燃烧过程废气的综合治理

燃烧过程的污染源，主要有固定源锅炉和活动源机动车辆。

（一）锅炉废气的综合治理

锅炉排放的烟气中，主要污染物为SO2、NOx、烟尘、CO2等。

1.低NOx燃烧技术

可采用节4-3-2所述各种方法，在燃烧过程中控制NOx的形成。

2.SNOX联合脱硫脱硝技术

由丹麦HaldorTopsor公司开发的SNOX(SulfurandNOxabatement)联合脱硫脱硝技术，是将SO2氧化为SO3后制成硫酸回收，并用选择性催化还原法SCR去除NOx。此工艺可脱除95％的SO2、90％的NOx和几乎所有颗粒物，除需要用氨还原NOx外，不消耗任何其他化学品，还不产生废水、废物等二次污染物，同时还能回收硫酸，并利用余热提高锅炉效率。

300MW燃煤电厂的SNOX工艺流程如图4－35所示，净化装置在空气预热器之后。烟气流程为：烟气经空气预热器和冷却器降温至200℃后进入袋式除尘器，使含尘量降至小于10mg/m3。接着，烟气在换热器中被SO2转化器来的高温烟气加热至380℃后，进入SCR反应器，氨的选择性催化反应将脱去90％的NOx。然后，烟气在加热器中被燃料气或过热蒸汽提供的热能加热至420℃后，进入SO2转化器，使其中95％～96％的SO2氧化成SO3。最后烟气被冷却至255℃进入空冷式降膜冷凝器（WSA），再用空气冷至90～100℃，则烟气中的SO3水合物冷凝成浓度为95％硫酸回收。SNOX装置回收热能有：排烟温度低于普通锅炉，SCR催化还原反应放热及生成硫酸凝时结放热。

 

3.DESONOX联合脱硫脱硝技术

由德国Degussa等公司共同开发的DESONOX联合脱硫脱硝工艺，除了将烟气中的SO2转化为SO3后制成硫酸，以及用SCR除去NOx外，还能将CO及未燃烧的烃类物质氧化为CO2和水。该净化装置位于电除尘器后。160℃的烟气进入燃用天然气的燃烧器，烟气加热至反应温度（400～460℃）后进入DESONOX反应器，在反应器的第一段，NOx被还原，在反应器的第二段，SO2、CO和烃类物质被氧化。然后，富含SO3的烟气在冷凝器中冷却并与水反应生成硫酸凝结，进入洗涤器用循环硫酸吸收未反应的SO3，可使30％的硫酸浓缩到95％。此工艺脱硫脱硝效率高，没有二次污染，技术简单，投资及运行费用低，适用于老厂的改造。

4.活性炭联合脱硫脱硝技术

反应器为两段移动床。除尘冷却后，温度为90～150℃的烟气进入第一段活性炭床层（上段），SO2被催化氧化，与水反应生成H2SO4，被活性炭吸附，脱除90％的SO2。在两段之间喷入氨，和烟气混合后进入第二段（下段），NOx被催化还原，同时进一步脱除SO2。载有H2SO4的活性炭，由反应器底部送入脱附器，加热至温度400～450℃时，吸附在活性炭上的H2SO4放出SO3，可进一步加工成硫。脱附后的活性炭被空气冷却，筛除细粉后循环使用。该工艺可脱除98％的SO2和80％的NOx。

以上介绍的各种脱硫脱硝工艺均已有商业应用。

5.锅炉除尘

锅炉燃烧烟气中的粉尘含量高，但只要选用合适的除尘器，就能使烟尘排放符合环境标准要求。各种除尘器的除尘效率为：旋风除尘器近90％，湿式除尘器95％～99％，袋式除尘器和电除尘器均可大于99.8％，其工作原理和性能结构在节§4-1已作过详细介绍。我国工业锅炉大多数使用各种机械式除尘器，少数使用湿式除尘器；电站锅炉大部分使用电除尘器和袋式除尘器，少部分使用湿式除尘器。随着对烟尘排放浓度的限制越来越严格，除尘器的采用趋于向高效除尘器变化。在许多发达国家，电除尘器、袋式除尘器的比例很大，其余除尘器比例很小或作为多级除尘的一级除尘设备。

（二）机动车尾气的综合治理

汽车及其他机动车排放的污染物与燃料性质和燃烧方式有关。对于预混燃烧的点燃式汽油发动机主要是NOx、CO和碳氢化合物HC，而采用扩散燃烧的压燃式柴油发动机还会产生碳烟及颗粒物等。NOx是高温燃烧时的热力型，CO、HC和碳烟则是因燃烧不完全所产生。

影响污染物产生的最重要因素是燃烧时的燃空当量比φ(实际油气比/理论油气比)，汽油内燃机中NO，CO和HC的浓度与φ的变化关系如图4－36所示。发动机在接近理论空燃比或略富燃料条件下，才能保证平稳可靠。虽然污染物随着混气变贫而减少，但当空燃比约大于17时，过贫的混气就不易着火，影响发动机的稳定工作，并使大量燃料未经排放，则未燃HC急剧增大。在富燃料条件下，由于缺氧，NO减少而CO和HC增加。一般，巡航状态下采用较贫混气燃烧，则NO适中，HC和CO较少；冷发动机起动时，因系统温度低必须增加供油量，处于富燃状态，致使CO和HC浓度增大；发动机达到最大功率时在理论空燃比下工作，此时NO浓度有最大值。可见，机动车尾气的排放控制十分复杂和困难，主要是通过控制燃烧、改进发动机和尾气净化等技术来解决。

1.分层燃烧

分层燃烧的实质是采用上述的浓淡燃烧原理，其基本结构有图4-37所示的直接喷射（如德士古公司TCP系统，福特公司PROCO系统）和副燃烧室（如本田公司CVCC系统，大众公司PCI系统）两种型式。图4-37(a)是依靠进气涡流或采用机械方式，使进入气缸内的混合气实现浓度的依次分层；图4-37(b)则是设置预燃室达到分层进气目的。在燃烧室内，空燃比为12～13.5易于点燃的浓混合气聚积在火花塞周围，以确保可靠的着火条件，而其余大部分区域充满稀混合气，使总的平均空燃比保持在18以上。汽油机工作时，火花塞首先点燃浓混合气，然后利用燃烧后产生的高温、高压和气流运动，使火焰迅即向稀混合气区域传播和扩散，从而保证稳定的燃烧。

由于采取缺氧的过浓燃烧和大空气量的过稀燃烧，分层燃烧降低了燃烧温度，使得NOx降低。贫燃区域氧量充分、混合良好，使得CO减少，HC的排放被抑制。为了进一步降低污染物的排放，分层燃烧系统通常与废气再循环和尾气净化装置配合使用。