炭黑行业尾气锅炉废气低氮脱硝技术研究浅谈

王军晓，陈平平，王伟兴，吴美红，朱永宁 ( 苏州宝化炭黑有限公司 研发中心，江苏 苏州 215151)

随着我国工业经济的快速发展，同时也产生 了大量的氮氧化物。由于大气中的氮氧化物破坏 臭氧层，造成酸雨，污染环境。氮氧化物的控制逐 渐成为最近几年我国大气污染控制领域当下最紧 迫工作，国家、地方陆续出台系列氮氧化物 (NOX) 的高要求排放量指标，所以，研究脱硝的技术及控 制氮氧化物的技术刻不容缓。

研究表明，炭黑尾气燃烧过程中生成氮氧化 物的形成机理有 3 种类型：一是温度热力型 NO; 二是碳氢燃料快速型 NO;三是含 N 组分燃料型 NO。国内外燃煤 NOx 控制技术，可以分为低 NOx 燃烧技术和烟气 NOx 净化技术两大类。国内外包 括加拿大能源技术研究中心、浙江大学、华中科技 大学展开相关的实验理论研究，主要是在实验室 展开利用热重分析仪、管式炉、烟气测定仪等相关 实验室设备展开NOx的生成及还原机理，但是NOx 详细的还原机理控制技术仍在进一步研究。由于 炭黑尾气成分复杂及NOx生成机理尚未研究清楚， 难以在实验室进行相关的理论研究，借鉴相关文 献与炭黑行业尾气特点，主要展开如何降低热力 型NOx的生成技术研究，提出将循环烟气(主要是 CO2)代替空气作为介质参与燃烧的稀释燃烧原 理，降低局部燃烧温度高的情况，保证燃烧温度场 的均匀分布，从而抑制氮氧化物的生成。由于现 有实验研究手段条件有限，无法在实验室进行相关 的验证工作。为将这理论在现场得到切实可行的论 证，考察其对生产稳定、安全运行的效果，通过工 艺流程的计算、相关设备参数的选型等工作对公司 低压发电锅炉展开降低氮氧化物含量工程化试验。 下面浅谈我们在这方面做的点滴工作，以便为炭黑 行业环保脱硝治理工作贡献微薄力量。

1  开发炭黑尾气中氮氧化物前驱物 HCN 的检测方法并对其进行测定

目前国内对炭黑尾气的研究较少，一般认为 尾气中含有可燃成分CO、H2、甲烷、不饱和烃等， 通过燃烧产生蒸汽进行发电从而达到尾气综合利 用的效果，但是燃烧后废气产生一定的氮氧化物。 由于炭黑尾气中含氮前驱体的含量未知，因此比 较了十多种测试方法，来研究检测炭黑尾气中 HCN 的含量，最后选用分析过程简单、所用试剂 种类少且无毒的硝酸银滴定法对炭黑尾气中的氰 化氢含量进行测试，基本原理如下：用氢氧化钾 溶液吸收炭黑尾气中的氰化氢，加醋酸镉溶液除 去吸收液中的硫化氢，在碱性条件下(PH>11)，用 硝酸银标准溶液滴定，氰离子与银离子作用生成 可溶性的银氰络合离子 [Ag(CN)]- ，过量的银离子 与试银灵指示剂反应，溶液由黄色变为橙红色即 为终点。经测定炭黑尾气中氰化氢含量为 1350- 3780mg/m3 ，对氮氧化物的生成有较大的影响。

2 烟气再循环系统未使用与使用对废气中 氮氧化物含量的变化

从表中的数据我们可以看出，锅炉内氧气含量控制在 1.7-2.0% 的条件下，烟气循环风机不开 启，余热锅炉蒸发量为40t/h-49t/h的情况下，尾气 在锅炉燃烧完成后，锅炉出口的燃烧后废气中NOx 含量大致在480-693mg/Nm3 ，范围内波动。基于稀 释燃烧理论，把锅炉燃烧的后部分废气经过循环 风机重新进入锅炉进行二次燃烧,燃烧后废气中 NOx含量大致在440-200mg/Nm3 。脱硝率效果比较 明显。

　　3  在 35-40t/h 低负荷情况循环风机开与 不开对氮氧化物含量的影响：

从表中的数据我们可以看出，当锅炉蒸发量 35-40t/h，锅炉内氧气含量控制在1.7-2.0%的条件 下，氮氧化物的脱硝率大致在12-17%左右，氮氧化 物含量变化不大。这可能与燃烧的整体温度有关。

　　4  40t/h 以上负荷下循环风机开与不开对 氮氧化物含量的影响

从表中数据分析，当循环风机开启时，是能够 降低锅炉下级空气预热器出口的氮氧化物含量， 最低能够将氮氧化物含量降低至260-380mg/Nm3; 并且氮氧化物的脱硝率大致在25-40%左右，而且 锅炉工艺参数条件符合时，能够将烟气氮氧化物 的脱硝率达到 45% 甚至 50% 左右。结果表明，燃烧温度较高的情况下，基于稀释理论降低氮氧化 物含量比较明显。

5  控制氧含量相同情况下，不同烟气再循 环风机的阀位对氮氧化物含量的影响情况

从图中可以看出烟气循环风机阀门开度在 15%以下时，此时对烟气氮氧化物含量的降低效果 不明显。这可能与 CO2稀释浓度不高有关。

6  不同燃尽风含量对氮氧化物含量影响情况

在保持锅炉负荷，再循环风机不开启的情况 下，不同的燃尽风阀位对 NOx 的含量的变化并不 明显。这里的原因需要进一步研究探讨。

7  结  论

循环风机投运后，在不同的锅炉蒸发量情况 下，脱硝率不完全相同，其结论如下：

1、在 35-40t/h 锅炉蒸发量的情况下，在相同 的氧含量控制条件下，脱硝率为 15-20%;

2、在 40-45t/h 锅炉蒸发量的情况下，在相同 的氧量的控制条件下，脱硝率为 25-40%，甚至接 近50%左右;氮氧化物能降低为260-380mg/Nm3。

3. 循环风机的阀门开度20%时，NOx的脱硝效率比较高，可达35%左右，随着阀门的开大，对锅 炉正常运行有较大影响。

4、循环风机开度在 15% 以下，降低氮氧化物 效果不明显。

5、摸索燃尽风对氮氧化物降低的影响情况： 发现不同的燃尽风风量对氮氧化物的降低效果不 明显。

致谢：本文的研究得到苏州宝化炭黑有限公 司研发中心同仁及其他员工的支持，在此真诚感 谢他们无私的付出。

　　参考文献

毛玉如. 循环流化床富氧燃烧技术的试验和理论研究. 浙江大学博士学位论文，2003