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 circulating fluidized bed power plant characteristics of the structure and composition， work

2、ing 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 performance and

3、features， and explainsKey words: current circulating、bed power plant、combustion of pulverized、boiler control system.一 引言近年來(lái)能源利用造成的環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，其中礦物燃料的燃燒所排放出來(lái)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(chēng)。我國(guó)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NOX排放量占各種燃燒裝置NOX排放量總和的一半以上，而且80

4、%左右是煤粉鍋爐排放的2。國(guó)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)（GB132232003）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)Vdaf<10%時(shí)，NOx 排放濃度限值為1100 mg/m3；當(dāng)10%<Vdaf<20%時(shí)，排放濃度限值為650 mg/m3；當(dāng)Vdaf>20%時(shí)，排放濃度限值為450 mg/m3。據(jù)調(diào)查3，我國(guó)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 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(shuō)

5、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(guó)氮氧化物的排放量中70來(lái)自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國(guó)的燃煤大戶(hù)，因此火力發(fā)電廠是NOx 排放的主要來(lái)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蒒Ox；（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；（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。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(méi)有熱力

6、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。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(lèi)，一次措施是通過(guò)各種技術(shù)手段降低燃燒過(guò)程中的NOx 生成量；二次措施是將已經(jīng)生成的NOx通過(guò)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(guò)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?chē)难鯘舛取０ǎ簻p少爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)，以減少爐內(nèi)

7、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(guò)均相或多相反應(yīng)而被還原分解。在過(guò)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(chēng)燃料再燃技術(shù) (Returning Technology)。是指

8、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燃燒將80%85%的燃料送入主燃區(qū)，在空氣過(guò)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(guò)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

9、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(lèi)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(zhǎng)足的發(fā)展。一般，采用燃料分級(jí)的方法可以達(dá)到30%以上的脫銷(xiāo)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(lèi)、再燃比例、再燃區(qū)的空氣過(guò)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)

10、，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(wú)機(jī)鹽（尤其是堿金屬）助催化劑通過(guò)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(wú)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

11、等其它低NOX燃燒技術(shù)帶來(lái)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(jiǎn)單，投資較少；無(wú)一次污染。3.2 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是美國(guó)在20世紀(jì)50年代首先發(fā)展起來(lái)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(guò)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(guò)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N

12、OX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%。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(wèn)題。分級(jí)燃燒可以分成兩類(lèi)。一類(lèi)是燃燒室(爐內(nèi))中的分級(jí)燃燒；另一類(lèi)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(zhǎng)，如果組織不好，還會(huì)容易引起爐膛受熱面結(jié)渣和過(guò)熱器超溫，同時(shí)還原性分為還會(huì)導(dǎo)致受熱面的腐蝕?？諝夥旨?jí)再燃的影響因素主要有：第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)1，要正確地

13、選擇第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)，以保證這一區(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(zhǎng)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300400)經(jīng)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)回抽(多

14、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(wú)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(guò)多的再循環(huán)煙氣還可能導(dǎo)致火焰的小穩(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

15、環(huán)法降低NOX排放的效果與燃料種類(lèi)、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NOX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

16、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(guò)設(shè)計(jì)特殊的燃燒器結(jié)構(gòu)來(lái)改變?nèi)紵鞒隹谔幍娘L(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(guò)燃燒器就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)燃燒、還原、燃盡三個(gè)過(guò)程，從而設(shè)計(jì)出低NOX燃燒器。它可以用來(lái)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(kāi)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(guó)家的許多鍋爐制造

17、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(kāi)發(fā)了不同類(lèi)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(guò)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。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(guó)巴布科克(Deutche Babcock)公司的WB、WSF、DS型燃燒器8，德國(guó)斯坦繆勒(Steinmuller)公司設(shè)計(jì)的SM低NOX燃燒器8，

18、福斯特惠勒(Foster Wheeler)公司的CF/SF低NOX燃燒器9，美國(guó)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(guò)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(guó)ABB-CE公司開(kāi)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、

19、德國(guó)EVT公司的Vapour燃燒器、我國(guó)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(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)出的各種低NOX燃燒器都取得了可喜的實(shí)績(jī)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過(guò)10余年的努力

20、，開(kāi)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(guó)家重點(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(kāi)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(lèi)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(guò)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(guò)剩氧量減少，從而降低燃燒過(guò)程中NOX的生成量。在低過(guò)量

21、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(guò)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(guò)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(guò)量空氣量范圍時(shí)，必須兼顧燃燒效率、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(guò)充分證

22、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(lái)國(guó)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(guò)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(guò)濃燃燒。無(wú)論是過(guò)濃或者過(guò)淡燃燒，燃燒時(shí)都不等于1，前者1，后者1，故又稱(chēng)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

23、煤粉流分離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N(xiāo)OX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蒒Ox；（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；（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。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(méi)有熱力型NOx。對(duì)常規(guī)燃煤

24、鍋爐而言，NOx 主要通過(guò)燃料型生成途徑而產(chǎn)生?？刂芅Ox 排放的技術(shù)指標(biāo)可分為一次措施和二次措施兩類(lèi)，一次措施是通過(guò)各種技術(shù)手段降低燃燒過(guò)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(guò)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(chēng)選擇性非催化還原法（SNCR），是在無(wú)催化劑存在條件下向爐內(nèi)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（9001000），在NH3/NO

25、x 摩爾比23 情況下，脫硝效率3050。在950左右溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)式為：4NH3+4NOO24N2+6H2O當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會(huì)生成NO：4NH3+5O24NO+6H2O當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，又會(huì)減慢反應(yīng)速度，所以溫度的控制是至關(guān)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(wèn)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)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

26、幾類(lèi)。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(guò)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(zhǎng)壽命等問(wèn)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(wèn)題；目前脫硝效率高，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。4.2 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）是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術(shù)。1975 年在日本Shimoneski

27、 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N(xiāo)Ox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(guó)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(guó)內(nèi)外電站脫硝比較成熟的主流技術(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(chēng)為“選擇性”。主要反應(yīng)如下：4NH3+4NOO24N2+6H2O4NH3+2NO2O26N2+6H2OSCR 系統(tǒng)包括催化

28、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、SO3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)

29、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(guò)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(chēng)為氨逃逸，NOx 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SCR 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

30、；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TiO2 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。4.2.4 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(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)，形成氨氣和水蒸汽

31、；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。4.2.5 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(lài)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(mǎn)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）

32、 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(zhǎng)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；（3） 研究并開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的催化劑。針對(duì)我國(guó)高灰、高重金屬的煤燃料，開(kāi)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(guó)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(guó)蘊(yùn)量豐富的稀土資源來(lái)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(guó)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。SCR 法關(guān)鍵是催化劑的選擇和煙氣流場(chǎng)優(yōu)化；SNCR 法關(guān)鍵是爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)的研究?？衫肅FD 數(shù)學(xué)模擬和實(shí)體物理模型來(lái)系統(tǒng)研究溫度場(chǎng)和流場(chǎng)；（5） 建立示范工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究。采用與國(guó)外技術(shù)方和國(guó)內(nèi)其他相關(guān)部門(mén)聯(lián)合先在商業(yè)鍋爐上進(jìn)行脫硝示范點(diǎn)建設(shè)，在裝置運(yùn)行過(guò)程中