán)工作，以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮氣之目的。
三、BZN系列節(jié)能型制氮裝置的技術優(yōu)勢 ◎ 安裝方便
設備結構緊湊、整體撬裝，占地小無需基建投資，投資少。◎ 優(yōu)質(zhì)碳分子篩
具有吸附容量大，抗壓性能高，使用壽命長。正常操作使用壽命可達10年。◎ 故障安全系統(tǒng)
為用戶配置故障系統(tǒng)報警及自動啟動功能，確保系統(tǒng)運行安全。◎ 比其它供氮方式更經(jīng)濟
BZN工藝是一種簡便的制氮方法，以空氣為原料，能耗僅為空壓機所消耗的電能，具有運行成本低、能耗低、效率高等優(yōu)點。◎ 機電儀一體化設計實現(xiàn)自動化運行
時間繼電器控制全自動運行。氮氣流量壓力純度可調(diào)并連續(xù)顯示，可設定壓力、流量、純度報警，實現(xiàn)真正無人操作。便捷的控制系統(tǒng)使操作變得更加簡單。
◎ 高品質(zhì)元器件是運行穩(wěn)定可靠的保證
氣動閥門、電磁先導閥門等關鍵部件采用進口配置，運行可靠，切換速度快，使用壽命達百萬次以上，故障率低，維修方便，維護費用低。
◎ 先進的裝填技術保證設備的使用壽命
采用先進的裝填工藝，使分子篩分布均勻無死角，且不易粉化；吸附塔采用多級氣流分布裝置和平衡方式自動壓緊裝置。保證碳分子篩吸附性能和壓緊狀態(tài)，有效延長碳分子篩使用壽命。◎ 不合格氮氣自動排空系統(tǒng)
開機初期的低純度氮氣自動排空，達到指標后送氣。◎ 理想的純度選擇范圍
氮氣純度調(diào)節(jié)方便,可根據(jù)用戶的需求在79%～99.99%之間任意調(diào)節(jié) ◎ 系統(tǒng)獨特的循環(huán)切換工藝 降低了閥門的磨損，延長了設備的使用壽命和降低了維護費用。◎ 免費調(diào)試，終身維護
雄厚的技術和優(yōu)質(zhì)的售后服務，提供連續(xù)的技術支持，使用戶無后顧之憂。
四、工藝流程
BZN系列制氮機由吸附器、氣動截止閥、緩沖過濾器、氮氣緩沖罐、調(diào)壓閥、流量計、儀表控制等部分組成。
原料空氣經(jīng)空氣壓縮機增壓至0.8MPa，經(jīng)過壓縮空氣凈化系統(tǒng)除去大量油、水、塵等其它雜質(zhì)，進入吸附器。凈化后的干燥純凈的原料空氣，經(jīng)緩沖過濾器，進入吸附器底部，氣流經(jīng)分布器擴散后，進入裝填碳分子篩的吸附器，進行變壓吸附，實行氧氮分離。氮在氣相中得到富集，作為產(chǎn)品從上端出口再進入氮氣緩沖罐、調(diào)壓閥、流量計輸出，廢氣在消音器端排出。
第二篇：國內(nèi)變壓吸附制氮技術概述
國內(nèi)變壓吸附制氮技術概述
摘自中國氣體網(wǎng) 河北大化集團TDI責任有限公司 前言
采用變壓吸附技術從空氣中提取氮氣，在中小規(guī)模用戶已經(jīng)廣泛普及。在2000Nm3/H能力范圍內(nèi)，比深冷更具吸引力，已經(jīng)成為氮氣市場的主流，它不但生產(chǎn)過程簡單維護操作方便，產(chǎn)品純度在一定范圍內(nèi)可以任意調(diào)節(jié)，而且規(guī)模從幾十到上千方規(guī)模可以任意選用。工藝介紹
以空氣為原料，變壓吸附制氮技術是在常溫下利用O2和N2在吸附劑上的吸附速率的差異或吸附容量不同，采用在高壓下吸附，低壓下解吸原理來制備的。根據(jù)不同性能的吸附劑，制氮的機理也不相同。目前變壓吸附制氮采用碳分子篩（CMS）和沸石分子篩（MS）兩種技術。碳分子篩制氮（CMS）是利用碳分子篩對O2和N2吸附速率不同的原理來分離N2的。碳分子篩是一種非極性速度分離型吸附劑，通常以煤為原料，以紙張或焦油為粘結劑加工而成。它之所以能對氧氮分離主要是基于氧氣和氮氣在碳分子篩上的擴散速率不同（35℃時擴散速率，O2為6.2×10-5，N2為2.0×10-6），氧氣在碳分子篩上的擴散速度大于氮氣的擴散速度，使得碳分子篩優(yōu)先吸附氧氣，而氮氣富集于不吸附相中，從而在吸附塔流出得到產(chǎn)品氮氣。碳分子篩制氮一般采用2個吸附塔，原料壓縮空氣經(jīng)過冷干機除去氣體中的水分和微量油進入床層，O2等雜質(zhì)迅速吸附在床層上，N2得以分離在吸附塔出口得到，吸附結束后經(jīng)過均壓和真空解吸或者常壓解吸，使吸附劑的雜質(zhì)組分脫除再生，2個塔循環(huán)交替吸附再生。真空解吸或者常壓解吸再生的目的是為了往復利用吸附劑。真空法較常壓法能耗高，但產(chǎn)品氣純度高。實際中這兩種解吸方法都在應用，不過為了降低能耗，真空解吸方式逐漸減少。碳分子篩技術能得到普氮，純度小于99.99%時相對經(jīng)濟。沸石分子篩制氮（MS）是利用沸石分子篩對O2和N2吸附容量不同的原理來分離N2的。沸石分子篩是人工合成的硅鋁酸鹽晶體，加熱到一定程度失去結晶水得到的，它由離子孔穴和帶負電荷的硅鋁骨格所結構。它之所以能對氧氮分離主要是基于非極性的O2和N2受到極性分子的影響產(chǎn)生偶極，而O2和N2分子的誘導偶極與吸附劑固有的極性偶極具有吸附作用，在等溫條件下分子篩吸附N2量大于O2，從而在吸附相解吸得到N2產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣壓力低，使用時需要在加壓故能耗較高。MS制氮，原料壓縮空氣經(jīng)過干燥器嚴格脫除水分和CO2，然后再進入MS分子篩床層，N2迅速吸附在床層上，O2等雜質(zhì)作為吸附廢氣排空，吸附結束后經(jīng)過真空解吸，得到產(chǎn)品N2。沸石分子篩制氮對原料要求嚴格，需要流程較為復雜投資和操作費用增加。3 裝置評價技術分析
評價一套變壓吸附裝置的優(yōu)劣，一般從產(chǎn)品純度、生產(chǎn)能力、回收率能耗等指標衡定。產(chǎn)品純度和生產(chǎn)能力是裝置設計目的，在一般情況下均可達到，而回收率和能耗往往被忽視。回收率也是能耗的一部分，收率低消耗的原料氣也就越多，能耗也就增加。能耗一般指用于原料氣或產(chǎn)品氣生壓和真空解吸所消耗的電能。從運行裝置來看，一般氮氣回收率在45-60%之間，單位能耗0.35KWh/Nm3左右。一般真空解吸流程能耗高于常壓解吸流程。流程合理吸附劑性能高的裝置，回收率高能耗低。
以99.5%純度氮氣裝置為例。
制氮方法 碳分子篩 沸石分子篩
能耗 KWh/Nm3 0.35 0.5-0.6 低溫法 0.25 影響裝置性能的因素有吸附壓力和吸附時間。經(jīng)驗表明，提高吸附壓力可以增大碳分子篩的吸附容量，提高氮氣純度，但壓力達到0.6Mpa時床層死空間等因素反而導致純度降低能耗增高。吸附時間越長，產(chǎn)品純度越低，但回收率高，氣流切換次數(shù)少碳分子篩粉化程度輕。氮氣的產(chǎn)量和純度是一對對立的因素，氮氣出氣量越高，純度越低回收率越低，反之亦然。
碳分子篩 沸石分子篩 加氫脫氧技術 N2純度 98.5-99.9% 99.9-99.99% 99.99%以上
消耗 流程及投資 低 高
少 大
裝置能力 大 小 小
較高 大 技術發(fā)展和展望
變壓吸附制氮技術的發(fā)展主要是吸附劑技術的發(fā)展。1977年德國埃森礦業(yè)研究有限公司BergauForschung（B.F公司）研制開發(fā)了碳分子篩制氮技術以來，日本美國等都迅速發(fā)展起來。1981年吉林化公設計研究院研制的碳分子篩通過了省級鑒定，隨后中國船舶工業(yè)總公司也研制開發(fā)了碳分子篩。1986年浙江長興化工廠采用上海化工研究院技術生產(chǎn)的碳分子篩成為國內(nèi)主要碳分子篩生產(chǎn)力量。國外大批量生產(chǎn)碳分子篩的有德國BF公司、美國Calgon碳公司、日本Takeda化學工業(yè)公司和Kuraray化學品公司。國內(nèi)上海化工設計院、四川天一科技、溫州瑞氣空分設備有限公司等企業(yè)生產(chǎn)氮氣裝置規(guī)模和技術水平發(fā)展速度很快，接近世界先進水平。通過對不同的分子篩比較，國內(nèi)碳分子篩的產(chǎn)氮率還遠低于國外產(chǎn)品，主要原因是國產(chǎn)碳分子篩比表面積僅是BF公司的55%，微孔不夠發(fā)達。造成此狀況的原因是沒有完全掌握制作工藝條件和原料配比，檢測設備落后無法及時監(jiān)控生產(chǎn)，原料煤雜質(zhì)高等。近年來國內(nèi)碳分子篩也有了長足進步，以浙江長興化工廠的碳分子篩的產(chǎn)氮率也接近180Nm3/h·t，但是性能不穩(wěn)定易粉化，使用超過3-6年產(chǎn)氣量明顯下降。工藝流程的設計發(fā)展與七八十年相比也有了很大發(fā)展。用產(chǎn)品氮氣的充壓和沖洗等流程的采用，提高了氮氣回收率和產(chǎn)量。從2塔流程發(fā)展到三塔四塔流程，提高了裝置的經(jīng)濟性能。特別是不等勢均壓的應用，使均壓后的2個吸附塔內(nèi)氮氣純度不同，從而降低排空氣體的含氮量，提高回收率。從變壓吸附制氮運行裝置來看，國內(nèi)主流流程為以國外碳分子篩為吸附劑，采用雙塔流程，在0.6-0.8Mpa吸附壓力下，利用氮氣沖洗和常壓解吸流程，提取氮氣。這種配置能耗低，在0.3-0.4Nm3/kw·h左右。最新碳分子篩研究技術是向碳分子篩中添加氧化鐵，以其磁性增加碳分子篩對氧氣的選擇吸附性。日本有過書面報道，大連理工大學也進行了這方面的研究。在將來變壓吸附制氮技術生產(chǎn)的氮氣純度高于99.999%是極為可能的。從目前制氮技術應用來看，碳分子篩技術成為主流技術，沸石分子篩技術由于處理原料氣和真空解吸等繁雜步驟應用較少。盡管沸石分子篩技術可以提取高純氮，不過能耗高規(guī)模也在200 Nm3以下。高純氮制取一般采用加氫脫氧技術，在普氮中加入適量的氫氣，在加氫脫氧催化劑作用下，氫氣和氧氣反應生成水，然后再除去殘余的氫或氧，最后通過干燥塔除去水分得到高純氮氣。結束語
隨著吸附劑進一步發(fā)展和工藝流程的合理改進，以其明顯的經(jīng)濟效益和簡單的操作維護在各個行業(yè)推廣前景將更加廣闊。
第三篇：變壓吸附制氮設備概述
變壓吸附制氮設備概述
【關鍵詞】變壓吸附 制氮設備
【摘要】變壓吸附制氮設備是采用碳分子篩為吸附劑，利用變壓吸附原理來獲取氮氣的設備。在一定的壓力下，利用空氣的氧、氮在碳分子篩孔隙中擴散速率不同而達到分離空氣的目的，即碳分子篩對氧的擴散吸附遠大于氮，通過可編程序來控制多個閥門的導通、關閉，達到兩吸附罐的交替循環(huán)，加壓吸附，減壓脫附的過程，而完成氧、氮的分離，得到所需純度的氮氣。
1、變壓式吸附制氮原理
變壓吸附制氮設備是采用碳分子篩為吸附劑，利用變壓吸附原理來獲取氮氣的設備。在一定的壓力下，利用空氣的氧、氮在碳分子篩孔隙中擴散速率不同而達到分離空氣的目的，即碳分子篩對氧的擴散吸附遠大于氮，通過可編程序來控制多個閥門的導通、關閉，達到兩吸附罐的交替循環(huán)，加壓吸附，減壓脫附的過程，而完成氧、氮的分離，得到所需純度的氮氣。
制氮機主要由兩個填滿碳分子篩的吸附塔組成，當潔凈的壓縮空氣進入吸附塔時，由于其中的O2在碳分子篩內(nèi)擴散速率較快，使N2在氣相中得到富集；另一塔已完成吸附的碳分子篩則被減壓解吸，然后用N2吹掃再生，使其恢復原有吸附能力，兩塔交替循環(huán)，即可得到純度為99%-99.9%的廉價氮氣。再用氮氣凈化裝置除去其中微量的O2，H2O等雜質(zhì)，N2純度可達99.999%以上。
2、工藝特點：
能耗低，故運行成本比其它制氮工藝低；
結構簡單，占地面積小；
微電腦控制，只要輕輕一按，30分鐘，即可產(chǎn)出合格氮氣，即開即用，實現(xiàn)無人值守，純度、流量長期穩(wěn)定；
使用方便，省去了不斷更換鋼瓶的麻煩；
使用更安全，且無須支付運費。
3、應用范圍
金屬熱處理--滲碳、碳氮共滲、光亮退火、粉末金屬及磁性材料燒結、氮基氣氛保護
石油天然氣、化學工業(yè)--管道及容器空氣置換、注氮采油、化工過程保護氣
電子工業(yè)--半導體及電子元件生產(chǎn)的氮氣保護
煤炭工業(yè)--煤礦井下防滅火
食品工業(yè)--充氮包裝、保鮮、酒類保存
醫(yī)藥工業(yè)--原料及藥品充氮保存，中草藥防蟲、防霉
玻璃工業(yè)--浮法玻璃生產(chǎn)過程的保護
其他需用氮氣的工業(yè)部門
第四篇：脫氮除磷技術
哈爾濱理工大學學士學位論文
目錄
第1章
脫氮除磷簡述------------------------2
第2章
生物脫氮除磷基本原理----------------3
2.1生物脫氮過程3 2.2生物除磷過程3
第3章
生物脫氮除磷工藝研究新方向---4 3.1SHARON工藝4 3.2CANON工藝--5 3.3DEPHANOX工藝---------------------------5 3.4BCFS工藝-----6 3.5厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝------7 3.6 A2NSBR工藝-7
第4章 結語-----9
哈爾濱理工大學學士學位論文
簡述污水脫氮除磷工藝及研究進展
摘要
氮、磷去除率不達標造成水體的富營養(yǎng)化是世界各國面臨的最大挑戰(zhàn)之一，已被各國政府高度重視。傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝存在許多不足之處，經(jīng)濟、高效、低耗的可持續(xù)脫氮除磷工藝已成為污水處理的發(fā)展方向。本文簡要介紹了生物脫氮除磷的基本原理和工藝：SHARON工藝，CANON工藝，2DEPHANOX工藝，BCFS工藝，ANAMMOX工藝，ANSBR工藝的機理和研究進展。同時指出經(jīng)濟、高效、低能耗的可持續(xù)脫氮除磷工藝是污水處理的發(fā)展方向。
關鍵詞：污水處理；生物脫氮除磷；處理工藝；研究進展
第1章
脫氮除磷簡述
近些年來，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，含氮、磷的化肥、農(nóng)藥、洗滌劑的使用量不斷上升。然而，我國現(xiàn)有的污水處理廠主要集中于有機物的去除，對氮、磷等營養(yǎng)物的去除率只達到10%-20%其結果遠達不到國家二級排放標準，造成大量氮磷污染物進入水體，引起水體的富營養(yǎng)化。對我國的26個主要湖泊的富營養(yǎng)調(diào)查表明，其中貧營養(yǎng)湖1個，中營養(yǎng)湖9個，富營養(yǎng)湖16個，在16個富營養(yǎng)化湖泊中有6個的總氮、總磷的負荷量極高，已進入異常營養(yǎng)型階段。其中滇池、太湖、巢湖流域，水體富營養(yǎng)化更為嚴重。同時，我國沿海地區(qū)多次出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象。
我國新頒布的《污水綜合排放標準》（GB8918-1996）對氮、磷都做了嚴格的規(guī)定，其中對氮:15mg/L（一級標準）、25mg/L（二級標準）；對磷：0.5mg/L（一級標準）、1.0mg/L（二級標準）。因此，采用高效、節(jié)能、經(jīng)濟的氮磷去除工藝以及構筑物一體化建設必將是我國城市污水處理工藝的一個發(fā)展方向。
哈爾濱理工大學學士學位論文
第2章
生物脫氮除磷基本原理
2.1生物脫氮過程
生物脫氮通過氨化、硝化、反硝化三個步驟完成。
氨化反應：有機氮化合物在氨化細菌的作用下分解，轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。硝化反應：在硝化細菌的作用下，氨態(tài)氮進一步分解、氧化，就此分兩個階段進行。首先，在亞硝化細菌的作用下，使氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮，亞硝酸氮在硝酸菌的作用下，進一步轉(zhuǎn)化為硝酸氮。
反硝化反應：反硝化反應是指硝酸氮和亞硝酸氮在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮的過程。
2.2生物除磷過程
生物除磷，是利用聚磷菌一類的微生物，能夠過量地、在數(shù)量上超過其生理需要的、從外部環(huán)境攝取磷，并將磷以聚合物的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi)，形成富磷污泥。排出系統(tǒng)外，達到廢水中除磷的效果。
哈爾濱理工大學學士學位論文
第3章
生物脫氮除磷工藝研究新方向
傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝如：生物除磷：A/O，A2/O，Bardenpho，UCT，Phoredox，AB等除磷工藝。生物脫氮：A/O，A2/O，Bardenpho，UCT，Phoredox，改進的AB，TETRA深度脫氮，SBR，氧化溝等脫氮工藝。
現(xiàn)有的生物脫氮除磷組合工藝主要是建立在傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論基礎上進行構架組合的。傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝中，具有較大差別的微生物在同一系統(tǒng)中相互影響，制約了工藝的高效性和穩(wěn)定性；較多的工藝流程中包含多重污泥和混合液的回流，增加了系統(tǒng)的復雜性，提高了基建和運行費用；脫氮除磷過程中對能源（如氧、COD）消耗較多；剩余污泥富含磷，處理量較大。這些都不符合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來，同時硝化反硝化現(xiàn)象、反硝化除磷現(xiàn)象、短程硝化反硝化脫氮工藝、厭氧氨氧化工藝等的發(fā)現(xiàn)和研究，為解決上述問題提供了有效的途徑。
同時硝化反硝化技術的研究傳統(tǒng)脫氮理論認為硝化反應在好氧條件下進行，而反硝化反應在厭氧條件下完成，兩者不能在同一條件下進行。然而，近幾年許多研究者發(fā)現(xiàn)存在同時硝化反硝化現(xiàn)象，尤其是有氧條件下的反硝化現(xiàn)象，確實存在于不同的生物處理系統(tǒng)中。如氧化溝、SBR工藝、間歇曝氣反應器工藝。研究者對此進行了廣泛的研究，提出了一些新的見解。其中，認為微生物的存在是其最主要的原因。如某些反應器流態(tài)上的特征，為同時硝化反硝化創(chuàng)造了可能的環(huán)境條件；另外，從微生物發(fā)展的角度看，存在著目前尚未被認識的微生物菌種（如好氧條件下的反硝化細菌）能使同時硝化反硝化現(xiàn)象發(fā)生，但對其機理的認識還未統(tǒng)一，尚處于探索階段。
3.1 SHARON工藝
SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發(fā)的新工藝，已經(jīng)在荷蘭鹿特丹的廢水處理廠建成并投入運行。該工藝的核心是，應用硝酸菌和亞硝酸菌的不同生長速率，即在高溫（30~35℃）下亞硝酸菌的生長速率明顯高于硝酸菌這一固有特性，控制系統(tǒng)的水力停留時間和反應溫度，從而使硝酸菌被自然淘汰，反應器中亞硝酸菌占優(yōu)勢，使氨氧化控制在亞硝化階段。SHARON工藝適合于處理具有一定溫度的高濃度（〉500mgN/L）氨氮污水。對該工藝來說，溫度和pH值（最佳pH值6.8~7.2）都受到嚴格的控制，因此，低溫低氨的城市污水如何實現(xiàn)亞硝酸型硝化值需進一步研究。
哈爾濱理工大學學士學位論文
3.2 CANON工藝
CANON工藝（生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝）實質(zhì)上是通過控制生物膜內(nèi)溶解氧的濃度實現(xiàn)短程硝化反硝化，使生物膜內(nèi)聚集的亞硝化菌和ANAMMOX微生物能同時生長，滿足生物膜內(nèi)一體化完全自養(yǎng)脫氮工藝實現(xiàn)的條件。亞硝酸氮在生物膜內(nèi)的聚集是亞硝化的另一種形式。硝化細菌與亞硝化細菌對氧的親和性的不同以及傳質(zhì)限制等因素影響兩種微生物在細胞膜內(nèi)的數(shù)量。在低DO/NH3-N比值的情況下，氧成為限制性基質(zhì)，使硝化細菌與亞硝化細菌展開競爭。競爭的結果是亞硝酸氮在生物膜表層聚集。當氧向細胞膜內(nèi)擴散并被消耗后，出現(xiàn)厭氧層，厭氧氨氧化細菌便能生長。隨著未被亞硝化的氨氮與亞硝化后的亞硝酸氮擴散至厭氧層，ANAMMOX反應就發(fā)生。環(huán)境中的氨氮與溶解氧是決定CANON工藝的兩個關鍵因素。CANON工藝目前在世界上還處于研究階段，沒有真正應用到工程實踐中。SHARON工藝和CANON工藝都是經(jīng)亞硝酸型生物脫氮工藝處理的，出水中可能含有較高的亞硝酸鹽，運行時應加以嚴格的控制。
3.3 DEPHANOX工藝
DEPHANOX工藝是為滿足DPB所需的環(huán)境要求而開發(fā)的一種強化生物除磷工藝。DEPHANOX除磷脫氮工藝流程如圖" 所示。工藝在厭氧池與缺氧池之間增加了沉淀池和固定膜反應池。固定膜反應池的設置可以避免由于氧化作用而造成有機碳源的損失和穩(wěn)定系統(tǒng)的硝酸鹽濃度。污水在厭氧池中釋磷，在沉淀池中進行泥水分離。含氮較多的上清液進入固定膜反應池進行硝化，污泥則跨越固定膜反應池進入缺氧段，完成反硝化和攝磷。工藝的優(yōu)點在于能解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題和降低系統(tǒng)的能源（曝氣）消耗，而且可縮小曝氣池的體積，降低剩余污泥量，尤其適用于處理低COD/TKN的污水。由于進水中氮和磷的比例是很難恰好滿足缺氧攝磷的要求，這給系統(tǒng)的控制帶來了困難。此外，目前聚磷菌反硝化試驗研究中都不同程度添加乙酸作為碳源，乙酸是誘導聚磷菌釋磷的最佳碳源，由于很難真實模擬城市污水的處理情況，因此對于反硝化聚磷茵的篩選富集具有重要意義。該工藝離生產(chǎn)應用尚有一段距離。
圖1 DEPHANOX工藝流程圖
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3.4 BCFS工藝
BCFS工藝是荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室研究開發(fā)的、為最大程度從工藝角度創(chuàng)造DPB富集條件的一種變型UCT工藝。其工藝流程如圖2所示。在這種改良的UCT工藝脫氮除磷處理系統(tǒng)中，污泥能夠利用硝酸鹽作為電子受體，在缺氧環(huán)境條件下同時進行反硝化作用和超量聚磷。
從工藝流程上看，BCFS工藝較UCT工藝創(chuàng)新之處在于：(1)BCFS工藝在主流線上增加了兩個反應池：即在UCT工藝的厭氧和缺氧池之間增加一個接觸池，在缺氧池和好氧池之間增加一個缺氧/好氧混合池。在主流線中的厭氧池以推流方式運行，相當于一個厭氧選擇池，可保持較低的污泥指數(shù)（SVI）。增設的接觸池可起到第二選擇池的作用，所需的容積很小，但可較好地抑制絲狀菌的繁殖。增設的第二個反應池混合池，可形成低氧環(huán)境以獲得同時硝化與反硝化，從而保證出水中含較低的總氮濃度。(2)BCFS工藝增設在線分離、離線沉淀化學除磷單元。BCFS工藝通過增加磷分離工藝，避開了生物除磷的不利條件（因滿足硝化而使泥齡過長；進水中COD/P的比值過低）。同時，在線進行磷的化學沉淀會因沉淀劑在污泥中聚集而影響硝化菌活性。因此，該工藝又將厭氧池末端富磷上清液抽出，以離線方式在沉淀單元內(nèi)投以鐵鹽和鎂鹽予以回收。以生物除磷輔以化學除磷這種工藝充分利用了PAOs/DPB對磷酸鹽具有很高親和性的這一特點，很容易獲得極低的出水正磷酸鹽濃度，并能在保證良好出水水質(zhì)的前提下，大大降低COD的用量。(3)與UCT工藝相比，BCFS工藝增設了兩個內(nèi)循環(huán)QB和QC（見圖2）。從好氧池設置內(nèi)循環(huán)QB到缺氧池，能輔助回流污泥向缺氧池補充硝酸氮，內(nèi)循環(huán)QC使好氧池與混合池間建立循環(huán)，以增加硝化或同時硝化反硝化的機會，為獲得良好的出水氮濃度創(chuàng)造條件。
BCFS工藝在荷蘭已成功運用于工程實踐中，除了具有節(jié)能低耗的優(yōu)點外，還能保持穩(wěn)定的處理水質(zhì)，使出水總磷≤0.2mg/L總氮≤0.5mg/L。
圖2 BCFS工藝流程圖
哈爾濱理工大學學士學位論文
3.5 厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝
ANAMMOX工藝由荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室研究開發(fā)。工藝在厭氧狀態(tài)下，以NO2-，NO3-作為電子受體，將氨轉(zhuǎn)化為氮氣。厭氧氨氧化是自養(yǎng)的微生物過程，不需投加有機物以維持反硝化，且污泥產(chǎn)率低。此外還可以改善硝化反應產(chǎn)酸、反硝化反應產(chǎn)堿而均需中和的情況，這對控制化學試劑消耗、防止可能出現(xiàn)的二次污染具有重要意義。該工藝適用于高氨廢水和低COD/TKN廢水的處理。
ANAMMOX工藝與SHARON工藝結合，對污泥消化出水進行了研究。這種聯(lián)合工藝的自養(yǎng)脫氮工藝流程見圖3。試驗結果表明，氨態(tài)氮的去除率達到83%，并且聯(lián)合工藝幾乎不需要外加碳源。可見在氧氣需要量和外加碳源上，該聯(lián)合工藝明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的生物脫氮工藝。ANAMMOX及其與SHARON的聯(lián)合工藝完全突破了傳統(tǒng)生物脫氮工藝的基本概念，從一定程度上解決了傳統(tǒng)硝化一反硝化工藝存在的問題，但需要進一步的研究才能使之成功地運行于實際工程。
圖3 SHARON與ANAMMOX相結合的自養(yǎng)脫氮工藝流程圖
3.6 A2NSBR工藝
A2NSBR工藝由厭氧/兼氧序批式反應器(A/A/OSBR)和硝化序批式反應器(N-SBR)組成，這兩個反應器的活性污泥完全分開，只將沉淀后的上清液相互交換，見圖4。進水和回流污泥混合后進人厭氧池，在此聚磷菌吸收易于降解的有機物進行PHB儲備，同時釋磷；隨后進入沉淀池泥水分離：富集氨氮的上清液進入側(cè)流好氧池進行硝化反應，而含有大量PHB的DPB污泥則同硝化液一起進入主流缺氧反應池，在此以硝態(tài)氮為電子受體進行反硝化除磷。
與Dephanox工藝一樣，A2NSBR可分別控制聚磷菌和反硝化菌的泥齡，有利于它們的各自優(yōu)化。兩個反應器的沉淀上清液相互交換，保證了原水中85%~90%的COD在A2O-SBR的厭氧段被活性污泥快速吸附或降解并用于該段厭氧釋磷和缺氧段反硝化。在N/P比最優(yōu)的情況下，比傳統(tǒng)工藝節(jié)省50%的COD，除磷率接近100%，脫氮率約90%。
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圖4 A2NSBR工藝流程圖
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第4章
結
語
本文對生物脫氮除磷的機理及目前較先進的脫氮除磷技術進行了簡要概述。由于水體富營養(yǎng)化是一個嚴重的長期問題，而我國對生物脫氮除磷的研究起步較晚，目前進行了脫氮除磷處理的污水處理廠并不多。因此，開發(fā)經(jīng)濟有效、節(jié)能、簡便且能同時脫氮除磷的適合我國國情的工藝尤為重要。由于生物法運行費用較低，效果穩(wěn)定，綜合處理能力強，因此生物脫氮除磷工藝在我國將有很大的應用前景，且應更加深入的探討生物脫氮除磷的機理。
第五篇：大型火電廠脫氮技術
低NOX煤粉燃燒技術概述
摘 要：本文共分為四大部分：從當前火電廠脫氮的結設備構特點及組成，工作原理，燃燒方式，控制方法以及在火電廠中的應用前景等方面進行了淺顯的描述。其中重要是對該設備的主要原理和控制方法，控制性能及特點方面進行了闡述。
關鍵詞：結構特點、工作原理、燃燒方式、控制方法。
Abstract: This paper is divided into four parts: from the current circulating fluidized bed power plant characteristics of the structure and composition，working principle，and combustion of pulverized coal-fired boiler contrast，the control method and the application of thermal power plants in areas such as prospects for the simple description.One important is the boiler control system for the main control methods to control aspects of performance and features，and explains Key words: current circulating、bed power plant、combustion of pulverized、boiler control system.一 引言
近年來能源利用造成的環(huán)境污染越來越嚴重，其中礦物燃料的燃燒所排放出來的氮氧化物(NOX)己成為環(huán)境污染的一個重要方面。NOX是N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5的總稱。我國能源以煤為主。燃煤所產(chǎn)生的大氣污染物占污染物排放總量的比 例較大，其中NOX占67%[1]。有關資料表明，電站鍋爐的NOX排放量占各種燃燒裝臵NOX排放量總和的一半以上，而且80%左右是煤粉鍋爐排放的[2]。國家環(huán)保局于2003年12月23日發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2003）中對于第三時段燃煤電廠執(zhí)行的排放濃度限值為：當Vdaf<10%時，NOx 排放濃度限值為1100 mg/m3；當10%
二 氮氧化物產(chǎn)生的機理
氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一。通常所說的氮氧化物NOx 有多種不同
形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5，其中NO 和NO2 是重要的大氣污染物。
我國氮氧化物的排放量中70％來自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOx 排放的主要來源之一。
研究表明，氮氧化物的生成途徑有三種：（1）熱力型NOx，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成NOx；（2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生 成NOx；（3）快速型NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH 等反應生成NOx。在這三種形式中，快速型NOx 所占比例不到5％；在溫度低于1300℃時，幾乎沒有熱力型NOx。對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx 主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。控制NOx 排放的技術指標可分為一次措施和二次措施兩類，一次措施是通過各種技術手段降低燃燒過程中的NOx 生成量；二次措施是將已經(jīng)生成的NOx通過技術手段從煙氣中脫除。
三 低NOX煤粉燃燒技術
煤粉燃燒過程中影響NOX生成的主要因素有：①煤種特性，如煤的含氮量、揮發(fā)分含量、燃料中的固定碳/揮發(fā)分之比以及揮發(fā)分中含H量/含N量之比等；②燃燒區(qū)域的溫度峰值；③反應區(qū)中氧、氮、一氧化氮和烴根等的含量；④可燃物在反應區(qū)中的停留時間。
由此對應的低NOX燃燒技術的主要途徑有如下幾個反面：①減少燃料周圍的氧濃度。包括：減少爐內(nèi)過量空氣系數(shù)，以減少爐內(nèi)空氣總量；減少一次風量和減少揮發(fā)分燃盡前燃料與二次風的混合，以減少著火區(qū)的氧濃度。②在氧濃度較少的條件下，維持足夠的停留時間，使燃料中的氮不易生成NOX，而且使生成的NOX經(jīng)過均相或多相反應而被還原分解。③在過量空氣的條件下，降低溫度峰值，以減少熱力型NOX的生成，如采用降低熱風溫度和煙氣在循環(huán)等。④加入還原劑，使還原劑生成CO、NH3和HCN，它們可將NOX還原分解。具體的方法有：燃料分級燃燒、空氣分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOX燃燒器、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒等，以下對各種低NOX燃燒技術分別介紹。3.1 燃料分級燃燒
燃料分級燃燒，又稱燃料再燃技術(Returning Technology)。是指在爐膛(燃燒室)內(nèi)，設臵一次燃料欠氧燃燒的NOX還原區(qū)段，以控制NOX的最終生成量的一種“準一次措施”。NOX在遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時會發(fā)生NOX的還原反應。利用這一原理，把爐膛高度自下而上依次分為主燃區(qū)(一級燃燒區(qū))、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。再燃低NOX燃燒將80%—85%的燃料送入主燃區(qū)，在空氣過量系數(shù)α>1的條件下燃燒，其余15%—20%的燃料則在主燃燒器的上部某一合適位臵噴入形成再燃區(qū)，再燃區(qū)過量空氣系數(shù)<1，再燃區(qū)不僅使主燃區(qū)已生成的NOX得到還原，同時還抑制了新的NOX的生成，進一步降低NOX。再燃區(qū)上方布臵燃盡風(OFA)以形成燃盡區(qū)，以使再燃區(qū)出口的未完全燃燒產(chǎn)物燃燒，達到最終完全燃燒目的。再燃燃料可以是各類化石燃料，包括天然氣、煤粉、油、生物質(zhì)、水煤漿等。上世紀80年代，三菱重工第一次將再燃技術用于全尺皴鍋爐。隨后在全世界取得了長足的發(fā)展。
一般，采用燃料分級的方法可以達到30%以上的脫銷效果，最高脫效率可達70%，在主燃燒器采用低NOX燃燒器抑制NOX生成的基礎聯(lián)合使用燃料分級燃燒可以進一步降低的NOX排放量。再燃法脫除NOX的影響因素主要有再燃燃料的種類、再燃比例、再燃區(qū)的空氣過量系數(shù)、再燃區(qū)溫度條件以及再燃區(qū)停留時間等。隨著技術的進步，如今又發(fā)展出了先進再燃技術，它是將再燃技術與氨催化還原技術相結合一種高效控制NOX排放的技術，這種技術是將氨水或者尿素作為氨催化劑加入到再燃區(qū)域或者燃盡區(qū)，進一步降低NOX。同時，如果將無機鹽（尤其是堿金屬）助催化劑通過不同的方式一同噴入，將更有利于NOX的還原，實驗顯示，先進再燃可以降低NOX排放量85%左右，具有非常好的優(yōu)勢。由先進再燃的原理可知，所有影響燃料再燃脫硝效果的因素也會影響先進再燃，除此之外，催化劑及駐催化劑對其影響也很重要，主要是氮催化劑（氨或尿素）噴入位臵及噴入量的影響及無機鹽（堿金屬）助催化劑噴入方式的影響。
再燃技術的主要特點是：①不僅最大限度地控制NOX的排放，而且使鍋爐燃燒更加穩(wěn)定，尤其是低負荷運行性能得到改善，并可提高鍋爐運行效率；②可以避免爐內(nèi)結渣、高溫腐蝕等其它低NOX燃燒技術帶來的不良現(xiàn)象；③該技術只需在爐膛適當位臵布臵幾個噴口即可，系統(tǒng)簡單，投資較少；④無一次污染。3.2 空氣分級燃燒
空氣分級燃燒技術是美國在20世紀50年代首先發(fā)展起來的，它是目前應用較為廣泛的低NOX燃燒技術[4]。它的主要原理是將燃料的燃燒過程分段進行。該技術是將燃燒用風分為一、二次風，減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量即一次風量，提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，推遲一、二次風混合時間，這樣煤粉進入爐膛時就形成一個過量空氣系數(shù)在0.8左右的富燃料區(qū)，使燃料在富燃料 區(qū)進行欠氧燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，從而降低NOX的生成。欠氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風混合，使燃料完全燃燒。
最終空氣分級燃燒可使NOX生成量降低30—40%。該技術的關鍵是風的分配，一般一次風占總風量的25%-35%。若風量分配不當會增加鍋爐的燃燒損失，同時引起受熱面的結渣腐蝕等問題。分級燃燒可以分成兩類。一類是燃燒室(爐內(nèi))中的分級燃燒；另一類是單個燃燒器的分級燃燒。在采用分級燃燒時，由于第一級燃燒區(qū)內(nèi)是富燃料燃燒，氧的濃度降低，形成還原性氣氛。而在還原性氣氛中煤的灰熔點會比在氧化性分為中降低100~120℃，這時如果熔融灰粒與爐壁相接觸，容易發(fā)生結渣，而且火焰拉長，如果組織不好，還會容易引起爐膛受熱面結渣和過熱器超溫，同時還原性分為還會導致受熱面的腐蝕。空氣分級再燃的影響因素主要有：第一級燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)α1，要正確地選擇第一級燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)，以保證這一區(qū)域內(nèi)形成富燃料燃燒，經(jīng)可能的減少NOX的生成，并使燃燒工況穩(wěn)定；溫度的影響、二次風噴口的位臵的確定、停留時間的影響、煤粉細度的影響等。
分級燃燒系統(tǒng)在燃煤鍋爐上應用有較長的歷史，單獨使用大約可降低20~40%的NOX。通常增大燃盡風分額可得到較大的NOX脫除率。目前該技術與其他初級控制措施聯(lián)合使用，已成為新建鍋爐整體設計的一部分。在適度控制NOX排放的要求下，往往作為現(xiàn)役鍋爐低NOX排放改造的首選措施。3.3 煙氣再循環(huán) 煙氣再循環(huán)也是常用的降低NOX排放量的方法之一，該技術是將鍋爐尾部約10%—30%低溫煙氣(溫度在300℃—400℃)經(jīng)煙氣再循環(huán)風機回抽(多在省煤器出口位臵引出)并混入助燃空氣中，經(jīng)燃燒器或直接送入爐膛或是與一次風、二次風混合后送入爐內(nèi)，從而降低了燃燒區(qū)域的溫度，同時降低了燃燒區(qū)域氧的濃度，最終降低NOX的生成量，并具有防止鍋爐結渣的作用。但采用煙氣再循環(huán)會導致不完全燃燒熱損失加大，而且爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，所以不能用于難燃燒的煤種，如無煙煤等。另外，利用煙氣再循環(huán)改造現(xiàn)有鍋爐需要安裝煙氣回抽系統(tǒng)，附加煙道、風機及飛灰收集裝臵。投資加大，系統(tǒng)也叫復雜，對原有設備改造時也會受到場地條件等的限制。
由于煙氣再循環(huán)使輸入的熱量增多，可能影響爐內(nèi)的熱量分布，過多的再循環(huán)煙氣還可能導致火焰的小穩(wěn)定性及蒸汽超溫，因此再循環(huán)煙氣量有一定的限制。煙氣再循環(huán)法降低NOX排放的效果與燃料種類、爐內(nèi)燃燒溫度及煙氣再循環(huán)率有關，延期砸循環(huán)率是再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時的煙氣量的比值。經(jīng)驗表明：當煙氣再燃循環(huán)率為15%~20%時，煤粉爐的NOX排放濃度可降低25% 左右。燃燒溫度越高，煙氣再循環(huán)率對NOX脫除率的影響越大。但是，煙氣再循環(huán)效率的增加是有限的。當采用更高的在循環(huán)率時，由于循環(huán)煙氣量的增加，燃燒會趨于不穩(wěn)定，而且未完全燃燒熱損失會增加。因此電站鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在10%~20%左右。在燃煤鍋爐上單獨利用煙氣再循環(huán)措施，得到的NOX脫除率<20%。所以，一般都需要與其他的措施聯(lián)合使 用。
3.4 低NOX燃燒器
常規(guī)煤粉燃燒器可以將煤粉和空氣快速混合，并能產(chǎn)生高的火焰溫度，達到高的燃燒強度和燃燒效率，遺憾的是這些條件也易于產(chǎn)生較多的NOX。通過設計特殊的燃燒器結構來改變?nèi)紵鞒隹谔幍娘L粉配比，可以將前述的空氣分級、燃料分級和煙氣再循環(huán)等降低NOX排放控制技術的原理用于燃燒器。通過燃燒器就能同時實現(xiàn)燃燒、還原、燃盡三個過程，從而設計出低NOX燃燒器。它可以用來控制煤粉與空氣的混合特性，改善火焰結構，降低燃燒火焰的峰值，從而降低NOX排放。由于低NOX燃燒器能在煤粉的著火階段就抑制NOX的生成，對后期控制NOX的排放量十分有利，因此低NOX燃燒器得到了廣泛的開發(fā)和利用。在低NOX燃燒器設計方面，一些西方發(fā)達國家的許多鍋爐制造公司在這方面進行了大量的改進和優(yōu)化工作，并取得很大的成就，開發(fā)了不同類型的低NOX燃燒器，主要有：
1、階段燃燒型低NOX燃燒器
該燃燒器設計使噴口噴出的煤粉分階段燃燒從而降低NOX的生成。在燃燒器出口區(qū)域形成一個還原性氣氛的富燃料著火燃燒區(qū)，逐步與噴出的二次風相混合，由于二次風風量及旋流動量小，與煤粉混合較慢，使得燃燒過程推后，減緩了煤粉的著火燃燒。所以這種燃燒器有效地降低了NOX的生成。較有代表性的有：巴．威公司的DRB型雙調(diào)風低NOX燃燒器[7]，德國巴布科克((Deutche Babcock)公司的WB、WSF、DS型燃燒器[8]，德國斯 坦繆勒(Steinmuller)公司設計的SM低NOX燃燒器[8]，福斯特惠勒(Foster Wheeler)公司的CF/SF低NOX燃燒器[9]，美國瑞麗斯多克(Riley Stoker)公司的CCV型低NOX燃燒器[7]等。
2、濃淡偏差型低NOX燃燒器
濃淡燃燒器是通過將一次風所攜帶的煤粉在燃燒器內(nèi)部分成濃淡兩股射出，由于煤粉射流分成了濃淡兩股，濃的一側(cè)由于煤粉氣流空氣量小，為還原性氣氛所以生成的NOX較少，淡側(cè)由于燃料較少，燃燒溫度較低，所以也可抑制了NOX的生成。濃淡燃燒器如今己發(fā)展了多種，根據(jù)濃淡分離的不同，有采用彎管離心原理分離式、撞擊分離式、旋風分離式以及百葉窗式等等。如：美國ABB-CE公司開發(fā)的寬調(diào)節(jié)比WR型燃燒器、日本三菱公司的PM型低NOX燃燒器、德國EVT公司的Vapour燃燒器、我國自行設計的燃燒器如多功能船形體煤粉燃燒器、鈍體燃燒器、濃淡型燃燒器等。
一些公司還將低NOX燃燒器與爐內(nèi)初級控制措施，如空氣分級、燃料分級、煙氣再循環(huán)等組合在一起，構成一個低NOX燃燒系統(tǒng)。這些低NOX燃燒系統(tǒng)不僅僅有效改善燃燒條件，還能大幅降低NOX排放量。據(jù)美國福斯特惠勒公司(Foster Wheeler)報告顯示，他們的低NOX燃燒系統(tǒng)可實現(xiàn)50~65%的NOX脫除率。國內(nèi)在低NOX燃燒技術方面的研究雖然起步較晚，但也積累了許多成熟的經(jīng)驗，尤其是基于濃淡燃燒技術和分級燃燒技術開發(fā)出的各種低NOX燃燒器都取得了可喜的實績。
哈爾濱工業(yè)大學經(jīng)過10余年的努力，開發(fā)研制成功水平濃 縮煤粉燃燒器、水平濃淡風煤粉燃燒器、徑向濃淡旋流煤粉燃燒器、不等切圓墻式布臵直流煤粉燃燒器等“風包粉”系列濃淡煤粉燃燒技術。華中理工大學煤燃燒國家重點實驗室利用一維爐和數(shù)值模擬相結合的方式，研制開發(fā)出了高濃度煤粉燃燒技術。清華大學力學系賈臻教授研制的煤粉濃縮燃燒器，可使NOX降低到200mg/m3左右，這在世界同類技術中處于領先地位。此外，西安交通大學的夾心風直流燃燒器，浙江大學的可調(diào)式濃淡燃燒器都有降低NOX，的排放量的作用。3.5 低氧燃燒
這種方法就是使燃燒過程盡量接近理論空氣系數(shù)(α =1)的條件下進行，使煙氣中的過剩氧量減少，從而降低燃燒過程中NOX的生成量。在低過量空氣系數(shù)范圍的條件下運行，可使用較少的燃料。因此認為，低過量空氣運行可以作為減少氮氧化物的形成和燃料消耗量的基本改進燃燒方法之一。實際鍋爐采用低氧燃燒時，不僅降低NOX排放量，而且鍋爐排煙熱損失減少，對提高鍋爐熱效率有利，但是，如果爐內(nèi)氧的濃度過低，低于3%以下時，會造成CO濃度的急劇增加，從而大大增加機械未完全燃燒熱損失，同時也會引起飛灰含碳量的增加，導致機械未完全燃燒損失增加，從而使燃燒效率降低，使鍋爐的燃燒經(jīng)濟性降低，而且爐內(nèi)壁面附近還可能形成還原性氣氛造成爐壁結渣和腐蝕。因此在確定低氧燃燒的過量空氣量范圍時，必須兼顧燃燒效率、鍋爐效率較高和NOX等有害物質(zhì)最少的要求。這是一種經(jīng)過充分證明的、有效的降低NOX的基本方法，一般情況下，該措施可以 使NOX排放降低15%—20%。3.6 濃淡偏差燃燒
濃淡偏差燃燒是近幾年來國內(nèi)外采用的一種降低鍋爐燃燒排放NOX的燃燒技術。該方法原理是對裝有兩個燃燒器以上的鍋爐，使部分燃燒器供應較多的空氣（呈貧燃料區(qū)），即燃料過淡燃燒；部分燃燒器供應較少的空氣（呈富燃料區(qū)），即燃料過濃燃燒。無論是過濃或者過淡燃燒，燃燒時α都不等于1，前者α﹥1，后者α﹤1，故又稱非化學當量比燃燒或偏差燃燒。
對NOX生成特性的研究表明，NOX的生成量和一次風煤比有關，一次風煤比在3~4kg/kg煤時，NOX生成量最高；偏離該值，不管是煤粉濃度高還是低，NOX的排放量均下降。因此如果把煤粉流分離成兩股含煤粉量不同的氣流，即含煤粉量多的濃氣流C1和含煤粉量少的淡氣流C2，分別送入爐內(nèi)燃燒，對于整個燃燒器，其NOX生成量的加權平均值與燃用單股C0濃度煤粉流相比，生成的NOX要低。
四 燃煤電廠降低NOx排放的燃燒技術
研究表明，氮氧化物的生成途徑有三種：（1）熱力型NOx，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成NOx；（2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生成NOx；（3）快速型NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH 等反應生成NOx。在這三種形式中，快速型NOx 所占比 例不到5％；在溫度低于1300℃時，幾乎沒有熱力型NOx。對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx 主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。控制NOx 排放的技術指標可分為一次措施和二次措施兩類，一次措施是通過各種技術手段降低燃燒過程中的NOx 生成量（前面已經(jīng)敘述）；二次措施是將已經(jīng)生成的NOx通過技術手段從煙氣中脫除。
4.1.1 爐膛噴射法
實質(zhì)是向爐膛噴射還原性物質(zhì)，可在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx 的排放量。包括噴水法、二次燃燒法（噴二次燃料即前述燃料分級燃燒）、噴氨法等。
噴氨法亦稱選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素，將NOx 還原為N2 和H2O。還原劑噴入鍋爐折焰角上方水平煙道（900℃～1000℃），在NH3/NOx 摩爾比2～3 情況下，脫硝效率30％～50％。在950℃左右溫度范圍內(nèi)，反應式為：
4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O 當溫度過高時，會發(fā)生如下的副反應，又會生成NO： 4NH3+5O2→4NO+6H2O 當溫度過低時，又會減慢反應速度，所以溫度的控制是至關重要的。該工藝不需催化劑，但脫硝效率低，高溫噴射對鍋爐受熱面安全有一定影響。存在的問題是由于溫度隨鍋爐負荷和運行周期而變化及鍋爐中NOx 濃度的不規(guī)則性，使該工藝應用時變得 較復雜。在同等脫硝率的情況下，該工藝的NH3 耗量要高于SCR 工藝，從而使NH3 的逃逸量增加。
4.1.2 煙氣處理法
煙氣脫硝技術有氣相反應法、液體吸收法、吸附法、液膜法、微生物法等幾類。
在眾多煙氣處理技術中，液體吸收法的脫硝效率低，凈化效果差；吸附法雖然脫硝效率高，但吸附量小，設備過于龐大，再生頻繁，應用也不廣泛；液膜法和微生物法是兩個新型技術，還有待發(fā)展；脈沖電暈法可以同時脫硫脫硝，但如何實現(xiàn)高壓脈沖電源的大功率、窄脈沖、長壽命等問題還需要解決；電子束法技術能耗高，并且有待實際工
程應用檢驗；SNCR 法氨的逃逸率高，影響鍋爐運行的穩(wěn)定性和安全性等問題；目前脫硝效率高，最為成熟的技術是SCR 技術。表1所示為煙氣脫硝技術比較。
4.2 SCR 法技術特點
在眾多的脫硝技術中，選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術。1975 年在日本Shimoneski 電廠建立了第一個SCR 系統(tǒng)的示范工程，其后SCR技術在日本得到了廣泛應用。在歐洲已有120 多臺大型裝臵的成功應用經(jīng)驗，其NOx 的脫除率可達到80~90%。日本大約有170 套裝臵，接近100GW 容量的電廠安裝了這種設備。美國政府也將SCR 技術作為主要的電廠控制NOx 技術。SCR 方法已成為目前國內(nèi)外電站脫硝比較成熟的主流技術。
4.2.1 原理及流程
SCR 技術是還原劑（NH3、尿素）在催化劑作用下，選擇性地與NOx 反應生成N2和H2O，而不是被O2 所氧化，故稱為“選擇性”。主要反應如下：
4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O 4NH3+2NO2＋O2→6N2+6H2O SCR 系統(tǒng)包括催化劑反應室、氨儲運系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關的測試控制系統(tǒng)。SCR工藝的核心裝臵是脫硝反應器，有水平和垂直氣流兩種布臵方式，如圖1 所示。在燃煤鍋爐中，煙氣中的含塵量很高，一般采用垂直氣流方式。
4.2.2 主要影響因素
在 SCR 系統(tǒng)設計中，最重要的運行參數(shù)是煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO3濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃逸等。煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數(shù)，催化反應只能在一定的溫度范圍內(nèi)進行，同時存在催化的最佳溫度，這是每種催化劑特有的性質(zhì)，因此煙氣溫度直接影響反應的進程；而煙氣流速直接影響 NH3 與 NOx 的混合程度，需要設計合理的流速以保證 NH3 與 NOx 充分混合使反應充分進行；同時反應需要氧氣的參與，當氧濃度增加催化劑性能提高直到達到漸近值，但氧濃度不能過高，一般控制在 2%～3％；氨逃逸是影響 SCR 系統(tǒng)運行的另一個重要參數(shù)，實際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被噴射進入系統(tǒng)，反應后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸，NOx 脫除效率隨著氨逃逸量的增加而增加，在某一個氨逃逸量后達到一個漸進值；另外水蒸氣濃度的增加使催化劑性能下降，催化劑鈍化失效也不利于 SCR 系統(tǒng)的正常運行，必須加以有效控制。
4.2.3 催化劑的選擇
SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑，當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成；蜂窩式催 化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑是丹麥HALDOR TOPSOE A/S 公司研發(fā)的催化劑，外形如起伏的波紋，從而形成小孔。加工工藝是先制作玻璃纖維加固的TiO2 基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均勻吸附在基板上。各種催化劑活性成分均為WO3 和V2O5。表2 為各種催化劑性能比較。4.2.4 還原劑的選擇
對于SCR 工藝，選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應溫度后與水反應生成氨氣；氨水法，是將25％的含氨水溶液通過加熱裝臵使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發(fā)器中加熱成氨氣，然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為5％的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。表3 為不同還原劑的性能比較。4.2.5 選型性還原脫硝技術
選擇性還原脫硝技術包括選擇性非催化還原（SNCR）法、選擇性催化還原（SCR）法和SNCR/ SCR 混合法。在這些方法中SNCR 的主要優(yōu)點是投資及運行費用低，缺點是對溫度依賴性強，脫硝率只有30%~50%，氨的逃逸量大。實際工程中應用最多的是SCR 法。SNCR/ SCR 混合法是種有前景的煙氣脫硝技術，但牽涉的系統(tǒng)更多，對技術的要求更高。
五 火電廠脫氮的技術定位原則
為滿足環(huán)境的要求，對于煙氣脫氮確定了以下的技術定位原則：
（1）立足于SCR 煙氣脫硝技術。作為目前最成熟、效率最高的脫硝技術，應盡快技術引進、消化吸收；
（2）在全面掌握SCR 技術的基礎上，以SNCR 技術作為技術突破口和再增長點，使SNCR/SCR法或SCR與其他低NOx燃燒技術混合法作為下階段的技術發(fā)展方向。最佳脫硝技術的選擇取決于現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)（常規(guī)的或低NOx）、燃料、爐膛結構、鍋爐布臵、實際和目標NOx 水平和其他因素；
（3）研究并開發(fā)適合我國國情的催化劑。針對我國高灰、高重金屬的煤燃料，開發(fā)出自主知識產(chǎn)權的催化劑和低溫運行的催化劑。據(jù)悉，國內(nèi)一些研究機構一直致力于催化劑的研究，利 用我國蘊量豐富的稀土資源來生產(chǎn)SCR 催化劑，提高了SCR催化劑的活性，降低了生產(chǎn)成本。我們可以組合國內(nèi)資源，利用已有的研究成果，盡快把它商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化；
（4）煙氣脫硝的流場分析和理論研究。SCR 法關鍵是催化劑的選擇和煙氣流場優(yōu)化；SNCR 法關鍵是爐膛內(nèi)溫度場的研究。可利用CFD 數(shù)學模擬和實體物理模型來系統(tǒng)研究溫度場和流場；
（5）建立示范工程進行現(xiàn)場研究。采用與國外技術方和國內(nèi)其他相關部門聯(lián)合先在商業(yè)鍋爐上進行脫硝示范點建設，在裝臵運行過程中，進行性能試驗和數(shù)據(jù)收集。
六 總結
不同的燃煤鍋爐，由于其燃燒方式、煤種特性、鍋爐容量以及其他具體條件的不同，在選用不同的低NOX燃燒技術時，必須根據(jù)具體的條件進行技術經(jīng)濟比較，使所選用的低NOX燃燒和鍋爐的具體設計和運行條件相適應。不僅要考慮鍋爐降低NOX的效果，而且還要考慮在采用低NOX燃燒技術以后，對火焰的穩(wěn)定性、燃燒效率、過熱蒸汽溫度的控制、受熱面的結渣和腐蝕等可能帶來的影響。對不同低NOX燃燒技術可根據(jù)實際情況家和使用，以降低NOX的排放量。同時，根據(jù)自己電廠的特點選擇適當?shù)臒煔饷摰夹g，滿足環(huán)保需求
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