火電廠脫氮技術(shù)

1、低 NOX煤粉燃燒技術(shù)概述摘 要：本文共分為四大部分： 從當(dāng)前火電廠脫氮的結(jié)設(shè)備 構(gòu)特點(diǎn)及組成，工作原理，燃燒方式，控制方法以及在火電廠中 的應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了淺顯的描述。 其中重要是對(duì)該設(shè)備的主 要原理和控制方法，控制性能及特點(diǎn)方面進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、燃燒方式、控制方法。Abstract: This paper is divided into four parts: from the current circulatingfluidized bed power plant characteristics of the structure and composition

2、 ， working principle ， and combustion of pulverized coal-fired boiler contrast ， the control method and the application of thermal power plants in areas such as prospects for the simple description. One important is the boiler control system for the main control methods to control aspects of perform

3、ance and features， and explainsKey words: current circulating、 bed power plant 、 combustion of pulverized、boiler control system.一 引言近年來能源利用造成的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重， 其中礦物燃料 的燃燒所排放出來的氮氧化物 (NOX) 己成為環(huán)境污染的一個(gè)重 要方面。 NOX 是N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和N2O5 的 總稱。我國能源以煤為主。 燃煤所產(chǎn)生的大氣污染物占污染物排放總量的比例較大，其中 NOX 占 67%1 。有關(guān)資料表明，電站 鍋爐的 NO

4、X 排放量占各種燃燒裝置 NOX 排放量總和的一半以 上，而且 80% 左右是煤粉鍋爐排放的 2。國家環(huán)保局于 2003 年 12 月 23 日發(fā)布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) （ GB13223 2003 ）中對(duì)于第三時(shí)段燃煤電廠執(zhí)行的排放濃度限值為：當(dāng) Vdaf10% 時(shí) ， NOx 排 放 濃 度 限 值 為 1100 mg/m3 ； 當(dāng) 10%Vdaf20% 時(shí)，排放濃度限值為 450 mg/m3 。據(jù)調(diào)查 3 ，我國燃煤電站固、 液態(tài)排渣煤粉爐 NOX 排放質(zhì)量濃度范圍分別為 6001200 mg/m3 和 8501150 mg/m3 。因此， 降低 NOX 排放的任務(wù)非常 緊迫。二

5、氮氧化物產(chǎn)生的機(jī)理氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一。 通常所說的氮 氧化物 NOx 有多種不同形式： N2O 、 NO、 NO2 、 N2O3 、N2O4 和 N2O5 ，其中 NO 和NO2 是重要的大氣污染物。我國氮氧化物的排放量中 70來自于煤炭的直接燃燒， 電力 工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是 NOx 排放的主要 來源之一。研究表明，氮氧化物的生成途徑有三種： （ 1）熱力型 NOx ， 指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸?NOx ；（ 2）燃料型 NOx ，指 燃料中含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解， 繼而進(jìn)一步氧化而 生成NOx ；（3）快速型 NOx ，指燃燒時(shí)空氣

6、中的氮和燃料中的碳 氫離子團(tuán)如 CH 等反應(yīng)生成 NOx 。在這三種形式中， 快速型 NOx 所占比例不到 5；在溫度低于 1300 時(shí)，幾乎沒有熱力型 NOx。 對(duì)常規(guī)燃煤鍋爐而言， NOx 主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。 控制 NOx 排放的技術(shù)指標(biāo)可分為一次措施和二次措施兩類，一 次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的 NOx 生成量；二 次措施是將已經(jīng)生成的 NOx 通過技術(shù)手段從煙氣中脫除。三 低 NOX 煤粉燃燒技術(shù)煤粉燃燒過程中影響 NOX生成的主要因素有： 煤種特 性，如煤的含氮量、揮發(fā)分含量、燃料中的固定碳/揮發(fā)分之比以及揮發(fā)分中含 H量 /含 N量之比等；燃燒區(qū)域的溫度峰

7、值； 反應(yīng)區(qū)中氧、氮、一氧化氮和烴根等的含量；可燃物在反應(yīng)區(qū) 中的停留時(shí)間。由此對(duì)應(yīng)的低 NOX 燃燒技術(shù)的主要途徑有如下幾個(gè)反面： 減少燃料周圍的氧濃度。包括：減少爐內(nèi)過量空氣系數(shù)，以減少 爐內(nèi)空氣總量； 減少一次風(fēng)量和減少揮發(fā)分燃盡前燃料與二次風(fēng) 的混合，以減少著火區(qū)的氧濃度。在氧濃度較少的條件下，維 持足夠的停留時(shí)間， 使燃料中的氮不易生成 NOX ，而且使生成的 NOX 經(jīng)過均相或多相反應(yīng)而被還原分解。在過量空氣的條件 下，降低溫度峰值， 以減少熱力型 NOX 的生成，如采用降低熱風(fēng)溫度和煙氣在循環(huán)等。加入還原劑，使還原劑生成CO 、NH3和HCN ，它們可將 NOX 還原分解。具體的

8、方法有：燃料分級(jí)燃 燒、空氣分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、低 NOX 燃燒器、低氧燃燒、濃 淡偏差燃燒等，以下對(duì)各種低 NOX 燃燒技術(shù)分別介紹。3.1 燃料分級(jí)燃燒燃 料 分 級(jí) 燃 燒 ， 又 稱 燃 料 再 燃 技 術(shù) (Returning Technology) 。是指在爐膛 (燃燒室 )內(nèi)，設(shè)置一次燃料欠氧燃燒的 NOX 還原區(qū)段， 以控制 NOX 的最終生成量的一種“準(zhǔn)一次措施”。 NOX 在遇到烴根 CHi 和未完全燃燒產(chǎn)物 CO 、H2、C 和 CnHm 時(shí)會(huì)發(fā)生 NOX 的還原反應(yīng)。利用這一原理，把爐膛高度自下而 上依次分為主燃區(qū) (一級(jí)燃燒區(qū) )、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。 再燃低 NOX

9、燃燒將 80% 85%的燃料送入主燃區(qū)，在空氣過量系數(shù) 1 的 條件下燃燒，其余 15% 20% 的燃料則在主燃燒器的上部某一 合適位置噴入形成再燃區(qū)， 再燃區(qū)過量空氣系數(shù) 1 ，再燃區(qū)不 僅使主燃區(qū)已生成的 NOX 得到還原，同時(shí)還抑制了新的 NOX 的生成，進(jìn)一步降低 NOX 。再燃區(qū)上方布置燃盡風(fēng) (OFA) 以形成 燃盡區(qū)， 以使再燃區(qū)出口的未完全燃燒產(chǎn)物燃燒， 達(dá)到最終完全 燃燒目的。再燃燃料可以是各類化石燃料，包括天然氣、煤粉、 油、生物質(zhì)、水煤漿等。上世紀(jì) 80 年代，三菱重工第一次將再 燃技術(shù)用于全尺皴鍋爐。隨后在全世界取得了長足的發(fā)展。一般，采用燃料分級(jí)的方法可以達(dá)到 30%

10、 以上的脫銷效果， 最高脫效率可達(dá) 70% ，在主燃燒器采用低 NOX 燃燒器抑制 NOX 生成的基礎(chǔ)聯(lián)合使用燃料分級(jí)燃燒可以進(jìn)一步降低的 NOX 排放 量。再燃法脫除 NOX 的影響因素主要有再燃燃料的種類、再燃 比例、再燃區(qū)的空氣過量系數(shù)、 再燃區(qū)溫度條件以及再燃區(qū)停留 時(shí)間等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，如今又發(fā)展出了先進(jìn)再燃技術(shù)，它是 將再燃技術(shù)與氨催化還原技術(shù)相結(jié)合一種高效控制 NOX 排放的 技術(shù)，這種技術(shù)是將氨水或者尿素作為氨催化劑加入到再燃區(qū)域 或者燃盡區(qū)，進(jìn)一步降低 NOX 。同時(shí)，如果將無機(jī)鹽（尤其是 堿金屬）助催化劑通過不同的方式一同噴入，將更有利于 NOX 的還原，實(shí)驗(yàn)顯示，先進(jìn)再

11、燃可以降低 NOX 排放量 85% 左右， 具有非常好的優(yōu)勢(shì)。 由先進(jìn)再燃的原理可知， 所有影響燃料再燃 脫硝效果的因素也會(huì)影響先進(jìn)再燃， 除此之外， 催化劑及駐催化 劑對(duì)其影響也很重要，主要是氮催化劑（氨或尿素）噴入位置及 噴入量的影響及無機(jī)鹽（堿金屬）助催化劑噴入方式的影響。再燃技術(shù)的主要特點(diǎn)是：不僅最大限度地控制 NOX 的排 放，而且使鍋爐燃燒更加穩(wěn)定， 尤其是低負(fù)荷運(yùn)行性能得到改善， 并可提高鍋爐運(yùn)行效率； 可以避免爐內(nèi)結(jié)渣、 高溫腐蝕等其它 低 NOX 燃燒技術(shù)帶來的不良現(xiàn)象；該技術(shù)只需在爐膛適當(dāng)位 置布置幾個(gè)噴口即可，系統(tǒng)簡單，投資較少；無一次污染。3.2 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃

12、燒技術(shù)是美國在 20 世紀(jì) 50 年代首先發(fā)展起來 的，它是目前應(yīng)用較為廣泛的低 NOX 燃燒技術(shù) 4 。它的主要原 理是將燃料的燃燒過程分段進(jìn)行。該技術(shù)是將燃燒用風(fēng)分為一、 二次風(fēng)， 減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量即一次風(fēng)量， 提高燃燒區(qū)域 的煤粉濃度，推遲一、二次風(fēng)混合時(shí)間，這樣煤粉進(jìn)入爐膛時(shí)就 形成一個(gè)過量空氣系數(shù)在 0.8 左右的富燃料區(qū)， 使燃料在富燃料 區(qū)進(jìn)行欠氧燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，從而降低 NOX 的 生成。欠氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風(fēng)混合，使燃料完全燃燒。最終空氣分級(jí)燃燒可使 NOX 生成量降低 3040% 。該技術(shù) 的關(guān)鍵是風(fēng)的分配，一般一次風(fēng)占總風(fēng)量的 25%-35%

13、。若風(fēng)量 分配不當(dāng)會(huì)增加鍋爐的燃燒損失， 同時(shí)引起受熱面的結(jié)渣腐蝕等 問題。分級(jí)燃燒可以分成兩類。一類是燃燒室 （爐內(nèi) ）中的分級(jí)燃 燒；另一類是單個(gè)燃燒器的分級(jí)燃燒。在采用分級(jí)燃燒時(shí)，由于 第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)是富燃料燃燒， 氧的濃度降低， 形成還原性氣氛。 而在還原性氣氛中煤的灰熔點(diǎn)會(huì)比在氧化性分為中降低 100120 ，這時(shí)如果熔融灰粒與爐壁相接觸，容易發(fā)生結(jié)渣， 而且火焰拉長， 如果組織不好， 還會(huì)容易引起爐膛受熱面結(jié)渣和 過熱器超溫， 同時(shí)還原性分為還會(huì)導(dǎo)致受熱面的腐蝕。 空氣分級(jí) 再燃的影響因素主要有： 第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù) 1，要 正確地選擇第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)， 以保

14、證這一區(qū)域內(nèi) 形成富燃料燃燒，經(jīng)可能的減少 NOX 的生成，并使燃燒工況穩(wěn) 定；溫度的影響、二次風(fēng)噴口的位置的確定、停留時(shí)間的影響、 煤粉細(xì)度的影響等。分級(jí)燃燒系統(tǒng)在燃煤鍋爐上應(yīng)用有較長的歷史， 單獨(dú)使用大 約可降低 2040% 的 NOX 。通常增大燃盡風(fēng)分額可得到較大的 NOX 脫除率。目前該技術(shù)與其他初級(jí)控制措施聯(lián)合使用，已成 為新建鍋爐整體設(shè)計(jì)的一部分。 在適度控制 NOX 排放的要求下， 往往作為現(xiàn)役鍋爐低 NOX 排放改造的首選措施。3.3 煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán)也是常用的降低 NOX 排放量的方法之一，該技 術(shù)是將鍋爐尾部約 10% 30%低溫?zé)煔?（溫度在 300 400） 經(jīng)煙

15、氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)回抽 （多在省煤器出口位置引出 ）并混入助燃空 氣中，經(jīng)燃燒器或直接送入爐膛或是與一次風(fēng)、 二次風(fēng)混合后送 入爐內(nèi)， 從而降低了燃燒區(qū)域的溫度， 同時(shí)降低了燃燒區(qū)域氧的 濃度，最終降低 NOX 的生成量，并具有防止鍋爐結(jié)渣的作用。 但采用煙氣再循環(huán)會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒熱損失加大， 而且爐內(nèi)燃燒 不穩(wěn)定，所以不能用于難燃燒的煤種，如無煙煤等。另外，利用 煙氣再循環(huán)改造現(xiàn)有鍋爐需要安裝煙氣回抽系統(tǒng)， 附加煙道、 風(fēng) 機(jī)及飛灰收集裝置。投資加大，系統(tǒng)也叫復(fù)雜，對(duì)原有設(shè)備改造 時(shí)也會(huì)受到場(chǎng)地條件等的限制。由于煙氣再循環(huán)使輸入的熱量增多， 可能影響爐內(nèi)的熱量分 布，過多的再循環(huán)煙氣還可能導(dǎo)致火焰

16、的小穩(wěn)定性及蒸汽超溫， 因此再循環(huán)煙氣量有一定的限制。煙氣再循環(huán)法降低 NOX 排放 的效果與燃料種類、 爐內(nèi)燃燒溫度及煙氣再循環(huán)率有關(guān)， 延期砸 循環(huán)率是再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時(shí)的煙氣量的比值。 經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)煙氣再燃循環(huán)率為 15%20% 時(shí)，煤粉爐的 NOX 排放濃度可降低 25% 左右。燃燒溫度越高，煙氣再循環(huán)率對(duì) NOX 脫除率的影響越大。但是，煙氣再循環(huán)效率的增加是有限 的。當(dāng)采用更高的在循環(huán)率時(shí)，由于循環(huán)煙氣量的增加，燃燒會(huì) 趨于不穩(wěn)定， 而且未完全燃燒熱損失會(huì)增加。 因此電站鍋爐的煙 氣再循環(huán)率一般控制在 10%20% 左右。在燃煤鍋爐上單獨(dú)利用煙氣再循環(huán)措施，得到的 N

17、OX 脫除率20% 。所以，一般都需 要與其他的措施聯(lián)合使用。3.4 低 NOX 燃燒器 常規(guī)煤粉燃燒器可以將煤粉和空氣快速混合， 并能產(chǎn)生高的 火焰溫度， 達(dá)到高的燃燒強(qiáng)度和燃燒效率， 遺憾的是這些條件也 易于產(chǎn)生較多的 NOX 。通過設(shè)計(jì)特殊的燃燒器結(jié)構(gòu)來改變?nèi)紵?器出口處的風(fēng)粉配比， 可以將前述的空氣分級(jí)、 燃料分級(jí)和煙氣 再循環(huán)等降低 NOX 排放控制技術(shù)的原理用于燃燒器。通過燃燒 器就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)燃燒、 還原、燃盡三個(gè)過程， 從而設(shè)計(jì)出低 NOX 燃燒器。它可以用來控制煤粉與空氣的混合特性， 改善火焰結(jié)構(gòu)， 降低燃燒火焰的峰值，從而降低 NOX 排放。由于低 NOX 燃燒 器能在煤粉的

18、著火階段就抑制 NOX 的生成，對(duì)后期控制 NOX 的排放量十分有利，因此低 NOX 燃燒器得到了廣泛的開發(fā)和利 用。在低 NOX 燃燒器設(shè)計(jì)方面，一些西方發(fā)達(dá)國家的許多鍋爐 制造公司在這方面進(jìn)行了大量的改進(jìn)和優(yōu)化工作， 并取得很大的 成就，開發(fā)了不同類型的低 NOX 燃燒器，主要有： 1、階段燃燒型低 NOX 燃燒器該燃燒器設(shè)計(jì)使噴口噴出的煤粉分階段燃燒從而降低 NOX 的生成。在燃燒器出口區(qū)域形成一個(gè)還原性氣氛的富燃料著火燃 燒區(qū)， 逐步與噴出的二次風(fēng)相混合， 由于二次風(fēng)風(fēng)量及旋流動(dòng)量 小，與煤粉混合較慢，使得燃燒過程推后，減緩了煤粉的著火燃 燒。所以這種燃燒器有效地降低了 NOX 的生成

19、。較有代表性的 有：巴威公司的 DRB 型雙調(diào)風(fēng)低 NOX 燃燒器 7，德國巴布 科克(Deutche Babcock) 公司的 WB 、 WSF 、DS 型燃燒器 8， 德國斯坦繆勒 (Steinmuller) 公司設(shè)計(jì)的 SM 低 NOX 燃燒器 8 ， 福斯特惠勒 (Foster Wheeler) 公司的 CF/SF 低 NOX 燃燒器 9 ， 美國瑞麗斯多克 (Riley Stoker) 公司的 CCV 型低 NOX 燃燒器 7 等。2、濃淡偏差型低 NOX 燃燒器 濃淡燃燒器是通過將一次風(fēng)所攜帶的煤粉在燃燒器內(nèi)部分 成濃淡兩股射出， 由于煤粉射流分成了濃淡兩股， 濃的一側(cè)由于 煤粉氣

20、流空氣量小，為還原性氣氛所以生成的 NOX 較少，淡側(cè) 由于燃料較少，燃燒溫度較低，所以也可抑制了 NOX 的生成。 濃淡燃燒器如今己發(fā)展了多種， 根據(jù)濃淡分離的不同， 有采用彎 管離心原理分離式、 撞擊分離式、 旋風(fēng)分離式以及百葉窗式等等。 如：美國 ABB-CE 公司開發(fā)的寬調(diào)節(jié)比 WR 型燃燒器、日本三 菱公司的 PM 型低 NOX 燃燒器、 德國 EVT 公司的 Vapour 燃燒 器、我國自行設(shè)計(jì)的燃燒器如多功能船形體煤粉燃燒器、 鈍體燃 燒器、濃淡型燃燒器等。一些公司還將低 NOX 燃燒器與爐內(nèi)初級(jí)控制措施，如空氣 分級(jí)、燃料分級(jí)、煙氣再循環(huán)等組合在一起，構(gòu)成一個(gè)低 NOX 燃燒系

21、統(tǒng)。這些低 NOX 燃燒系統(tǒng)不僅僅有效改善燃燒條件，還 能大幅 降低 NOX 排放量。據(jù)美國福斯特惠勒公司 (Foster Wheeler) 報(bào)告顯示，他們的低 NOX 燃燒系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 5065% 的 NOX 脫除率。國內(nèi)在低 NOX 燃燒技術(shù)方面的研究雖然起步較 晚，但也積累了許多成熟的經(jīng)驗(yàn)， 尤其是基于濃淡燃燒技術(shù)和分 級(jí)燃燒技術(shù)開發(fā)出的各種低 NOX 燃燒器都取得了可喜的實(shí)績。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過 10 余年的努力，開發(fā)研制成功水平濃 縮煤粉燃燒器、 水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器、 徑向濃淡旋流煤粉燃燒 器、不等切圓墻式布置直流煤粉燃燒器等“風(fēng)包粉”系列濃淡煤粉 燃燒技術(shù)。華中理工大學(xué)煤燃燒國家

22、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用一維爐和數(shù) 值模擬相結(jié)合的方式， 研制開發(fā)出了高濃度煤粉燃燒技術(shù)。 清華 大學(xué)力學(xué)系賈臻教授研制的煤粉濃縮燃燒器，可使 NOX 降低到 200mg/m3 左右，這在世界同類技術(shù)中處于領(lǐng)先地位。此外，西 安交通大學(xué)的夾心風(fēng)直流燃燒器， 浙江大學(xué)的可調(diào)式濃淡燃燒器 都有降低 NOX ，的排放量的作用。3.5 低氧燃燒 這種方法就是使燃燒過程盡量接近理論空氣系數(shù) ( =1)的 條件下進(jìn)行，使煙氣中的過剩氧量減少，從而降低燃燒過程中 NOX 的生成量。在低過量空氣系數(shù)范圍的條件下運(yùn)行，可使用 較少的燃料。 因此認(rèn)為， 低過量空氣運(yùn)行可以作為減少氮氧化物 的形成和燃料消耗量的基本改進(jìn)燃燒方

23、法之一。 實(shí)際鍋爐采用低 氧燃燒時(shí)，不僅降低 NOX 排放量，而且鍋爐排煙熱損失減少， 對(duì)提高鍋爐熱效率有利，但是，如果爐內(nèi)氧的濃度過低，低于 3% 以下時(shí)，會(huì)造成 CO 濃度的急劇增加，從而大大增加機(jī)械未 完全燃燒熱損失， 同時(shí)也會(huì)引起飛灰含碳量的增加， 導(dǎo)致機(jī)械未 完全燃燒損失增加， 從而使燃燒效率降低， 使鍋爐的燃燒經(jīng)濟(jì)性 降低，而且爐內(nèi)壁面附近還可能形成還原性氣氛造成爐壁結(jié)渣和 腐蝕。因此在確定低氧燃燒的過量空氣量范圍時(shí)， 必須兼顧燃燒10 效率、鍋爐效率較高和 NOX 等有害物質(zhì)最少的要求。這是一種 經(jīng)過充分證明的、有效的降低 NOX 的基本方法，一般情況下， 該措施可以使 NOX

24、排放降低 15% 20% 。3.6 濃淡偏差燃燒 濃淡偏差燃燒是近幾年來國內(nèi)外采用的一種降低鍋爐燃燒 排放 NOX 的燃燒技術(shù)。該方法原理是對(duì)裝有兩個(gè)燃燒器以上的 鍋爐，使部分燃燒器供應(yīng)較多的空氣（呈貧燃料區(qū)） ，即燃料過 淡燃燒；部分燃燒器供應(yīng)較少的空氣（呈富燃料區(qū)） ，即燃料過 濃燃燒。無論是過濃或者過淡燃燒，燃燒時(shí)都不等于 1，前者 1，后者1，故又稱非化學(xué)當(dāng)量比燃燒或偏差燃燒。對(duì) NOX 生成特性的研究表明， NOX 的生成量和一次風(fēng)煤比 有關(guān)，一次風(fēng)煤比在 34kg/kg 煤時(shí)， NOX 生成量最高；偏離該 值，不管是煤粉濃度高還是低， NOX 的排放量均下降。因此如 果把煤粉流分離

25、成兩股含煤粉量不同的氣流， 即含煤粉量多的濃 氣流 C1 和含煤粉量少的淡氣流 C2 ，分別送入爐內(nèi)燃燒，對(duì)于 整個(gè)燃燒器，其 NOX 生成量的加權(quán)平均值與燃用單股 C0 濃度 煤粉流相比，生成的 NOX 要低。四 燃煤電廠降低 NOx 排放的燃燒技術(shù)研究表明，氮氧化物的生成途徑有三種： （ 1）熱力型 NOx ， 指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸?NOx ；（ 2）燃料型 NOx ，指 燃料中含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解， 繼而進(jìn)一步氧化而11 生成NOx ；（3）快速型 NOx ，指燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳 氫離子團(tuán)如 CH 等反應(yīng)生成 NOx 。在這三種形式中， 快速型 NOx

26、所占比例不到 5；在溫度低于 1300 時(shí)，幾乎沒有熱力型 NOx。 對(duì)常規(guī)燃煤鍋爐而言， NOx 主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。 控制 NOx 排放的技術(shù)指標(biāo)可分為一次措施和二次措施兩類，一 次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的 NOx 生成量（前 面已經(jīng)敘述）；二次措施是將已經(jīng)生成的 NOx 通過技術(shù)手段從煙 氣中脫除。4.1.1 爐膛噴射法實(shí)質(zhì)是向爐膛噴射還原性物質(zhì)， 可在一定溫度條件下還原已 生成的 NOx ，從而降低 NOx 的排放量。包括噴水法、二次燃燒 法（噴二次燃料即前述燃料分級(jí)燃燒） 、噴氨法等。噴氨法亦稱選擇性非催化還原法（ SNCR ），是在無催化劑 存在條件下向爐內(nèi)

27、噴入還原劑氨或尿素，將 NOx 還原為 N2 和 H2O 。還原劑噴入鍋爐折焰角上方水平煙道 （ 900 1000 ）， 在NH3/NOx 摩爾比 23 情況下，脫硝效率 30 50。在 950 左右溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)式為：4NH3+4NO O2 4N2+6H2O 當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會(huì)生成 NO ： 4NH3+5O2 4NO+6H2O當(dāng)溫度過低時(shí)， 又會(huì)減慢反應(yīng)速度， 所以溫度的控制是至關(guān)12 重要的。該工藝不需催化劑，但脫硝效率低，高溫噴射對(duì)鍋爐受 熱面安全有一定影響。 存在的問題是由于溫度隨鍋爐負(fù)荷和運(yùn)行 周期而變化及鍋爐中 NOx 濃度的不規(guī)則性，使該工藝應(yīng)用時(shí)變 得較復(fù)

28、雜。在同等脫硝率的情況下，該工藝的 NH3 耗量要高于 SCR 工藝，從而使 NH3 的逃逸量增加。4.1.2 煙氣處理法煙氣脫硝技術(shù)有氣相反應(yīng)法、 液體吸收法、 吸附法、液膜法、 微生物法等幾類。在眾多煙氣處理技術(shù)中， 液體吸收法的脫硝效率低， 凈化效 果差；吸附法雖然脫硝效率高，但吸附量小，設(shè)備過于龐大，再 生頻繁，應(yīng)用也不廣泛；液膜法和微生物法是兩個(gè)新型技術(shù)，還 有待發(fā)展； 脈沖電暈法可以同時(shí)脫硫脫硝， 但如何實(shí)現(xiàn)高壓脈沖 電源的大功率、窄脈沖、長壽命等問題還需要解決；電子束法技 術(shù)能耗高，并且有待實(shí)際工程應(yīng)用檢驗(yàn)； SNCR 法氨的逃逸率高，影響鍋爐運(yùn)行的穩(wěn) 定性和安全性等問題； 目前

29、脫硝效率高， 最為成熟的技術(shù)是 SCR 技術(shù)。表 1所示為煙氣脫硝技術(shù)比較。134.2 SCR 法技術(shù)特點(diǎn)在眾多的脫硝技術(shù)中， 選擇性催化還原法 （ SCR ）是脫硝效14率最高，最為成熟的脫硝技術(shù)。 1975 年在日本 Shimoneski 電 廠建立了第一個(gè) SCR 系統(tǒng)的示范工程，其后 SCR 技術(shù)在日本得 到了廣泛應(yīng)用。在歐洲已有 120 多臺(tái)大型裝置的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)， 其NOx的脫除率可達(dá)到 8090% 。日本大約有 170 套裝置，接近 100GW 容量的電廠安裝了這種設(shè)備。美國政府也將 SCR 技術(shù) 作為主要的電廠控制 NOx 技術(shù)。SCR 方法已成為目前國內(nèi)外電 站脫硝比較成熟的

30、主流技術(shù)。4.2.1 原理及流程SCR 技術(shù)是還原劑（ NH3 、尿素）在催化劑作用下，選擇 性地與 NOx 反應(yīng)生成 N2和H2O ，而不是被 O2 所氧化，故稱為 “選擇性。”主要反應(yīng)如下：4NH3+4NO O2 4N2+6H2O4NH3+2NO2 O26N2+6H2OSCR 系統(tǒng)包括催化劑反應(yīng)室、氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及 相關(guān)的測(cè)試控制系統(tǒng)。 SCR 工藝的核心裝置是脫硝反應(yīng)器， 有水 平和垂直氣流兩種布置方式，如圖 1 所示。在燃煤鍋爐中， 煙氣 中的含塵量很高，一般采用垂直氣流方式。4.2.2 主要影響因素在 SCR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最重要的運(yùn)行參數(shù)是煙氣溫度、煙 氣流速、氧氣濃度、 S

31、O3 濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃 逸等。煙氣溫度是選擇催化劑的重要運(yùn)行參數(shù)， 催化反應(yīng)只能在 一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行， 同時(shí)存在催化的最佳溫度， 這是每種催 化劑特有的性質(zhì)， 因此煙氣溫度直接影響反應(yīng)的進(jìn)程； 而煙氣流 速直接影響 NH3 與 NOx 的混合程度， 需要設(shè)計(jì)合理的流速以 保證 NH3 與 NOx 充分混合使反應(yīng)充分進(jìn)行； 同時(shí)反應(yīng)需要氧 氣的參與， 當(dāng)氧濃度增加催化劑性能提高直到達(dá)到漸近值， 但氧 濃度不能過高，一般控制在 2% 3；氨逃逸是影響 SCR 系 統(tǒng)運(yùn)行的另一個(gè)重要參數(shù)， 實(shí)際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被 噴射進(jìn)入系統(tǒng)， 反應(yīng)后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸， N

32、Ox 脫 除效率隨著氨逃逸量的增加而增加， 在某一個(gè)氨逃逸量后達(dá)到一 個(gè)漸進(jìn)值； 另外水蒸氣濃度的增加使催化劑性能下降， 催化劑鈍 化失效也不利于 SCR 系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須加以有效控制。4.2.3 催化劑的選擇16SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑，當(dāng)前流行的成熟催 化劑有蜂窩式、 波紋狀和平板式等。 平板式催化劑一般是以不銹 鋼金屬網(wǎng)格為基材負(fù)載上含有活性成份的載體壓制而成； 蜂窩式 催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型； 波紋狀催 化劑是丹麥 HALDOR TOPSOE A/S 公司研發(fā)的催化劑， 外形如 起伏的波紋， 從而形成小孔。 加工工藝是先制作玻璃纖維加固的 TiO

33、2 基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份 能均勻吸附在基板上。 各種催化劑活性成分均為 WO3 和V2O5 。 表2 為各種催化劑性能比較。174.2.4 還原劑的選擇對(duì)于 SCR 工藝，選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素 法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解， 然后將溶液泵送到水 解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生成氨 氣；氨水法， 是將25 的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)， 形 成氨氣和水蒸汽； 純氨法是將液氨在蒸發(fā)器中加熱成氨氣， 然后 與稀釋風(fēng)機(jī)的空氣混合成氨氣體積含量為 5的混合氣體后送入 煙氣系統(tǒng)。表 3 為不同還原劑的性能比較。184.2.5

34、選型性還原脫硝技術(shù)選擇性還原脫硝技術(shù)包括選擇性非催化還原（ SNCR ）法、 選擇性催化還原（ SCR ）法和 SNCR/ SCR 混合法。在這些方 法中 SNCR 的主要優(yōu)點(diǎn)是投資及運(yùn)行費(fèi)用低，缺點(diǎn)是對(duì)溫度依 賴性強(qiáng)，脫硝率只有 30%50% ，氨的逃逸量大。實(shí)際工程中應(yīng) 用最多的是 SCR 法。SNCR/ SCR 混合法是種有前景的煙氣脫 硝技術(shù)，但牽涉的系統(tǒng)更多，對(duì)技術(shù)的要求更高。五 火電廠脫氮的技術(shù)定位原則為滿足環(huán)境的要求， 對(duì)于煙氣脫氮確定了以下的技術(shù)定位原 則：（1 ） 立足于 SCR 煙氣脫硝技術(shù)。作為目前最成熟、效率 最高的脫硝技術(shù)，應(yīng)盡快技術(shù)引進(jìn)、消化吸收；（2）在全面掌握

35、SCR 技術(shù)的基礎(chǔ)上， 以 SNCR 技術(shù)作為 技術(shù)突破口和再增長點(diǎn)，使 SNCR/SCR 法或SCR 與其他低 NOx 燃燒技術(shù)混合法作為下階段的技術(shù)發(fā)展方向。 最佳脫硝技術(shù)的選 擇取決于現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)（常規(guī)的或低 NOx ）、燃料、爐膛結(jié)構(gòu)、 鍋爐布置、實(shí)際和目標(biāo) NOx 水平和其他因素；19（3）研究并開發(fā)適合我國國情的催化劑。針對(duì)我國高灰、 高重金屬的煤燃料， 開發(fā)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的催化劑和低溫運(yùn)行的 催化劑。據(jù)悉，國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)一直致力于催化劑的研究，利 用我國蘊(yùn)量豐富的稀土資源來生產(chǎn) SCR 催化劑，提高了 SCR 催 化劑的活性，降低了生產(chǎn)成本。我們可以組合國內(nèi)資源，利用已 有的研究成果，盡快把它商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化；（4）煙氣脫硝的流場(chǎng)分析和理論研究