脫硝技術(shù)介紹

1、2013.022013.02主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1. 1. NONOx x 排放控制技術(shù)排放控制技術(shù) 2. NOx2. NOx排放政策的排放政策的情況情況 3. 3. 低低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù) 4. 4. 脫脫硝技術(shù)的基本原理及分類硝技術(shù)的基本原理及分類 5. SCR5. SCR技術(shù)及其工程技術(shù)及其工程 6. SNCR6. SNCR技術(shù)及其工程技術(shù)及其工程 7. SCR/SNCR7. SCR/SNCR技術(shù)及其工程技術(shù)及其工程 8. 8. 脫脫硝還原劑的選擇硝還原劑的選擇 9. 9. 如何如何選擇脫硝技術(shù)路線選擇脫硝技術(shù)路線1. NO1. NOx x 排放控制技術(shù)排放控制技術(shù)電站鍋爐電站鍋

2、爐NoNox x排放排放控制方法控制方法低低NONOx x燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)常用的煙氣常用的煙氣脫脫硝技術(shù)硝技術(shù)空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒燃料分級(jí)燃燒燃料分級(jí)燃燒煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán)選擇性催化還原選擇性催化還原SCRSCR選擇性非催化還原選擇性非催化還原SNCRSNCR循環(huán)流化床（循環(huán)流化床（CFBCFB）鍋爐）鍋爐u合理組織了分段送風(fēng)和分段燃燒合理組織了分段送風(fēng)和分段燃燒u燃燒溫度較低燃燒溫度較低u產(chǎn)生產(chǎn)生NONOx x量在量在200-300mg/m200-300mg/m3 3以下以下CFBCFB鍋爐鍋爐 + + 煙氣脫硝設(shè)備煙氣脫硝設(shè)備可有效控制可有效控制NONOx x排放排放SNCR/SCR

3、SNCR/SCR煙氣脫硝技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)2. NOx2. NOx排放政策的情況排放政策的情況n最新的最新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 氮氧化物（以氮氧化物（以NO2NO2計(jì)計(jì)）排放限值為）排放限值為100mg/Nm3100mg/Nm3， 新建機(jī)組新建機(jī)組20122012年年1 1月月1 1日開(kāi)始，改造機(jī)組日開(kāi)始，改造機(jī)組20142014年年7 7月月1 1日開(kāi)始實(shí)施；日開(kāi)始實(shí)施； 排放政策給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了困難排放政策給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了困難3. 3. 低低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)3.1 3.1 燃燒形成的燃燒形成的NOx可分為燃料型、熱力型和快速型可分為燃料型、熱力型和快

4、速型3種。種。1）熱力型NOx，指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox。當(dāng)爐膛溫度在1350以上時(shí)，空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卤谎趸蒒Ox ,當(dāng)溫度足夠高時(shí),熱力型NOx 可達(dá)20 %。過(guò)量空氣系數(shù)和煙氣停留時(shí)間對(duì)熱力型NOx 的生成有很大影響。2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過(guò)程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化而生成NOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%90%。過(guò)量空氣系數(shù)越高, NOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。3）快速型NOx，指燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成NOx。主要是指燃料中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的

5、烴,與燃燒空氣中的N2 發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN繼續(xù)氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳?xì)淙剂蠒r(shí)才予以考慮。3.2 3.2 低低NOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)n 在以上三種形式中，快速型NOx所占比例不到5；在溫度低于1300時(shí)，幾乎沒(méi)有熱力型NOx。對(duì)常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx主要通過(guò)燃料型生成途徑而產(chǎn)生。n 為了控制燃燒過(guò)程中NOx的生成量所采取的措施原則為： 1）降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒 2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū) 3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等n 基于控制Nox生成的措施，有以下3種低Nox燃燒技術(shù)： 1）空氣分級(jí)燃燒 2

6、）燃料分級(jí)燃燒 3）煙氣再循環(huán)把供給燃燒區(qū)的空氣量減少到全部燃燒所需用空氣量的70左右，從而即降低了燃燒區(qū)的氧濃度也降低了燃燒區(qū)的溫度水平。因此，第一級(jí)燃燒區(qū)的主要作用就是抑制NOx的生成并將燃燒過(guò)程推遲。燃燒所需的其余空氣則通過(guò)燃燒器上面的燃盡風(fēng)噴口送入爐膛與第一級(jí)所產(chǎn)生的煙氣混合，完成整個(gè)燃燒過(guò)程。3.3 3.3 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒在主燃燒器形成的初始燃燒區(qū)的上方噴入二次燃料，形成富燃料燃燒的再燃區(qū)，NOx進(jìn)入本區(qū)將被還原成N2。為了保證再燃區(qū)不完全燃燒產(chǎn)物的燃盡，在再燃區(qū)的上面還需布置燃盡風(fēng)噴口。改變?cè)偃紵齾^(qū)的燃料與空氣之比是控制NOx排放量的關(guān)鍵因素。在再燃燒系統(tǒng)中，分段供給的燃

7、料和燃燒用空氣在爐內(nèi)形成三個(gè)不同的燃燒段，分別在貧燃料、富燃料和貧燃料燃盡狀態(tài)下運(yùn)行。存在問(wèn)題是為了減少不完全燃燒損失，需加空氣對(duì)再燃區(qū)煙氣進(jìn)行三級(jí)燃燒，配風(fēng)系統(tǒng)比較復(fù)雜。3.4 3.4 燃料分級(jí)燃燒燃料分級(jí)燃燒3.5 3.5 煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán) 該技術(shù)是把空氣預(yù)熱器前抽取的溫度較低的煙氣與燃燒用的空氣混合，通過(guò)燃燒器送入爐內(nèi)從而降低燃燒溫度和氧的濃度，達(dá)到降低NOx生成量的目的。存在的問(wèn)題是由于受燃燒穩(wěn)定性的限制，一般再循環(huán)煙氣率為1520，投資和運(yùn)行費(fèi)較大，占地面積大。4. 煙氣脫硝的基本原理及技術(shù)煙氣脫硝的基本原理及技術(shù)4.1 4.1 煙氣脫硝的方法煙氣脫硝的方法 由于爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)

8、的局限性， 對(duì)于燃煤鍋爐，采用改進(jìn)燃燒技術(shù)可以達(dá)到一定的除NOx 效果，但脫除率一般不超過(guò)60%。使得NOx 的排放不能達(dá)到令人滿意的程度，為了進(jìn)一步降低NOx 的排放，必須對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硝處理。 目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為濕法、半干法和干法3 類。 濕法有臭氧氧化吸收法等。濕法脫硝的原理是用氧化劑將NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或堿性溶液吸收，從而實(shí)現(xiàn)脫硝。脫硝效率低，凈化效果差。 半干法有活性炭聯(lián)合脫硫脫硝法。該方法雖然脫硝效率高，但吸附量小，設(shè)備過(guò)于龐大，再生頻繁，應(yīng)用也不廣泛。4.1 4.1 煙氣脫硝的方法煙氣脫硝的方法 干法包括選擇性非催化還原法(SNCR) 、選擇

9、性催化還原法(SCR) 、 SNCR和SCR混合工藝法、電子束聯(lián)合脫硫脫硝法。 電子束法：是用高能電子束(0.81MeV)輻射含NOx和SO2的煙氣，產(chǎn)生的自由基氧化生成硫酸和硝酸，再與NH3發(fā)生中和反應(yīng)生成氨的硫酸及硝酸鹽類，從而達(dá)到凈化煙氣的目的。 就目前而言，干法中的選擇性非催化還原法(SNCR) 、選擇性催化還原法(SCR) 、 SNCR和SCR混合工藝法占主流地位。其原因是：NOx與SO2相比，缺乏化學(xué)活性，難以被水溶液吸收；NOx 經(jīng)還原后成為無(wú)毒的N2和O2，脫硝的副產(chǎn)品便于處理；NH3對(duì)煙氣中的NO可選擇性吸收，是良好的還原劑。4.2 三種干法脫硝的基本原理及技術(shù)三種干法脫硝的

10、基本原理及技術(shù)nSCR煙氣脫硝技術(shù) SCR (Selective Catalytic Reduction) 在催化劑的作用下，利用還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮?dú)夂退?。nSNCR煙氣脫硝技術(shù) SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) 在無(wú)催化劑的作用下，利用還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無(wú)害的氮?dú)夂退SNCR/SCR煙氣脫硝技術(shù) 以上兩種方法的結(jié)合。5 5、SCRSCR技術(shù)及其工程技術(shù)及其工程SCRSCR的技術(shù)原理的技術(shù)原理反應(yīng)原理：NOx + 還原劑 氮?dú)?+ 水反應(yīng)溫度：300400還原劑：液氨、氨水、尿素催化劑：采用催化劑，需要催化反應(yīng)

11、器反應(yīng)器布置: 在鍋爐尾部煙道中5.2 SCR的工程圖的工程圖5.3 SCR5.3 SCR的布置位置的布置位置n依據(jù)SCR相對(duì)于電除塵的安裝位置，可將SCR分為“高飛灰”和“低飛灰”兩類：1. 在“高飛灰”中，SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間。（見(jiàn)下圖） 優(yōu)點(diǎn)是煙氣溫度高，滿足了催化劑活性要求。 缺點(diǎn)是煙氣中的飛灰含量高，對(duì)催化劑的防磨損和防堵塞的性能要求較高。2. 對(duì)于“低飛灰”布置方式，SCR布置在二氧化硫吸收塔之后，煙囪之前。此時(shí)雖然煙氣中的飛灰含量大幅減少，但為了滿足催化劑活性對(duì)反應(yīng)溫度的要求，需要安裝蒸汽加熱器和煙氣換熱器(GGH)，系統(tǒng)復(fù)雜，投資增加。 故一般選擇“高飛

12、灰”布置方式。SCRSCR裝置流程裝置流程鍋鍋爐爐省省煤煤器器煙煙囪囪脫硫系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)電除塵器電除塵器SCR空預(yù)器空預(yù)器液氨儲(chǔ)藏罐液氨儲(chǔ)藏罐氨氨-空氣混合器空氣混合器氨蒸發(fā)器氨蒸發(fā)器稀釋空氣風(fēng)機(jī)稀釋空氣風(fēng)機(jī)省煤器旁路省煤器旁路靜態(tài)氣體混合器靜態(tài)氣體混合器氨氨-煙氣煙氣混合器混合器噴氨格柵噴氨格柵SCR旁路旁路5.4 SCR5.4 SCR工藝還原劑的選擇工藝還原劑的選擇對(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(guò)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(guò)加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水

13、蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發(fā)槽中加熱成氨氣，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)。SCR選用的還原劑種類比較選用的還原劑種類比較5.5 5.5 催化劑的類型催化劑的類型 按工作溫度： 高溫型催化劑和低溫型催化劑按用途： 燃煤型和燃油、燃?xì)庑桶摧d體材料： 金屬載體催化劑和陶瓷載體催 化劑、均質(zhì)和非均質(zhì)按催化劑金屬： 鉑系列、鈦系列、釩系列及混合 型系列 5.6 5.6 SCRSCR可可能能引起引起的的運(yùn)行問(wèn)題運(yùn)行問(wèn)題煤灰影響灰量大，煤種變化，質(zhì)量變化，混燒煤，對(duì)氨逃逸(NH3 Slip)及SCR催化劑的適用及風(fēng)險(xiǎn)。催化劑對(duì)砷、硫及堿性物(如鈣含物)等元素的中毒減效。催

14、化劑選擇 選擇具有較大空隙或?qū)娱g尺寸的催化劑。 催化劑結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)不同壓降、燃料和煙氣成分要求,滿足工程選擇 。 SO2/SO3轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致空預(yù)器的堵塞/腐蝕流場(chǎng)問(wèn)題 流場(chǎng)對(duì)脫硝效率/氨逃逸率的影響 流場(chǎng)對(duì)催化劑壽命的影響6.1 SNCR的技術(shù)原理的技術(shù)原理q反應(yīng)反應(yīng)原理：原理：NOx + NOx + 還原劑還原劑 氮?dú)獾獨(dú)?+ + 水水q反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度：85085012001200q還原劑：氨、尿素還原劑：氨、尿素q催化劑：不用催化劑，鍋爐爐膛作為反應(yīng)器，不需要另催化劑：不用催化劑，鍋爐爐膛作為反應(yīng)器，不需要另外的反應(yīng)器外的反應(yīng)器6.3 SNCR6.3 SNCR技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 占地面積小

15、 不使用催化劑 投資省，運(yùn)行費(fèi)用較低 對(duì)煤種變化不敏感 建設(shè)周期短，施工簡(jiǎn)單（模塊化結(jié)構(gòu)） 不需要更換引風(fēng)機(jī)、空預(yù)器 脫硝效率較低7. SNCR/SCR SNCR/SCR混合脫硝技術(shù)混合脫硝技術(shù)7.1 7.1 混合脫硝技術(shù)的布置方式一混合脫硝技術(shù)的布置方式一7.2 7.2 混合脫硝技術(shù)的布置方式二混合脫硝技術(shù)的布置方式二 尿素溶液 SNCR控制裝置SNCR噴射器催化劑小尺寸SCR反應(yīng)器去空預(yù)器 尿素補(bǔ)充噴射控制裝置 尿素補(bǔ)充噴射器均流器7.3 SNCR/SCR7.3 SNCR/SCR混合工藝技術(shù)特點(diǎn)混合工藝技術(shù)特點(diǎn)1、 相對(duì)于SCR工程造價(jià)有所降低；2、 脫硝效率高；3、 催化劑用量少，回收量

16、少； 4、 較SCR反應(yīng)器小，具有更好的空間適用性；5、 脫硝系統(tǒng)阻力小，引風(fēng)機(jī)出力?。?、 SO2/SO3轉(zhuǎn)化所引起的腐蝕和阻塞問(wèn)題??；7、 減少SCR催化劑對(duì)煤的敏感度；8、 可以安全地使用尿素作為還原劑，無(wú)需熱解系統(tǒng)；9、 分步實(shí)施，分期到位。8. 8. 脫硝還原劑的選擇脫硝還原劑的選擇8.1 8.1 液氨的特性液氨的特性）理化理化特性特性： 液氨，危險(xiǎn)品危險(xiǎn)品，無(wú)色氣體,有刺激性惡臭味。分子式NH3。 通常儲(chǔ)存的方式為加壓液化加壓液化，液態(tài)氨變氣態(tài)氨時(shí)會(huì)膨脹850倍，并形成氨云，另外液氨泄入空氣時(shí)，會(huì)形成液體氨滴，放出氨氣，其比重比空氣重，雖然它的分子量比空氣小，但它會(huì)和空氣中的水形成

17、水滴的氨氣，而形成云狀物，所以當(dāng)氨氣泄漏時(shí)，氨氣并不自然的往空中擴(kuò)散，而會(huì)在地面滯留，帶給附近民眾及現(xiàn)場(chǎng)工作人員傷害。2 2）燃燒燃燒爆炸性及腐蝕性爆炸性及腐蝕性： 蒸氣與空氣混合物爆炸極限爆炸極限16-25%(16-25%(最易引燃濃度最易引燃濃度17%)17%)，氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸遇明火會(huì)燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在,則危險(xiǎn)性更高。與硫酸或其它強(qiáng)無(wú)機(jī)酸反應(yīng)放熱,混合物可達(dá)到沸騰。泄漏時(shí)，會(huì)對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)工作的工人及住在附近社區(qū)的居民造成相當(dāng)程度的危害。 液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。不能與下列物質(zhì)共存:乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝

18、酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。 3 3） 對(duì)人體的危害性對(duì)人體的危害性： 若與氨直接接觸，會(huì)刺激皮膚，灼傷眼睛，使眼睛暫時(shí)或永久失明刺激皮膚，灼傷眼睛，使眼睛暫時(shí)或永久失明，并導(dǎo)致頭痛，惡心，嘔吐等。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)は到y(tǒng)積水（肺或喉部水腫），可能導(dǎo)致死亡可能導(dǎo)致死亡。長(zhǎng)期暴露在氨氣中，會(huì)傷肺，導(dǎo)致產(chǎn)生咳嗽或呼吸急促的支氣管炎。8.2 8.2 氨水的特性氨水的特性1） 理化特性： 有水氨（Ammonia Water)，氨溶液（15%含氨50% ），危險(xiǎn)品，分子式：NH3OH，分子量35，相對(duì)溶解度0.91，無(wú)色透明液體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味。用于脫硝的還原劑通常采用20% 29%濃度的氨水，

19、較液氨相對(duì)安全2） 燃燒爆炸性及腐蝕性： 其水溶液呈強(qiáng)堿性，強(qiáng)腐蝕性，當(dāng)空氣中氨氣在15 28%爆炸界限范圍內(nèi)，會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)性，所以氨水與液氨皆具有燃燒、爆炸及腐蝕的危害性。禁忌物：酸類、鋁、銅3）對(duì)人體的危害性： 氨水對(duì)生理組織具有強(qiáng)烈腐蝕作用，進(jìn)入人體之途徑有四種：（1）吸入方式；（2）皮膚接觸：（3）眼睛接觸：（4）吞食。其暴露途徑與液氨非常相似，而對(duì)人體的危害可能造成嚴(yán)重刺激或灼傷、角膜傷害、反胃、嘔吐、腹瀉等現(xiàn)象，也可能造成皮膚病、呼吸系統(tǒng)疾病加劇等。8.3 尿素的特性尿素的特性1）理化特性： 尿素分子式是NH2CONH2，分子量：60.06，含氮(N)通常大于46%，顯白色或淺黃

20、色的結(jié)晶體。它易溶于水，水溶液呈中性反應(yīng)，吸濕性較強(qiáng)，因在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質(zhì)，其吸濕性大大下降。2）危險(xiǎn)性： 與無(wú)水氨及有水氨相比，尿素是無(wú)毒、無(wú)害的化學(xué)品，無(wú)爆炸可能性，完全沒(méi)有危險(xiǎn)性。 尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中無(wú)需安全及危險(xiǎn)性的考量，更不須任何的緊急程序來(lái)確保安全。 使用尿素取代液氨運(yùn)用于脫硝裝置中可獲得較佳的安全環(huán)境，因?yàn)槟蛩厥窃趪娺M(jìn)混合燃燒室之后轉(zhuǎn)化成氨，實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)的，因此，可以避免氨在電廠儲(chǔ)存及管路、閥門(mén)泄露而造成的人體傷害。8.4 8.4 還原劑如何變成氨還原劑如何變成氨n 還原劑分解成氨的辦法 液氨蒸發(fā) 氨水蒸發(fā) 尿素分解n 采用SNCR工藝時(shí)，尿素可以直接噴到爐膛，不需要分解。n 采用SCR工藝時(shí)，尿素分解成氨的辦法 水解法:將尿 素以水溶液的形式加以分解 熱解法:直接快速加熱霧化后的尿素溶液進(jìn)行分解n 尿素水解法和熱解法的比較 水解法是將尿素以水溶液的形式加以分解, 跟蹤機(jī)組負(fù)荷變化的速度稍慢，水解的響應(yīng)時(shí)間約 515min。 熱解屬于直接快速加熱霧化后的 尿素溶液進(jìn)行分解, 跟蹤機(jī)組負(fù)荷變化的速度較快。熱解的響應(yīng)時(shí)間僅為 510s。8.5 尿素的熱解工藝尿素的熱解工藝 尿素?zé)峤夤に嚨姆磻?yīng)如下： CO(NH2)2 NH3 + HNCO 尿素 氨 + 異氰酸HNCO + H2O NH3 + CO2異氰酸 + 水 氨 + 二氧化碳300-6