低氮、脱硝讲义

1、1燃煤污染控制燃煤污染控制 脱硝技术脱硝技术 1 概述概述2 低低NOx燃烧技术燃烧技术3 炉膛喷射脱硝炉膛喷射脱硝4 烟气脱硝烟气脱硝21 概述概述1、煤的燃烧方式对、煤的燃烧方式对NOx排放的影响排放的影响探讨生成规律可以知道，探讨生成规律可以知道，NOx的生成及破坏的生成及破坏与以下因素有关：与以下因素有关： 1)煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量，燃煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量，燃料比料比FC/V以及以及V-H/V-N等。等。2)燃烧温度。燃烧温度。3)炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，氮气，NOx和和CHi的含量。的含量。4)燃料

2、及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。留时间。3不同燃煤设备所生成的不同燃煤设备所生成的NOx的原始排放值及为达的原始排放值及为达到环境保护标准所需的到环境保护标准所需的NOx降低率降低率020406080100120020040060080010001200140016001800NOx排放值( m g /m3)NOx降低率( % )循环床链条炉抛煤机炉鼓泡床固态除渣煤粉炉液态除渣煤粉炉举例：固态除渣煤粉炉，当要求举例：固态除渣煤粉炉，当要求NOx排放值为排放值为650mg/m3时，所需的时，所需的NOx降低率为降低率为36%42、低、低NOx排放主

3、要技术措施排放主要技术措施1. 改变燃烧条件：包括低过量空气燃烧法，改变燃烧条件：包括低过量空气燃烧法，空气分级燃烧法，燃料分级燃烧法，烟空气分级燃烧法，燃料分级燃烧法，烟气再循环法。气再循环法。2. 炉膛喷射脱硝：包括喷氨及尿素，喷入炉膛喷射脱硝：包括喷氨及尿素，喷入水蒸汽，喷入二次燃料。水蒸汽，喷入二次燃料。 3. 烟气脱硝：烟气脱硝：4. 干法脱硝。干法脱硝。(烟气催化脱硝，电子束照烟气催化脱硝，电子束照射烟气脱硝射烟气脱硝)5. 湿法脱硝。湿法脱硝。5凡通过改变燃烧条件来控制燃烧关键参数，凡通过改变燃烧条件来控制燃烧关键参数，以抑制生成或破坏已生成的以抑制生成或破坏已生成的NOx达到减

4、少排达到减少排放的技术称为低放的技术称为低NOx燃烧技术燃烧技术在各种降低在各种降低NOx排放的技术中，低排放的技术中，低NOx燃烧燃烧技术是采用最广、相对简单、经济并且是有技术是采用最广、相对简单、经济并且是有效的方法效的方法 1.低过量空气燃烧低过量空气燃烧2.空气分级燃烧空气分级燃烧 3.燃料分级燃烧燃料分级燃烧4.烟气再循环烟气再循环2 低低NOx燃烧技术燃烧技术6 使燃烧过程尽可能地在接近理论空使燃烧过程尽可能地在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制量氧的减少，可以抑制NOx的生成，的生成，采用低过量空气燃烧可以降低采用低过量空气

5、燃烧可以降低NOx排放排放15%20% 1、低过量空气燃烧、低过量空气燃烧 7煤粉燃烧时一次风比煤粉燃烧时一次风比例和烟气中飞灰含碳例和烟气中飞灰含碳量与量与NOx含量的关系含量的关系 炉内氧的浓度过低，低于炉内氧的浓度过低，低于3%以下时，会造成以下时，会造成CO浓浓度的急剧增加，从而大大度的急剧增加，从而大大增加化学未完全燃烧热损增加化学未完全燃烧热损失。同时，也会引起飞灰失。同时，也会引起飞灰含碳量的增加，燃烧效率含碳量的增加，燃烧效率将会降低将会降低 此外，低氧浓度会使炉膛此外，低氧浓度会使炉膛内的某些地区成为还原性内的某些地区成为还原性气氛，从而降低灰熔点，气氛，从而降低灰熔点，引起

6、炉壁结渣与腐蚀引起炉壁结渣与腐蚀8煤粉燃烧时一次风比例和烟气中飞灰煤粉燃烧时一次风比例和烟气中飞灰含碳量与含碳量与NOx含量的关系含量的关系01234567890.80.911.11.21.31.4一次风比例飞灰含碳量012345678910烟气中NOx含量9基本原理基本原理将燃料的燃烧过程分阶段完成将燃料的燃烧过程分阶段完成一级燃烧：一级燃烧： 将供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的将供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70%75%，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。过量空气系数件下燃烧。过量空气系数a a1，降低了燃烧区，降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平

7、，而且在还原性气氛内的燃烧速度和温度水平，而且在还原性气氛中降低了生成中降低了生成NOx的反应率，抑制了的反应率，抑制了NOx的生的生成量成量。二级燃烧：二级燃烧： 其余空气其余空气与与一级燃烧区产生的烟气混合，在一级燃烧区产生的烟气混合，在a a 1的条件下完成全部燃烧过程的条件下完成全部燃烧过程。 2、空气分级燃烧、空气分级燃烧 10 空气分级燃烧弥补了低过量空气燃空气分级燃烧弥补了低过量空气燃烧的缺点。烧的缺点。 但若第一级和第二级的空气比例分但若第一级和第二级的空气比例分配不当，则会增加不完全燃烧损失。配不当，则会增加不完全燃烧损失。 同时，在煤粉炉第一级燃烧区内的同时，在煤粉炉第一级

8、燃烧区内的还原性气氛也存在着使灰熔点降低还原性气氛也存在着使灰熔点降低而引起结渣，或引起受热面腐蚀的而引起结渣，或引起受热面腐蚀的问题。问题。 11一级燃一级燃烧区内烧区内过量空过量空气系数气系数燃料中燃料中氮含量氮含量与与NOx生成量生成量的关系的关系 12大型煤粉锅炉空气分级燃烧效果举例大型煤粉锅炉空气分级燃烧效果举例13 空气分级燃烧中，第二阶段完全燃空气分级燃烧中，第二阶段完全燃烧所需的其余空气将通过布置在主烧所需的其余空气将通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口燃烧器上方的专门空气喷口OFA（Over Fire Air）”火上风火上风”喷入炉喷入炉膛。为了保证既能减少膛。为了保证既能减

9、少排放，又能排放，又能保证锅炉燃烧的经济、可靠性，必保证锅炉燃烧的经济、可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。须正确组织空气分级燃烧过程。14煤粉炉燃烧器前墙布置时煤粉炉燃烧器前墙布置时“ 火上火上风风”(OFA)喷口布置的示意图喷口布置的示意图“火上风”喷口一次风煤粉和二次风15一级燃烧区内过量空气系数、燃料中一级燃烧区内过量空气系数、燃料中氮含量与氮含量与NOx生成量的关系生成量的关系01002003004005006001.31.21.110.90.8一级燃烧区过量空气系数a 1NOx (ppm)(6% O2)N:1.0%N:1.15%N:2.6%16 已生成的已生成的NO在遇到烃根在遇

10、到烃根CHi和末完全燃烧产物和末完全燃烧产物CO，H2，C和和CnHm时，会发生时，会发生NO的还原反应，的还原反应，反应式为：反应式为：4NO十十CH42N2十十CO2十十H2O2NO十十2CnHm十十(2n十十m/2-1)O2N2十十2nCO2十十mH2O2NO十十2CON2十十2CO22NO十十2CN2十十2CO2NO十十2H2N2十十2H2O3、燃料分级燃烧、燃料分级燃烧 17 利用这一原理，将利用这一原理，将80%85%燃料送燃料送入一级燃烧区，在入一级燃烧区，在a a1条件下燃烧生条件下燃烧生成，送入一级区的燃料称为一级燃成，送入一级区的燃料称为一级燃料；其余料；其余15%20%则

11、在主燃烧器上则在主燃烧器上部送入二级燃烧区，在部送入二级燃烧区，在a a 1条件下条件下形成还原性气氛，使形成还原性气氛，使NO还原。二级还原。二级燃烧区又称再燃区。燃烧区又称再燃区。18一次燃烧区：一次燃烧区： 一次燃料，在一次燃料，在a a1的条件下燃烧并生成的条件下燃烧并生成NOx。 再燃烧区：再燃烧区： 二次燃料，在二次燃料，在a a 1的条件下形成很强的的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的的NOx被还原成氮分子被还原成氮分子(N2)。燃尽区：燃尽区： 最后再送入二次风，在最后再送入二次风，在a a 1的条件下将的条件下将未完全燃烧产

12、物的燃尽未完全燃烧产物的燃尽 。 19燃料分级燃烧燃料分级燃烧原理示意图原理示意图 20不同种不同种类的二类的二次燃料次燃料和再燃和再燃区内过区内过量空气量空气系数系数a a2及及NOx浓度的浓度的关系关系 212223 将锅炉尾部烟气再送入炉内，降低将锅炉尾部烟气再送入炉内，降低了氧气浓度，降低燃烧温度，从而了氧气浓度，降低燃烧温度，从而降低降低NOx的排放浓度。的排放浓度。 4、烟气再循环、烟气再循环 24烟气再循环的烟气再循环的不足之处不足之处 由于循环烟气量的增加，燃烧会趋由于循环烟气量的增加，燃烧会趋于不稳定，而且末完全燃烧热损失于不稳定，而且末完全燃烧热损失会增加。会增加。 增加循

13、环风机、烟道，增大投资，增加循环风机、烟道，增大投资，系统也较复杂。系统也较复杂。25锅炉烟气再循环锅炉烟气再循环系统示意图系统示意图 26烟气再循环率与烟气再循环率与NOx降低率的关系降低率的关系1燃料为煤气或轻油；燃料为煤气或轻油；2重油锅炉和液态排渣煤粉炉重油锅炉和液态排渣煤粉炉3 3固态排渣煤粉炉固态排渣煤粉炉 27不同煤燃烧设备的低不同煤燃烧设备的低NOx燃烧技术比较燃烧技术比较 2829 向炉膛喷射某种物质来还原已生成的向炉膛喷射某种物质来还原已生成的NOx，从，从以降低以降低NOx的排放量。包括喷水、喷射二次燃的排放量。包括喷水、喷射二次燃料和喷氨等料和喷氨等1、喷水法、喷水法

14、但一氧化氮氧化较困难，需喷入臭氧或高锰酸但一氧化氮氧化较困难，需喷入臭氧或高锰酸钾，不现实。钾，不现实。2、喷二次燃料：、喷二次燃料： 即前述燃料分级燃烧，但二次燃料不会仅选择即前述燃料分级燃烧，但二次燃料不会仅选择NO反应，还会与氧气反应，使烟气温度上升反应，还会与氧气反应，使烟气温度上升3 炉膛喷射脱硝炉膛喷射脱硝303、喷氨法（尿素等氨基还原剂）、喷氨法（尿素等氨基还原剂） 4NH3十十4NO十十O26H2O十十4N2 4NH3十十2NO2十十O26H2O十十3N2 4NH3十十6NO6H2O十十5N2 8NH3十十6NO212H2O十十7N2 由于氨只和烟气中由于氨只和烟气中NOx反应

15、，而一般不反应，而一般不和氧反应，这种方法亦称选择性非催化和氧反应，这种方法亦称选择性非催化剂吸收（剂吸收（SNCR）法。但不用催化剂，氨）法。但不用催化剂，氨还原还原NO仅在仅在950 1050这一狭窄范这一狭窄范围内进行，故喷氨点应选择在炉膛上部围内进行，故喷氨点应选择在炉膛上部对应位置。对应位置。31 采用炉膛喷射脱硝，喷射点必须在采用炉膛喷射脱硝，喷射点必须在950 1050 之间。之间。 喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行、使用最少量氨达到最原反应充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要条件。好效果的重要条件。 若喷入的氨未充分反应，则

16、泄漏的氨会若喷入的氨未充分反应，则泄漏的氨会到锅炉炉尾部受热面，不仅使烟气飞灰到锅炉炉尾部受热面，不仅使烟气飞灰容易沉积在受热面，且烟气中氨遇到三容易沉积在受热面，且烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫酸氨（粘性，易堵塞空氧化硫会生成硫酸氨（粘性，易堵塞空气预热器，并有腐蚀危险）。气预热器，并有腐蚀危险）。32炉内喷氨脱硝优缺点炉内喷氨脱硝优缺点 非催化喷氨脱硝法投资少，运行费非催化喷氨脱硝法投资少，运行费用也低。用也低。 但反应温度范围狭窄；但反应温度范围狭窄； 要有良好的混合及反应空间和反应要有良好的混合及反应空间和反应时间的条件；时间的条件； 当要求较高的脱除率时，会造成当要求较高的脱除率时，会

17、造成NH3泄泄漏量过大等问题。漏量过大等问题。33选择性非催化脱硝法选择性非催化脱硝法(SNCR)炉墙上炉墙上多层氨喷口位置示意图多层氨喷口位置示意图喷入氨/尿素燃烧器烟气1050oC-950oC344 烟气脱硝烟气脱硝一、干法烟气脱硝一、干法烟气脱硝1. 使用催化剂来促进还原反应的选择性催化使用催化剂来促进还原反应的选择性催化脱硝法脱硝法SCR ( Selective Catalytic Reduction ) 2. 电子束照射法电子束照射法3. 同时脱硫脱硝法同时脱硫脱硝法 各种低燃烧技术是降低燃煤锅炉排放值最主要亦各种低燃烧技术是降低燃煤锅炉排放值最主要亦较经济的技术。但一般只降低排放较

18、经济的技术。但一般只降低排放50%左右。据左右。据环保法对排放的要求，应低于环保法对排放的要求，应低于40%方可，故应考方可，故应考虑燃烧后的烟气脱硝处理技术虑燃烧后的烟气脱硝处理技术351. 烟气烟气SCR脱硝法脱硝法烟气烟气SCR脱硝法采用催化剂促进氨与脱硝法采用催化剂促进氨与NO还原还原反应。若使用钛和铁氧化物类催化剂，其反反应。若使用钛和铁氧化物类催化剂，其反应温度为应温度为300400 ，当采用活性焦炭时，当采用活性焦炭时，其反应温度为其反应温度为100150根据反应器在锅炉尾部烟道的位置，有三种根据反应器在锅炉尾部烟道的位置，有三种方案方案:(1)在空气预热器前在空气预热器前350

19、位置位置(2)在静电除尘器和空气预热器之间在静电除尘器和空气预热器之间(3)布置在布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后36SCR喷氨法喷氨法催化剂反应器催化剂反应器(SCR反应器反应器) 置于空气预热器前的高尘烟气中置于空气预热器前的高尘烟气中锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器去湿法烟气脱硫系统NH3空气NH3NH3+空气37 此时，烟气中含有飞灰、二氧化硫、故反应器此时，烟气中含有飞灰、二氧化硫、故反应器在在“不干净不干净”的高尘烟气中。但此处温度在的高尘烟气中。但此处温度在300500之间，适用于多数之间，适用于多数催化剂，催化剂，但寿但寿命受下列因素

20、影响命受下列因素影响: 烟气飞灰中烟气飞灰中Na，K，Ca，Si，As会使会使催化剂催化剂中中毒或污染毒或污染 飞灰对飞灰对催化剂催化剂反应器的磨损和使反应器的磨损和使催化剂催化剂反应器反应器蜂窝堵塞蜂窝堵塞 如烟气温度升高，会使如烟气温度升高，会使催化剂催化剂烧结或使之再结烧结或使之再结晶失效晶失效 如烟气温度降低，氨会和三氧化硫生成硫酸氢，如烟气温度降低，氨会和三氧化硫生成硫酸氢，堵塞烟道堵塞烟道 高活性高活性催化剂催化剂会使二氧化硫氧化成三氧化硫会使二氧化硫氧化成三氧化硫38SCR喷氨法喷氨法催化剂反应器催化剂反应器置于空气预热器与静电除尘器之间置于空气预热器与静电除尘器之间锅炉锅炉静电

21、除静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3储罐储罐蒸发器蒸发器NH3NH3+空气空气湿法烟湿法烟气脱硫气脱硫系统系统空气空气去烟囱去烟囱空气空气39SCR喷氨法喷氨法催化剂反应器催化剂反应器布置在布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后锅炉锅炉静电除静电除尘器尘器SCR反应器反应器空气预热器空气预热器NH3储罐储罐蒸发器蒸发器NH3NH3+空气空气湿法烟湿法烟气脱硫气脱硫系统系统空气空气气气/气加热器气加热器去烟囱去烟囱空气空气气气/油燃烧器油燃烧器或蒸汽换热器或蒸汽换热器40 布置在静电除尘器和空气预热器之间布置在静电除尘器和空气预热器之间 布置在布置在FGD（湿法烟气脱硫装置）之后（湿法烟气脱硫装置）之后其优点显而易见，此时可使用高活性其优点显而易见，此时可使用高活性催催化剂，化剂，且结构紧凑，其寿命较长。问题：且结构紧凑，其寿命较长。问题：反应器在反应器在FGD之后之后,温度仅有温度仅有5060，故需加热升温故需加热升温 与与SNCR一样，一样，SCR也应注意喷氨量的控也应注意喷氨量的控制制412. 同时脱硫脱硝法同时脱硫脱硝法硫化物、硝化物和粉尘联