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1、燃油、燃气锅炉烟气脱硝方案研究报告长沙奥邦环保实业有限公司二零一二年十月燃油、燃气锅炉烟气脱硝技术研究1 国内外脱氮技术介绍目前脱氮技术有两种，一是低氮燃烧技术，在燃烧过程中控制NOx的产生分为低氮燃烧器技术、空气分级燃烧技术、燃料分段燃烧技术；工艺相对简单、经济，但不能满足较高的NOx排放标准。另一种是烟气脱硝技术，使NOx在形成后被净化，主要有选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、电子束法等；排放标准严格时，必须采用烟气脱硝。11低氮燃烧技术由氮氧化物（NOx）形成原因可知对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和
2、空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放量的目的。对低NOx燃烧技术的要求是，在降低NOx的同时，使锅炉燃烧稳定，且飞灰含碳量不能超标。1.1.1 燃烧优化燃烧优化是通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉(煤粉)比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。煤种不同，燃烧所需的理论空气量亦不同。因此，在运行调整中，必须根据煤种的变化，随时进行燃烧配风调整，控制一次风粉比不超过1.8:1。调整各燃烧器的配风，保证各燃烧器下粉的均匀性，其偏差不大于5% 10%。二次风的配给须与各燃烧器的燃料
3、量相匹配，对停运的燃烧器，在不烧火嘴的情况下，尽量关小该燃烧器的各次配风，使燃料处于低氧燃烧，以降低NOx的生成量。1.1.2空气分级燃烧技术空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量(一次风)，提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。该技术主要是通过减少燃烧高温区域的空气量，以降低NOx的生成技术。它的关键是风的分配，一般情况下，一
4、次风占总风量的2535%。对于部分锅炉，风量分配不当，会增加锅炉的燃烧损失，同时造成受热面的结渣腐蚀。因此，该技术较多应用于新锅炉的设计及燃烧器的改造中。1.1.3 燃料分级燃烧技术该技术是将锅炉的燃烧分为两个区域进行，将85%左右的燃料送入第一级燃烧区进行富氧燃烧，生成大量的NOx，在第二级燃烧区送入15%的燃料，进行缺氧燃烧，将第一区生成的NOx进行还原，同时抑制NOx的生成，可降低NOx的排放量。1.1.4 烟气再循环技术该技术是将锅炉尾部的低温烟气直接送入炉膛或与一次风、二次风混合后送入炉内，降低了燃烧区域的温度，同时降低了燃烧区域的氧的浓度，所以降低了NOx的生成量。该技术的关键是烟
5、气再循环率的选择和煤种的变化1.1.5技术局限这些低NOx燃烧技术设法建立空气过量系数小于的富燃区或控制燃烧温度，抑制NOx的生成，在燃用烟煤、褐煤时可以达到国家的排放标准，但是在燃用低挥发分的无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远远不能达到国家的排放标准。需要结合烟气净化技术来进一步控制氮氧化物（NOx）排放。低氮燃烧器技术：主要通过降低火焰温度和氧含量减少NOx产生，可降低NOx生成量3060。1.2烟气脱硝技术在排放要求较高时，需采用烟气净化技术。目前应用较广的烟气脱硝技术有：选择性催化还原(SCR)法、选择性非催化还原(SNCR)法、同时脱硫脱硝(如电子束法、活性焦还原法)等。几种常用烟气脱硝技
6、术的比较如下：1.2.1选择性催化还原(SCR)技术SCR脱硝技术是在催化剂作用下，用选择性还原剂(氨或尿素)将NOx还原为无害的氮气和水蒸气，是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，NOx脱除效率8090。但投资和运行成本较高。SCR技术在德国、Et本、奥地利、丹麦、美国等国应用广泛，奥地利AEE、鲁奇、日立、三菱、巴布考克等国外脱氮公司拥有较好的SCR业绩。AEE公司于2001年投运的丹麦某电厂325MW机组脱氮效率达到95。国内已经投运的SCR工程目前仅福建后石电厂600MW机组，由台塑美国公司独资兴建。1.2.2选择性非催化还原(SNCR)选择性非催化还原脱硝技术是在锅炉上烟
7、温8501050C处将还原剂(氨或尿素)均匀喷入炉膛内，生成无害的氮气和水蒸气。SNCR工艺不需催化荆，但需要较离反应温度；反应系统简单、投资较省、运行成本低；脱氨效率一般仅有2040，应用较少。1.2.3电子束法脱硫脱硝电子束法用高能电子加速器发射电子束激发烟气，产生的多种自由基在常温下将S02、NO等氧化为高价氧化物，与注入烟道的氨气反应，生成硫酸铵和硝酸镀等。优点是同时脱硫脱硝去除率高；系统简单，建设费用是同等规模FGD的70-80；不使用催化剂；副产物是出路较好的化肥。缺点是耗电量大，运行费用高；目前的电子辐射装置还不适用于大机组系统。成都热电厂采用日本荏原公司电子束法脱硫脱硝，处理烟
8、气量30万Nm3h。1.2.4活性焦吸附法脱硫脱硝烟气中的S02通过活性焦碳微孔的吸附催化作用生成硫酸，再热时生成浓度很高的s02气体，根据需要转化成硫磺、液态S02等产品，烟气中的NOx在加氨条件下经活性焦催化还原，生成水和氮气。脱硫效率几乎达100，脱硝率在80以上，反应在100200低温进行，不需烟气升温装置；不存在吸附剂中毒；建设费用与电子柬法相当，运行费用约是电子柬法一半。活性焦吸附法是西德BF(BergbauForschung)公司在1967年开发，日本的三井矿山(株)公司改进后于1984年10月建立处理能力3万Nrash一1的工业试验装置，经过改进和调整达到长期稳定连续运转，脱硫
9、率JL乎100，脱氩率在80以上。2.脱硝技术现状：21 SCR脱硝技术2.1.1概念国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，是在催化剂的作用下，用还原剂(氨或尿素)与烟气中的氨氧化物反应，将NOx还原生为无害的氮气和水蒸气。根据催化剂种类不同，反应温度范围150550C，燃煤电厂SCR催化剂温度一般为350。C左右。按反应器布置方式不同，分为高含尘SCR工艺和低含尘SCR工艺。2.1.2脱硝反应机理：SCR反应条件下的化学反应式为：4NH34NOO24N26H2O在适当催化剂的作用下，对NO2也有还原去除作用：4NH32NO2O23N26H2O 6NO2 + 8NH37N2+12H2O2
10、.1.3 SCR工艺流程SCR系统包括烟道、SCR反应器，催化剂，氨喷射系统，脱硝装置灰斗，吹灰及控制系统，脱硝剂存储、制备、供应系统，检修仪表和控制系统，电气系统等。其中，核心部分是SCR反应器。脱硝剂存储、制备、供应系统包括液氨储存、制各、供应系统包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氦蒸发槽、液氨泵、氨器缓冲槽、稀释风机、混合器、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氮罐内，用液氮泵将储槽中的液氨输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽控制一定的压力及流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送至脱硝系统。氮气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀
11、释槽中，经水的吸收排入废水池再经由废水泵送至废水处理厂处理。流程如图所示三维视图2.1.4技术特点SCR反应器布置在锅炉省煤器后，空气预热器之前。此时锅炉尾部烟气的温度足以满足催化剂运行温度，不需专门加温。催化剂容易堵塞。由于含尘量高，必须防止催化剂堵塞，通过使烟气均匀布置和布置吹灰装置可避免催化荆堵塞问题。反应过程中发生副反应，S02在催化剂作用下转化为S03，再与烟气中的残留氨反应形成硫酸氢铵对省煤器会造成腐蚀。低浓度残留氨有利于避免形成硫酸氢铵。投资较低，但在旧厂改造中，有时由于场地限制，不能使用高含尘量工艺流程。2.1.5 SCR三种布置的特点布置形式反应器位置特点高尘布置SCR反应器
12、设置在省煤器的下游和空气预热器和粉尘控制装置上游之间 烟气温度在催化剂反应的最佳范围， 烟气粉尘高， 烟气流速高，催化剂用量较大，催化剂采用宽节距79 mm，每层催化剂上部安装吹灰器，防堵塞， SCR反应器底部设灰斗 。低尘布置SCR反应器布置在高温型电除尘器ESP和空预器APH之间烟气中飞灰相对较少， 催化剂的节距为47mm，催化剂用量减少，烟气温度偏低，需使用省煤器旁路，对热效率有影响。 尾部布置SCR反应器布置在湿法脱硫装置（FGD）的下游 烟气温度低 、需用天然气燃烧加热，增加操作费用。最普通的SCR工艺 2 .1.5 SCR性能参数与工艺优化SCR工艺的性能参数有：NOx脱除率：一般
13、8090，可达到95；氢逃逸率：逃逸的氨进入灰中影响灰出售，氨逃逸率一般限制在l2ppm；S02s03转化率：一般应小于l，由于逃逸的氨与s03反应生成硫酸氢铵对省煤器等造成腐蚀。通过计算机流体动力学(CFD)模拟可优化烟气速度分布、烟气与氨的均匀分布、反应温度、NH3NOx比，以降低气流压损和氨逃逸率，优化SCR性能参数。针对不同工程的烟气成分和含尘量等关键参数。通过催化剂选型优化，降低系统阻力的同时延长催化剂使用寿命，防 止催化剂积灰；在系统数值模拟的基础上，优化设计烟道布置、导流板布置、喷氨均布装 置以及氨空气混合装置，提高系统反应效率，降低氨耗量。2.1.6脱硝还原剂制备2.1.6.1
14、尿素热解制氨技术 在SCR系统（选择性催化还原脱硝工艺）中，利用还原剂-氨气和NOx反应来达到脱硝的目的，目前成熟的还原剂制备工艺有液氨法、氨水法、尿素水解法、尿素热解法。 采用液氨法和氨水法制备还原剂具有工艺简单、能耗低、维护方便等特点，但液氨和氨水都是有毒物质，其运输和储存都属于重大危险源，具有较大的安全风险。使用液氨法作为还原剂时，在设计安全规范、运输线路许可、储存的安全评价及环评认证等支持性文件，并在相关管理部门进行危险化学品使用登记； 采用尿素制备还原剂时，从尿素的运输、储存及最终制成还原剂都非常安全，虽然工艺相对复杂、投资运行费用相对高，但能够确保氨来源的安全可靠。在较大城市、人口
15、密集、和靠近饮用水源的地方，越来越多的电厂脱硝系统开始倾向于选用安全的尿素作为还原剂。该技术已应用于100MW600MW机组脱硝装置，成功案例表明，该技术各项技术指标稳定可靠。 尿素热解制氨技术利用高温空气或烟气作为热源，将雾化的尿素水溶液迅速分解为氨气，低浓度的氨气作为还原剂进入烟道与烟气混合后进入SCR反应器，在催化剂的作用下将氮氧化物还原成无害的氮气和水。 尿素热解制氨系统一般包括尿素储备间、斗提机、尿素溶解罐和储罐、给料泵、尿素溶液循环传输装置、电加热器、计量分配装置、绝热分解室（内含喷射器）、控制装置等设备。袋装尿素颗粒储存于尿素储备间，由斗提机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成质量浓度40%60%的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。空预器提供的热一次风通过电加热装置（或直接采用空气加热，也可使用燃油、天然气、高温蒸汽等各种热源）加热到600左右进入绝热分解室。尿素溶液经由循环传输装置、计量分配装置、雾化喷嘴等以雾化状态进入绝热分解室内高温下分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物通过氨气喷射格栅喷入脱硝系统前端烟道。控制装置保证还原剂的供应量满足锅炉不同负荷与脱硝效率要求。2.1.6.2技术特点：
