脫硝技術介紹

1、2013.022013.02主要內容主要內容 1. 1. NONOx x 排放控制技術排放控制技術 2. 2. NOxNOx排放政策的排放政策的情況情況 3. 3. 低低NOxNOx燃燒技術燃燒技術 4. 4. 脫脫硝技術的基本原理及分類硝技術的基本原理及分類 5. SCR5. SCR技術及其工程技術及其工程 6. SNCR6. SNCR技術及其工程技術及其工程 7. SCR/SNCR7. SCR/SNCR技術及其工程技術及其工程 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路線選擇脫硝技術路線1. 1. NONOx x 排放控制技術排放控制技術電站鍋爐電站鍋

2、爐NoNox x排放排放控制方法控制方法低低NONOx x燃燒技術燃燒技術常用的煙氣常用的煙氣脫脫硝技術硝技術空氣分級燃燒空氣分級燃燒燃料分級燃燒燃料分級燃燒煙氣再循環(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和分段燃燒合理組織了分段送風和分段燃燒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 + + 煙氣脫硝設備煙氣脫硝設備可有效控制可有效控制NONOx x排放排放SNCR/SCR

3、SNCR/SCR煙氣脫硝技術煙氣脫硝技術2. 2. NOxNOx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準火電廠大氣污染物排放標準 氮氧化物（以氮氧化物（以NO2NO2計計）排放限值為）排放限值為100mg/Nm3100mg/Nm3， 新建機組新建機組20122012年年1 1月月1 1日開始，改造機組日開始，改造機組20142014年年7 7月月1 1日開始實施；日開始實施； 排放政策給發(fā)電企業(yè)帶來了困難排放政策給發(fā)電企業(yè)帶來了困難3. 3. 低低NOxNOx燃燒技術燃燒技術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，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成NOx。當爐膛溫度在1350以上時，空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成NOx ,當溫度足夠高時,熱力型NOx 可達20 %。過量空氣系數(shù)和煙氣停留時間對熱力型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程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生成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%。過量空氣系數(shù)越高, NOx的生成和轉化率也越高。3）快速型NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成NOx。主要是指燃料中碳氫化合物在燃料濃度較高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的

5、烴,與燃燒空氣中的N2 發(fā)生反應，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氫燃料時才予以考慮。3.2 3.2 低低NOx燃燒技術燃燒技術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，幾乎沒有熱力型NOx。對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。n 為了控制燃燒過程中NOx的生成量所采取的措施原則為： 1）降低過量空氣系數(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)的停留時間等n 基于控制Nox生成的措施，有以下3種低Nox燃燒技術： 1）空氣分級燃燒 2

6、）燃料分級燃燒 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，第一級燃燒區(qū)的主要作用就是抑制NOx的生成并將燃燒過程推遲。燃燒所需的其余空氣則通過燃燒器上面的燃盡風噴口送入爐膛與第一級所產(chǎn)生的煙氣混合，完成整個燃燒過程。3.3 3.3 空氣分級燃燒空氣分級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噴口。改變再燃燒區(qū)的燃料與空氣之比是控制NOx排放量的關鍵因素。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形成三個不同的燃燒段，分別在貧燃料、富燃料和貧燃料燃盡狀態(tài)下運行。存在問題是為了減少不完全燃燒損失，需加空氣對再燃區(qū)煙氣進行三級燃燒，配風系統(tǒng)比較復雜。3.4 3.4 燃料分級燃燒燃料分級燃燒3.5 3.5 煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán) 該技術是把空氣預熱器前抽取的溫度較低的煙氣與燃燒用的空氣混合，通過燃燒器送入爐內從而降低燃燒溫度和氧的濃度，達到降低NOx生成量的目的。存在的問題是由于受燃燒穩(wěn)定性的限制，一般再循環(huán)煙氣率為1520，投資和運行費較大，占地面積大。4. 煙氣脫硝的基本原理及技術煙氣脫硝的基本原理及技術4.1 4.1 煙氣脫硝的方法煙氣脫硝的方法 由于爐內低氮燃燒技術

8、的局限性， 對于燃煤鍋爐，采用改進燃燒技術可以達到一定的除NOx 效果，但脫除率一般不超過60%。使得NOx 的排放不能達到令人滿意的程度，為了進一步降低NOx 的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。 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，設備過于龐大，再生頻繁，應用也不廣泛。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)生中和反應生成氨的硫酸及硝酸鹽類，從而達到凈化煙氣的目的。 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，缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NOx 經(jīng)還原后成為無毒的N2和O2，脫硝的副產(chǎn)品便于處理；NH3對煙氣中的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三種干法脫硝的

10、基本原理及技術nSCR煙氣脫硝技術 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害的氮氣和水。nSNCR煙氣脫硝技術 SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) 在無催化劑的作用下，利用還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水。nSNCR/SCR煙氣脫硝技術 以上兩種方法的結合。5 5、SCRSCR技術及其工程技術及其工程SCRSCR的技術原理的技術原理反應原理：NOx + 還原劑 氮氣 + 水反應溫度：300400還原劑：液氨、氨水、尿素催化劑：采用催化劑，需要催化反應

11、器反應器布置: 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反應器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間。（見下圖） 優(yōu)點是煙氣溫度高，滿足了催化劑活性要求。 缺點是煙氣中的飛灰含量高，對催化劑的防磨損和防堵塞的性能要求較高。2. 對于“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反應溫度的要求，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空預器空預器液氨儲藏罐液氨儲藏罐氨氨-空氣混合器空氣混合器氨蒸發(fā)器氨蒸發(fā)器稀釋空氣風機稀釋空氣風機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溫度后與水反應生成氨氣；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

13、蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發(fā)槽中加熱成氨氣，然后與稀釋風機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、燃氣型按載體材料： 金屬載體催化劑和陶瓷載體催 化劑、均質和非均質按催化劑金屬： 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行問題運行問題煤灰影響灰量大，煤種變化，質量變化，混燒煤，對氨逃逸(NH3 Slip)及SCR催化劑的適用及風險。催化劑對砷、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層間尺寸的催化劑。 催化劑結構可以適應不同壓降、燃料和煙氣成分要求,滿足工程選擇 。 SO2/SO3轉化而導致空預器的堵塞/腐蝕流場問題 流場對脫硝效率/氨逃逸率的影響 流場對催化劑壽命的影響6.1 SNCR的技術原理的技術原理q反應反應原理：原理：NOxNOx + + 還原劑還原劑 氮氣氮氣 + + 水水q反應溫度：反應溫度：85085012001200q還原劑：氨、尿素還原劑：氨、尿素q催化劑：不用催化劑，鍋爐爐膛作為反應器，不需要另催化劑：不用催化劑，鍋爐爐膛作為反應器，不需要另外的反應器外的反應器6.3 SNCR6.3 SNCR技術特點技術特點 占地面積小

15、不使用催化劑 投資省，運行費用較低 對煤種變化不敏感 建設周期短，施工簡單（模塊化結構） 不需要更換引風機、空預器 脫硝效率較低7. SNCR/SCR SNCR/SCR混合脫硝技術混合脫硝技術7.1 7.1 混合脫硝技術的布置方式一混合脫硝技術的布置方式一7.2 7.2 混合脫硝技術的布置方式二混合脫硝技術的布置方式二 尿素溶液 SNCR控制裝置SNCR噴射器催化劑小尺寸SCR反應器去空預器 尿素補充噴射控制裝置 尿素補充噴射器均流器7.3 SNCR/SCR7.3 SNCR/SCR混合工藝技術特點混合工藝技術特點1、 相對于SCR工程造價有所降低；2、 脫硝效率高；3、 催化劑用量少，回收量少

16、； 4、 較SCR反應器小，具有更好的空間適用性；5、 脫硝系統(tǒng)阻力小，引風機出力??；6、 SO2/SO3轉化所引起的腐蝕和阻塞問題??；7、 減少SCR催化劑對煤的敏感度；8、 可以安全地使用尿素作為還原劑，無需熱解系統(tǒng)；9、 分步實施，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，危險品危險品，無色氣體,有刺激性惡臭味。分子式NH3。 通常儲存的方式為加壓液化加壓液化，液態(tài)氨變氣態(tài)氨時會膨脹850倍，并形成氨云，另外液氨泄入空氣時，會形成液體氨滴，放出氨氣，其比重比空氣重，雖然它的分子量比空氣小，但它會和空氣中的水形成水

17、滴的氨氣，而形成云狀物，所以當氨氣泄漏時，氨氣并不自然的往空中擴散，而會在地面滯留，帶給附近民眾及現(xiàn)場工作人員傷害。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%)，氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質存在,則危險性更高。與硫酸或其它強無機酸反應放熱,混合物可達到沸騰。泄漏時，會對在現(xiàn)場工作的工人及住在附近社區(qū)的居民造成相當程度的危害。 液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。不能與下列物質共存:乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸

18、、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。 3 3） 對人體的危害性對人體的危害性： 若與氨直接接觸，會刺激皮膚，灼傷眼睛，使眼睛暫時或永久失明刺激皮膚，灼傷眼睛，使眼睛暫時或永久失明，并導致頭痛，惡心，嘔吐等。嚴重時，會導致?lián)は到y(tǒng)積水（肺或喉部水腫），可能導致死亡可能導致死亡。長期暴露在氨氣中，會傷肺，導致產(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% ），危險品，分子式：NH3OH，分子量35，相對溶解度0.91，無色透明液體，有強烈的刺激性氣味。用于脫硝的還原劑通常采用20% 29%濃度的氨水，較

19、液氨相對安全2） 燃燒爆炸性及腐蝕性： 其水溶液呈強堿性，強腐蝕性，當空氣中氨氣在15 28%爆炸界限范圍內，會有爆炸的危險性，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）對人體的危害性： 氨水對生理組織具有強烈腐蝕作用，進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，而對人體的危害可能造成嚴重刺激或灼傷、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%，顯白色或淺黃色

20、的結晶體。它易溶于水，水溶液呈中性反應，吸濕性較強，因在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質，其吸濕性大大下降。2）危險性： 與無水氨及有水氨相比，尿素是無毒、無害的化學品，無爆炸可能性，完全沒有危險性。 尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性的考量，更不須任何的緊急程序來確保安全。 使用尿素取代液氨運用于脫硝裝置中可獲得較佳的安全環(huán)境，因為尿素是在噴進混合燃燒室之后轉化成氨，實現(xiàn)氧化還原反應的，因此，可以避免氨在電廠儲存及管路、閥門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，尿素可以直接噴到爐膛，不需要分解。n 采用SCR工藝時，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, 跟蹤機組負荷變化的速度稍慢，水解的響應時間約 515min。 熱解屬于直接快速加熱霧化后的 尿素溶液進行分解, 跟蹤機組負荷變化的速度較快。熱解的響應時間僅為 510s。8.5 尿素的熱解工藝尿素的熱解工藝 尿素熱解工藝的反應如下： CO(NH2)2 NH3 + HNCO 尿素 氨 + 異氰酸HNCO + H2O NH3 + CO2異氰酸 + 水 氨 + 二氧化碳300-65