第九章 固定源氮氧化物污染控制
第一节 氮氧化物性质及来源
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。我们通常所说的氮氧化物主要包括：N2O,NO,N2O3,NO2,N2O4和N2O5,大气中NOX主要以NO，NO2形式存在，但最近研究发现N2O不仅对全球气候变暖有显著影响，而且也参与对臭氧层的破坏。N2O又称笑气，是一种具有麻醉特征的惰性气体，它在环境大气中的含量非常少，显著低于对生物产生影响的限值。
大气中氮氧化物的来源主要有两方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生；另一方面是化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产和金属表面硝酸处理等。
第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理
一、热力型氮氧化物形成的热力学 1.一氧化氮生成量与温度的关系 2.一氧化氮与二氧化氮之间的转化
3.烟气冷却对一氧化氮和二氧化氮平衡的影响
二、热力型氮氧化物形成的动力学—泽利多维奇模型 三、瞬时一氧化氮的形成 四、燃料型氮氧化物的形成
第三节 低氮氧化物燃烧技术
一、传统的低氮氧化物燃烧技术
早期开发的低氮氧化物燃烧技术不要求对燃烧系统作大的改动，只是对燃烧装置的运行方式或部分运行方式作调整或改进。因此简单易行，可方便的用于现存装置，但一氧化氮的降低幅度有限。这类技术包括低氧燃烧、烟气循环燃烧、分段燃烧、浓淡燃烧技术等。
1.低空气过剩系数运行技术
氮氧化物排放量随着炉内空气量的增加而增加，为了降低氮氧化物的排放量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行。采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低氮氧化物的排放，而且减少了锅炉排烟热损失，可提高锅炉热效率。
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2.降低助燃空气预热温度
实践表明，这一措施不宜用于燃煤、燃油锅炉，对于燃气锅炉，则有降低氮氧化物排放的明显效果。
3.烟气循环燃烧
烟气循环燃烧法采用燃烧产生的部分烟气冷却后，在循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少一氧化氮生成量的目的。烟气循环燃烧法主要减少热力型一氧化氮的生成量，对燃料型一氧化氮和瞬时一氧化氮的减少作用甚微。
4.两段燃烧技术
在两段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量下燃烧；通常空气总需要量的85～95％与燃料一起供到燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，使第一阶段燃烧的烟气温度较低，此时氧量不足，氮氧化物生成量很小。在燃烧装置的尾端，通过第二次空气，使第一阶段剩余的不完全燃烧产物一氧化碳和碳氢化合物完全燃尽。这时虽然氧过剩，但由于烟气温度仍然较低，动力学上限制了氮氧化物的形成。 二、先进的低氮氧化物燃烧器技术
1.炉膛内整体空气分级的低氮氧化物直流燃烧器
与传统燃烧器的区别在于设置了一层或两层所谓的燃尽风喷口，一部分助燃空气通过这些喷口进入炉膛。
这类燃烧要求：
i. 合理的确定燃尽风喷口与最上层煤粉喷口的距离。距离大，分级效果好，
一氧化氮生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会加大。 ii. 燃尽风量要适当。
iii. 燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。 2.空气分级的低氮氧化物漩流燃烧器
这种燃烧器的出口助燃空气便逐渐混入煤粉—空气射流。该燃烧器的技术关键是准确控制燃烧器区域燃料与助燃空气的混合过程，以便能有效的同时控制燃料型氮氧化物和热力型氮氧化物的生成。同时又要有较高的燃烧效率。 3.空气/燃料分级低氮氧化物燃烧器
主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可在一次火焰区的下游形成低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的氮氧化物会部分的被还原为氮气。
这种燃烧器的成功与否取决于： i. 一次火焰的扩散度
ii. 二次火焰区的空气/燃料比例
iii. 燃烧产物在二次火焰区的停留时间 iv. 还原燃料的还原活性
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第四节 烟气脱硝技术
一、选择性催化还原法(SCR)脱硝
SCR过程是以氨作还原剂，通常在空气预热器的上游注入含氮氧化物的烟气。此处烟气温度约290～400℃，是还原反应的最佳温度。在含有催化剂的反应器内氮氧化物被还原为氮气和水，催化剂的活性材料通常由贵金属、碱性金属氧化物和/或沸石等组成。
温度对还原效率有显著影响，提高温度能改进氮氧化物的还原，但当温度进一步提高，氧化反应变得越来越快，从而导致氮氧化物的产生。 二、选择性非催化还原法（SNCR）脱硝
此工艺中，尿素或氨基化合物作为还原剂将氮氧化物还原为氮气。 三、吸收法净化烟气中的氮氧化物
氮氧化物能够被水、氢氧化物和碳酸盐溶液、硫酸、有机溶液等吸收。 四、吸附法净化烟气中的氮氧化物
吸附法既能比较彻底的消除氮氧化物的污染，又能将氮氧化物回收利用。常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤等。
活性炭具有吸附速率快和吸附容量大等优点。但是，活性炭的再生事个大问题。此外，由于大多数烟气中有氧存在，对于活性炭材料防止着火或爆炸也是一个问题。
氧化锰和碱化的氧化亚铁表现出技术上的潜力，但吸附剂的磨损是主要的技术障碍。
最近，正在开发氮氧化物和二氧化硫联合控制技术。
正在开发的电子束和脉冲等离子体脱硫脱硝技术也能达到较高的净化效率。
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