美国燃气工业锅炉NOx最佳可行控制技术

NOx排放的控制可通过抑制热力型和燃料型NOx来实现。当燃料为天然气时，由于天然气N含量较低，热力型NOx是唯一可以在实际中被控制的组分。燃烧修正技术通过降低火焰的高温来实现，对降低热力型NOx是最为有效的。当使用预热式燃烧气时，通过向燃烧区喷入水或蒸汽（Water Injection、Steam Injection），将一部分烟气引回至燃烧区（FGR），可以降低预热空气温度。但由于南加州非常严格的NOx排放标准，WI/SI在小型燃气锅炉的应用十分有限。虽然这项技术对于降低热力型NOx非常有效，但是由于对燃烧效率的降低、安全以及燃烧器的控制问题导致其不能被广泛应用。另一方面，FGR有较大的应用基础，既可以单独使用又可以和低氮燃烧器（LNB）联合使用。在实际操作上，很多燃气工业锅炉的LNB设计都是与FGR一起的。很多燃气工业锅炉业主认为LNB控制可行。  

热力型NOx还可以通过最小化过剩氧量、延迟燃料和空气的混合、将锅炉燃烧容量降至某一程度。第一种技术通常是指氧削减（OT）或低过量空气（LEA），可以通过优化燃烧器的操作达到最小的过剩空气量使得不增加过量的热力型NOx排放。较低的氧浓度对于NOx的影响可能在一定程度上增加热力型NOx，这是由于较小的烟气体积造成的较高温度尖峰。OT和LEA一般对于组装型水管和火管锅炉是不适用的，由于火焰长度和CO浓度较高可能导致背墙火焰爆震。第二种技术通过分级供应输入燃烧区的燃烧空气量来降低火焰温度和氧含量。分级燃烧空气可以通过多种方法实现。对于多燃烧器锅炉，最为实用的方法是让某些燃烧器停用（BOOS）或者将燃料流量偏重于选定的燃烧以达到类似于空气分级的效果。第三种技术通过降低锅炉的热功率以降低炉膛内的尖峰温度，该方法由于涉及降低蒸汽产量而不常使用，仅在某些场合使用。  

另一种燃烧修正技术为燃料分级，区别于燃烧空气分级。将总燃料量的一部分喷入主燃烧区下游，再燃燃料产生的碳氢基团将还原一次燃料产生的NOx。这项再燃技术当使用天然气为再燃燃料时有较好的效果。  

南海岸空气质量管理区的BACT指南中根据锅炉的不同功率及用途来设定污染物排放许可，且指南中对于燃料有所限定，要求使用清洁能源。在此背景下，新、改、扩建锅炉多为燃气锅炉，主要是天然气，还有一些液化石油气和丙烷气体，因此BACT指南主要针对NOx排放控制。根据指南中作为主要污染源的22家企业，24台锅炉的排放许可情况（见表4-1）来看，对于6MW及以下的锅炉，一般采用低氮燃料器结合燃烧工艺优化或烟气循环来控制NOx的产生，排放水平可控制在12ppmvb@3%O2（约为24mg/m3）。对于大于6MW且小于等于15MW的燃气锅炉，除上述措施外，可考虑SCR烟气脱硝，排放水平控制在7~9ppmvb@3%O2（约为14-18mg/m3）。大于15MW的燃气锅炉，在上述措施的基础上需进行SCR脱硝，排放水平控制在5~9ppmvb@3%O2（约为10-18mg/m3）。  

表4-1 南海岸空气质量管理区采用BACT的锅炉NOx排放水平（主要污染源）

由表4-1可以看出：加州对燃气锅炉NOx排放控制很严，采用SCR技术排放水平是7-9ppm（约为14-18mg/m3），采用超低氮燃烧技术排放水平是5-12ppm（约为10-24mg/m3）。燃气锅炉低氮燃烧技术已经在美国广泛应用超过二十年，美国国家环保局和地方环保局早已将此技术列为对燃气锅炉氮氧化物排放控制的最佳实用技术，对未安装此技术的燃气锅炉，将不颁发给锅炉使用者大气排放许可证。目前全美国广泛使用的为30ppm（约为60mg/m3）低氮燃烧器，加州则作为全美国的试点于今年开始推广9ppm（约为18mg/m3）的超低氮燃烧器，该技术不需要加装烟气净化设备，仅通过控制燃烧温度使氮氧化物生成量明显降低，对有效削减燃气锅炉NOx排放发挥了重要作用。  

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