煙氣爐內(nèi)脫硝技術(shù)推薦技術(shù)方案

1、煙氣爐內(nèi)脫硝技術(shù) 電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、焚燒爐、燃?xì)廨啓C(jī)等的煙氣會(huì)向環(huán)境排放NO和NO2等氮氧化物（通稱為“NOX”），氮氧化物（NOX）是造成大氣污染的主要污染物，目前國(guó)內(nèi)65%的NOX是燃煤產(chǎn)生的，而我國(guó)又是最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，因NOX對(duì)人體有害、引發(fā)酸雨、并且是光化學(xué)煙霧的重要產(chǎn)生原因，據(jù)專家預(yù)測(cè)，如不采取有效措施，隨著工業(yè)的發(fā)展在未來(lái)5-10年內(nèi)NOX的排放將超過(guò)SO2而成為第一大酸性污染物。NOX的排放受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制，現(xiàn)有控制NOX排放的技術(shù)主要有三種：1、分級(jí)燃燒，實(shí)施方式包括低NOX燃燒器（LNB）和燃料再燃。但分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)NOX的生成和排放控制有一定限度，LNB一般

2、只有30-50%的效率，再燃的效率約為50-60%，單采用分級(jí)燃燒難以達(dá)到NOX的排放控制標(biāo)準(zhǔn)。2、選擇性催化還原（SCR），即在催化劑表面、通過(guò)氨或尿素等含氮還原劑（N-agent）來(lái)還原NOX。一般SCR系統(tǒng)安裝在420左右的煙氣溫度范圍。雖然SCR系統(tǒng)能相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)80-90%的NOX降低率，但此方法存在的缺點(diǎn)是：需要設(shè)置催化劑反映塔、催化劑費(fèi)用高、煙氣中導(dǎo)致催化劑失效的因素較多，燃煤時(shí)催化劑的使用壽命僅約為四年，而且失效的催化劑是危險(xiǎn)固廢。3、選擇性非催化還原法（SNCR），在高溫段將還原劑噴入從而將NOX還原為分子態(tài)的氮，現(xiàn)有技術(shù)中常用的還原劑是氨和尿素，此時(shí)SNCR只在一個(gè)很狹窄

3、的溫度范圍內(nèi)（氨：900-1100;尿素：900-1500）有效。溫度更高的條件下，還原劑本身被氧化成NO；而低于最佳反映溫度時(shí)，選擇性還原反應(yīng)速度很慢從而造成未反應(yīng)的還原劑泄漏（如氨泄漏）。而且在現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)中，最佳溫度范圍（即通常被稱為“溫度窗口”）可能隨時(shí)燃燒工況的變化（如鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)）和煙道內(nèi)較大的溫度梯度的變化而發(fā)生改變，這給還原劑的噴射位置的確定帶來(lái)了很大的困難。除溫度窗口外，影響SNCR的效果的因素還有煙氣中的氧量等。目前，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)出很多種NOX的脫除工藝，在各種NOX脫除工藝中，燃煤鍋爐采用M型NOX低燃燒器及M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法，可用于爐內(nèi)主燃燒器燃燒區(qū)，

4、未燃燒燃料和還原區(qū)，完全燃燒區(qū)，高溫區(qū)和中溫區(qū)脫除NOX，且能耐受煙氣中氧量升高，脫NOX還原劑泄露少的爐內(nèi)脫NOX新技術(shù)。具有不改變鍋爐原有結(jié)構(gòu)、無(wú)需巨額的前期改造資金、不改變現(xiàn)行的鍋爐操作方式、無(wú)需占用大量的場(chǎng)地，占地面積小、脫NOX成本低、設(shè)施簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合老舊電廠進(jìn)行脫NOX技術(shù)改造。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，爐內(nèi)脫NOX效率80%。該技術(shù)可達(dá)到較高的脫NOX效率而不需要昂貴的催化劑，比采用選擇性催化還原法（SCR）和非催化性還原法（SNCR）技術(shù)的投資節(jié)省50%-70%，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用節(jié)省60%-75%，脫NOX工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，省去了還原劑氨尿素及銨鹽的添加，解決了催化劑堵塞和老化失效

5、更換的問(wèn)題，節(jié)約了大量的資源。M型低NOX燃燒器與M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的脫NOX方法，是一種無(wú)需大的設(shè)備投入，不用催化劑和免除還原劑氨泄漏，設(shè)備投資少，可用于爐內(nèi)高溫區(qū)和中溫區(qū)脫除NOX且能耐受煙氣中氧量升高、脫NOX還原劑泄露少的M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的爐內(nèi)脫NOX技術(shù)方法。一、NOX爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)某燃煤電廠3臺(tái)600MW燃燒鍋爐輻射再熱式、超臨界壓力、變壓運(yùn)行直流燃煤鍋爐，額定蒸發(fā)量為1950t/h。爐內(nèi)脫NOX系統(tǒng)采用M型低NOX燃燒器和M爐內(nèi)燃燒脫NOX2部分組成。1、 M型低NOX燃燒器（1）工作原理采用一次風(fēng)不分股的低NOX燃燒器時(shí)，一次風(fēng)的空氣/煤

6、粉比與NOX產(chǎn)生量的關(guān)系如圖1所示。圖1 一次風(fēng)的空氣/煤粉比值與NOX產(chǎn)生量的關(guān)系由圖可知：當(dāng)一次風(fēng)的空氣/煤粉比值在0-Cmax之間時(shí)，NOX的產(chǎn)生量隨空氣/煤粉比的增加而增大；在空氣/煤粉比接近Cmax時(shí)（煤中揮發(fā)性物質(zhì)完全燃燒所需要的理論空氣量與煤粉量之比），NOX的產(chǎn)生量出現(xiàn)最高值；當(dāng)空氣/煤粉比在Cmax-Cmin之間時(shí)，NOX的生產(chǎn)量隨空氣/煤粉比的增加而減少；在空氣/煤粉比接近Cmin時(shí)（煤粉完全燃燒所需要的理論空氣量與煤粉量之比），NOX的產(chǎn)生量達(dá)到最低值；當(dāng)一次風(fēng)的空氣/煤粉比Cmin，NOX的產(chǎn)生量隨空氣/煤粉比的增加而急劇增加。一般情況下，一次風(fēng)的空氣/煤粉比在C0附近

7、，有時(shí)可能達(dá)到Cmax，這主要決定于干燥煤粉和輸粉的條件。因此，采用一次風(fēng)不分股的低M型NOX燃燒器時(shí)，燃料燃燒所生成的NOX相當(dāng)于（NOX）C0，NOX的生成量就有可能接近峰值；如果減少一次風(fēng)的量，控制一次風(fēng)的空氣/煤粉比在較低水平，使煤粉在濃燃料條件下燃燒，雖然可以降低NOX的生成量，維持穩(wěn)定燃燒，但飛灰中的未燃碳將很高。反之，如果增加一次風(fēng)量，將一次風(fēng)的空氣/煤粉比控制在較高水平，使煤粉在稀燃料條件下燃燒，雖然可以減少NOX的生成量和飛灰中的未燃碳，但燃燒不穩(wěn)定。為解決類似矛盾，在一次風(fēng)不分股的SGR型低NOX燃燒器的基礎(chǔ)上，研制了M型低NOX燃燒器，將一次風(fēng)分成濃燃料和稀燃料2股，其一

8、次風(fēng)的空氣/煤粉比與NOX的生成量的關(guān)系亦如圖1所示。濃燃料燃燒的空氣/煤粉比在C1附近，生成的NOX為（NOX）c1；稀燃料燃燒的空氣/煤粉比在C2附近，生成的NOX為（NOX）c2；一次風(fēng)與粉煤燃燒生成的總NOX相當(dāng)于（NOX）PM；SGR型低NOX燃燒器生成的NOX為（NOX）c0，顯然，（NOX）PM（NOX）c0，由于濃燃料燃燒時(shí)的粉煤濃度大、著火溫度低，產(chǎn)生了易于著火的粉煤氣流，同時(shí)，濃相煤粉著火后產(chǎn)生集中的火焰，提供了稀相煤粉氣流的著火能量，既提高了著火的穩(wěn)定性，又降低了飛灰中的未燃碳。（2）組成與結(jié)構(gòu)M型低NOX燃燒器由濃燃料和稀燃料煤粉分離器、濃燃料煤粉噴嘴、稀燃料煤粉噴嘴、

9、二次風(fēng)噴嘴、再循環(huán)煙氣噴嘴、油槍噴嘴組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。（1）特點(diǎn)a采用M型低NOX燃燒器可以將NOX排放質(zhì)量濃度控制在410mg/m3（本文煙氣量均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值）以內(nèi)；b點(diǎn)火的穩(wěn)定性大大提高；c維持良好的燃燒，未燃碳較少；d鍋爐的效率和性能較使用常規(guī)燃燒器時(shí)有不同程度的提高；e燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可燃用常規(guī)的燃燒煤；f與常規(guī)的燃燒系統(tǒng)組合時(shí)，沒(méi)有因減排NOX而產(chǎn)生的專門(mén)費(fèi)用。2、 M型爐內(nèi)燃燒脫NOX法（1）工作原理鍋爐燃燒所產(chǎn)生的煙氣，大約95%的NOX是NO。在爐膛內(nèi)，NO有可能發(fā)生2種截然相反的化學(xué)反應(yīng)：a在較低的反應(yīng)溫度和較高濃度O2的條件下，NO與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成NOX。b在

10、較高的反應(yīng)溫度和較低濃度O2的條件下，NO與煤炭發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)害的N2。在發(fā)生NO還原反應(yīng)的同時(shí)，由于空氣量不足，將造成煙氣中的碳?xì)浠衔锖虲O等可燃性物質(zhì)增加。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)在NO還原反應(yīng)的下游區(qū)域，分級(jí)供給燃料完全燃燒所需要的空氣量，使得燃燒完全燃燒。M爐內(nèi)燃燒脫NOX法的基本原理如圖3所示。燃料燃燒所需要的空氣通過(guò)燃燒器噴嘴（MB）、然盡風(fēng)噴嘴（OFA）和增量風(fēng)噴嘴（AA）分3次在3個(gè)不同的燃燒區(qū)域供給，在爐膛內(nèi)形成1.主燃燒氣燃燒區(qū)2.未燃燒燃料和還原區(qū)3.完全燃燒區(qū)等3個(gè)不同的燃燒區(qū)或使得燃燒在3個(gè)不同的空氣/燃料區(qū)域內(nèi)完成，以實(shí)現(xiàn)空氣的分級(jí)燃燒，延長(zhǎng)完全燃燒的時(shí)間，降低爐

11、膛溫度水平，從而有效的抑制NOX產(chǎn)生，并保證燃料的完全燃燒。3、燃燒過(guò)程如圖3所示，M爐內(nèi)燃燒脫NOX在各個(gè)燃燒區(qū)域的燃燒過(guò)程如下：（1）主燃燒器燃燒區(qū)。在該區(qū)域，煤粉分成濃相燃料和稀相燃料2股，分別通過(guò)濃相燃料噴嘴和稀相燃料噴嘴由一次風(fēng)送入燃料室，并與二次風(fēng)在噴燃器口混合入爐燃燒，由于此燃燒區(qū)域內(nèi)空氣/燃料比較小，燃料供養(yǎng)不足、爐溫較低，不僅減少了燃料型NOX的生成量，而且很少生成熱力型NOX。其主要化學(xué)反映為：CnHm+O2CO2+H2O （1）N+O2NO （2）（2）未燃燒燃料和還原區(qū)。當(dāng)燃燒著的氣粉流與燃盡風(fēng)噴嘴（OFA）供給的燃盡風(fēng)相遇時(shí)，燃燒進(jìn)入未燃燒燃料和還原區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，

12、燃料因接觸到補(bǔ)充的空氣而進(jìn)一步燃燒，爐溫相對(duì)升高，同時(shí)，煤炭參與燃燒。由于此區(qū)域內(nèi)空氣/燃料比剛剛接近于燃燒所需要的理論空氣量，燃料供氧仍然不足，煤炭的還原能力很強(qiáng)，部分NOX被還原，因此，實(shí)際生成的NOX反而減少。主要化學(xué)反應(yīng)為：CnHm+O2H2+CO+CnHm （3）CnHm+NONhi+N2+CnHm （4） （3）完全燃燒區(qū)。在爐膛上部，通過(guò)增量風(fēng)噴嘴（AA）將燃料燃燒所需要的過(guò)量空氣送入爐膛，形成完全燃燒區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，由于過(guò)量空氣的存在，保證了煤粉的完全燃燒及鍋爐的效率，將飛灰的含碳量控制在合理的范圍內(nèi)。同時(shí)，由于過(guò)量空氣的存在煙氣中存在的過(guò)剩氧氣與游離氮結(jié)合生成部分NOX。但是

13、，此時(shí)燃燒溫度已降低，NOX的生成量是有限的。主要化學(xué)反應(yīng)為：CnHm+ O2CO2+H2O （5）CnHm+O2CO2+H2O （6）CO+H2+O2CO2+H2O （7）Nhi+ O2NO+N2 （8）3、技術(shù)特點(diǎn)（1）對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，適用于煤、油、汽等燃料：（2）不增加機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用，不用觸媒，也不需要噴氨；（3）不增加新的環(huán)境污染物；（4）鍋爐效率和煙氣量不發(fā)生變化；（5）鍋爐運(yùn)行狀況好，燃燒穩(wěn)定，能保證鍋爐的安全運(yùn)行；（6）脫NOX效率高，最高可達(dá)50%；二、M型爐內(nèi)燃燒脫NOX法的運(yùn)行與控制效果某燃煤廠13號(hào)機(jī)組600MW燃煤鍋爐采用雙爐膛、雙火球設(shè)計(jì)，同時(shí)采用M型低NOX燃燒器和

14、M型爐內(nèi)燃燒脫NOX法控制NOX。每臺(tái)爐有5層，每層布置8只，共40只，M型低NOX燃燒器，16只油燃燒器。每臺(tái)鍋爐共設(shè)計(jì)80個(gè)一次風(fēng)噴嘴、24個(gè)二次風(fēng)噴嘴、16個(gè)帶油槍的二次風(fēng)噴嘴、8個(gè)燃盡風(fēng)噴嘴（OFA）/24個(gè)增量風(fēng)噴嘴(AA),以實(shí)現(xiàn)空氣的分級(jí)燃燒，有效地抑制NOX的產(chǎn)生，同時(shí)保證燃料的完全燃燒。13號(hào)鍋爐實(shí)際運(yùn)行中NOX排放質(zhì)量濃度、鍋爐效率、飛灰中未燃燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、省煤器出口CO、省煤器出口氧量等的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.1、NOX的控制效果據(jù)調(diào)查，我國(guó)燃煤電廠中采用常規(guī)燃燒器的固態(tài)排渣鍋爐中的NOX排放質(zhì)量濃度一般在6001200mg/m3之間；而采用低NOX燃燒器的固態(tài)排渣鍋爐中，NOX

15、的排放質(zhì)量濃度一般在400500mg/m3之間。據(jù)介紹，單獨(dú)采用M型低NOX燃燒器，可以將NOX的排放質(zhì)量濃度控制在410mg/m3以內(nèi)；采用M型爐內(nèi)燃燒脫NOX法，其脫NOX效率最高可達(dá)50%。若同時(shí)采用M型低NOX燃燒器和M爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法，可以將鍋爐排煙中的NOX排放質(zhì)量濃度控制在308mg/m3以下，表1的結(jié)果表明：同時(shí)采用M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法，鍋爐煙氣中NOX的質(zhì)量濃度在250300mg/m3之間，不僅達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)的NOX308mg/m3的性能保證值，而且遠(yuǎn)低于采用常規(guī)燃燒器或僅采用低NOX燃燒器的固態(tài)排渣鍋爐的排放水平。其NOX排放濃度僅

16、相當(dāng)于火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-1996）規(guī)定值的38.46%46.15%。具有十分顯著的NOX控制效果。表1 某廠13號(hào)爐脫NOX效果測(cè)試結(jié)果三、鍋爐效率鍋爐效率的設(shè)計(jì)值為89.78%（按高位熱值計(jì)）和93.44%（按低位熱值計(jì)）。采用M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法后，實(shí)測(cè)鍋爐效率在90.35%90.91（按高位熱值計(jì)）之間。在各種負(fù)荷條件下，實(shí)測(cè)鍋爐效率均高于其性能保證值。四、飛灰中的未燃碳表1中的測(cè)試結(jié)果表明，同時(shí)采用M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法，13號(hào)鍋爐飛灰中的未燃碳在1.64%4.1%之間，與同類鍋爐飛灰中的未燃碳水平相當(dāng)

17、。同時(shí)省煤器出口CO測(cè)試值在020mg/m3之間，說(shuō)明煤粉中的可燃物已基本燃盡，鍋爐燃燒是充分的。五、鍋爐煙氣質(zhì)量實(shí)際運(yùn)行測(cè)試表明，采用了M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合的方法，在600MW負(fù)荷下，省煤器出口氧量測(cè)試值在3.1%3.2%之間，過(guò)?？諝庀禂?shù)小于1.20，在450MW負(fù)荷下，省煤器出口氧量測(cè)試值在3.8%4.6%之間，過(guò)?？諝庀禂?shù)小于1.29，在300MW負(fù)荷下，省煤器出口氧量測(cè)試值在4.9%5.4%之間，過(guò)剩空氣系數(shù)小于1.35。與未采用M型低NOX燃燒器和M型爐內(nèi)燃燒脫NOX相結(jié)合方法的600MW超臨界直流鍋爐相比，省煤器出口氧量及過(guò)?？諝庀禂?shù)相當(dāng)，說(shuō)明鍋爐煙氣量并沒(méi)有增加。六、市場(chǎng)前景(1)同時(shí)采用M型低NOX燃燒和M型爐