脱硝技术介绍

1、2013.022013.02主要内容主要内容 1. 1. NONOx x 排放控制技术排放控制技术 2. 2. NOxNOx排放政策的排放政策的情况情况 3. 3. 低低NOxNOx燃烧技术燃烧技术 4. 4. 脱脱硝技术的基本原理及分类硝技术的基本原理及分类 5. SCR5. SCR技术及其工程技术及其工程 6. SNCR6. SNCR技术及其工程技术及其工程 7. SCR/SNCR7. SCR/SNCR技术及其工程技术及其工程 8. 8. 脱脱硝还原剂的选择硝还原剂的选择 9. 9. 如何如何选择脱硝技术路线选择脱硝技术路线1. 1. NONOx x 排放控制技术排放控制技术电站锅炉电站锅

2、炉NoNox x排放排放控制方法控制方法低低NONOx x燃烧技术燃烧技术常用的烟气常用的烟气脱脱硝技术硝技术空气分级燃烧空气分级燃烧燃料分级燃烧燃料分级燃烧烟气再循环烟气再循环选择性催化还原选择性催化还原SCRSCR选择性非催化还原选择性非催化还原SNCRSNCR循环流化床（循环流化床（CFBCFB）锅炉）锅炉u合理组织了分段送风和分段燃烧合理组织了分段送风和分段燃烧u燃烧温度较低燃烧温度较低u产生产生NONOx x量在量在200-300mg/m200-300mg/m3 3以下以下CFBCFB锅炉锅炉 + + 烟气脱硝设备烟气脱硝设备可有效控制可有效控制NONOx x排放排放SNCR/SCR

3、SNCR/SCR烟气脱硝技术烟气脱硝技术2. 2. NOxNOx排放政策的情况排放政策的情况n最新的最新的火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准 氮氧化物（以氮氧化物（以NO2NO2计计）排放限值为）排放限值为100mg/Nm3100mg/Nm3， 新建机组新建机组20122012年年1 1月月1 1日开始，改造机组日开始，改造机组20142014年年7 7月月1 1日开始实施；日开始实施； 排放政策给发电企业带来了困难排放政策给发电企业带来了困难3. 3. 低低NOxNOx燃烧技术燃烧技术3.1 3.1 燃烧形成的燃烧形成的NOx可分为燃料型、热力型和快速型可分为燃料型、热力型和快

4、速型3种。种。1）热力型NOx，指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx。当炉膛温度在1350以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx ,当温度足够高时,热力型NOx 可达20 %。过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx 的生成有很大影响。2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx。其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%90%。过量空气系数越高, NOx的生成和转化率也越高。3）快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的

5、烃,与燃烧空气中的N2 发生反应，形成的CN和HCN继续氧化而生成的NOx。在燃煤锅炉中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。3.2 3.2 低低NOx燃烧技术燃烧技术n 在以上三种形式中，快速型NOx所占比例不到5；在温度低于1300时，几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。n 为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原则为： 1）降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧 2）降低燃烧温度，防止产生局部高温区 3）缩短烟气在高温区的停留时间等n 基于控制Nox生成的措施，有以下3种低Nox燃烧技术： 1）空气分级燃烧 2

6、）燃料分级燃烧 3）烟气再循环把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的70左右，从而即降低了燃烧区的氧浓度也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，完成整个燃烧过程。3.3 3.3 空气分级燃烧空气分级燃烧在主燃烧器形成的初始燃烧区的上方喷入二次燃料，形成富燃料燃烧的再燃区，NOx进入本区将被还原成N2。为了保证再燃区不完全燃烧产物的燃尽，在再燃区的上面还需布置燃尽风喷口。改变再燃烧区的燃料与空气之比是控制NOx排放量的关键因素。在再燃烧系统中，分段供给的燃

7、料和燃烧用空气在炉内形成三个不同的燃烧段，分别在贫燃料、富燃料和贫燃料燃尽状态下运行。存在问题是为了减少不完全燃烧损失，需加空气对再燃区烟气进行三级燃烧，配风系统比较复杂。3.4 3.4 燃料分级燃烧燃料分级燃烧3.5 3.5 烟气再循环烟气再循环 该技术是把空气预热器前抽取的温度较低的烟气与燃烧用的空气混合，通过燃烧器送入炉内从而降低燃烧温度和氧的浓度，达到降低NOx生成量的目的。存在的问题是由于受燃烧稳定性的限制，一般再循环烟气率为1520，投资和运行费较大，占地面积大。4. 烟气脱硝的基本原理及技术烟气脱硝的基本原理及技术4.1 4.1 烟气脱硝的方法烟气脱硝的方法 由于炉内低氮燃烧技术

8、的局限性， 对于燃煤锅炉，采用改进燃烧技术可以达到一定的除NOx 效果，但脱除率一般不超过60%。使得NOx 的排放不能达到令人满意的程度，为了进一步降低NOx 的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。 目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为湿法、半干法和干法3 类。 湿法有臭氧氧化吸收法等。湿法脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。脱硝效率低，净化效果差。 半干法有活性炭联合脱硫脱硝法。该方法虽然脱硝效率高，但吸附量小，设备过于庞大，再生频繁，应用也不广泛。4.1 4.1 烟气脱硝的方法烟气脱硝的方法 干法包括选择性非催化还原法(SNCR) 、选择

9、性催化还原法(SCR) 、 SNCR和SCR混合工艺法、电子束联合脱硫脱硝法。 电子束法：是用高能电子束(0.81MeV)辐射含NOx和SO2的烟气，产生的自由基氧化生成硫酸和硝酸，再与NH3发生中和反应生成氨的硫酸及硝酸盐类，从而达到净化烟气的目的。 就目前而言，干法中的选择性非催化还原法(SNCR) 、选择性催化还原法(SCR) 、 SNCR和SCR混合工艺法占主流地位。其原因是：NOx与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收；NOx 经还原后成为无毒的N2和O2，脱硝的副产品便于处理；NH3对烟气中的NO可选择性吸收，是良好的还原剂。4.2 三种干法脱硝的基本原理及技术三种干法脱硝的

10、基本原理及技术nSCR烟气脱硝技术 SCR (Selective Catalytic Reduction) 在催化剂的作用下，利用还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。nSNCR烟气脱硝技术 SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) 在无催化剂的作用下，利用还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。nSNCR/SCR烟气脱硝技术 以上两种方法的结合。5 5、SCRSCR技术及其工程技术及其工程SCRSCR的技术原理的技术原理反应原理：NOx + 还原剂 氮气 + 水反应温度：300400还原剂：液氨、氨水、尿素催化剂：采用催化剂，需要催化反应

11、器反应器布置: 在锅炉尾部烟道中5.2 SCR的工程图的工程图5.3 SCR5.3 SCR的布置位置的布置位置n依据SCR相对于电除尘的安装位置，可将SCR分为“高飞灰”和“低飞灰”两类：1. 在“高飞灰”中，SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间。（见下图） 优点是烟气温度高，满足了催化剂活性要求。 缺点是烟气中的飞灰含量高，对催化剂的防磨损和防堵塞的性能要求较高。2. 对于“低飞灰”布置方式，SCR布置在二氧化硫吸收塔之后，烟囱之前。此时虽然烟气中的飞灰含量大幅减少，但为了满足催化剂活性对反应温度的要求，需要安装蒸汽加热器和烟气换热器(GGH)，系统复杂，投资增加。 故一般选择“高飞

12、灰”布置方式。SCRSCR装置流程装置流程锅锅炉炉省省煤煤器器烟烟囱囱脱硫系统脱硫系统电除尘器电除尘器SCR空预器空预器液氨储藏罐液氨储藏罐氨氨-空气混合器空气混合器氨蒸发器氨蒸发器稀释空气风机稀释空气风机省煤器旁路省煤器旁路静态气体混合器静态气体混合器氨氨-烟气烟气混合器混合器喷氨格栅喷氨格栅SCR旁路旁路5.4 SCR5.4 SCR工艺还原剂的选择工艺还原剂的选择对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。尿素法是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后将溶液泵送到水解槽中，通过热交换器将溶液加热至反应温度后与水反应生成氨气；氨水法，是将25的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水

13、蒸汽；纯氨法是将液氨在蒸发槽中加热成氨气，然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5的混合气体后送入烟气系统。SCR选用的还原剂种类比较选用的还原剂种类比较5.5 5.5 催化剂的类型催化剂的类型 按工作温度： 高温型催化剂和低温型催化剂按用途： 燃煤型和燃油、燃气型按载体材料： 金属载体催化剂和陶瓷载体催 化剂、均质和非均质按催化剂金属： 铂系列、钛系列、钒系列及混合 型系列 5.6 5.6 SCRSCR可可能能引起引起的的运行问题运行问题煤灰影响灰量大，煤种变化，质量变化，混烧煤，对氨逃逸(NH3 Slip)及SCR催化剂的适用及风险。催化剂对砷、硫及碱性物(如钙含物)等元素的中毒减效。催

14、化剂选择 选择具有较大空隙或层间尺寸的催化剂。 催化剂结构可以适应不同压降、燃料和烟气成分要求,满足工程选择 。 SO2/SO3转化而导致空预器的堵塞/腐蚀流场问题 流场对脱硝效率/氨逃逸率的影响 流场对催化剂寿命的影响6.1 SNCR的技术原理的技术原理q反应反应原理：原理：NOxNOx + + 还原剂还原剂 氮气氮气 + + 水水q反应温度：反应温度：85085012001200q还原剂：氨、尿素还原剂：氨、尿素q催化剂：不用催化剂，锅炉炉膛作为反应器，不需要另催化剂：不用催化剂，锅炉炉膛作为反应器，不需要另外的反应器外的反应器6.3 SNCR6.3 SNCR技术特点技术特点 占地面积小

15、不使用催化剂 投资省，运行费用较低 对煤种变化不敏感 建设周期短，施工简单（模块化结构） 不需要更换引风机、空预器 脱硝效率较低7. SNCR/SCR SNCR/SCR混合脱硝技术混合脱硝技术7.1 7.1 混合脱硝技术的布置方式一混合脱硝技术的布置方式一7.2 7.2 混合脱硝技术的布置方式二混合脱硝技术的布置方式二 尿素溶液 SNCR控制装置SNCR喷射器催化剂小尺寸SCR反应器去空预器 尿素补充喷射控制装置 尿素补充喷射器均流器7.3 SNCR/SCR7.3 SNCR/SCR混合工艺技术特点混合工艺技术特点1、 相对于SCR工程造价有所降低；2、 脱硝效率高；3、 催化剂用量少，回收量少

16、； 4、 较SCR反应器小，具有更好的空间适用性；5、 脱硝系统阻力小，引风机出力小；6、 SO2/SO3转化所引起的腐蚀和阻塞问题小；7、 减少SCR催化剂对煤的敏感度；8、 可以安全地使用尿素作为还原剂，无需热解系统；9、 分步实施，分期到位。8. 8. 脱硝还原剂的选择脱硝还原剂的选择8.1 8.1 液氨的特性液氨的特性）理化理化特性特性： 液氨，危险品危险品，无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。 通常储存的方式为加压液化加压液化，液态氨变气态氨时会膨胀850倍，并形成氨云，另外液氨泄入空气时，会形成液体氨滴，放出氨气，其比重比空气重，虽然它的分子量比空气小，但它会和空气中的水形成水

17、滴的氨气，而形成云状物，所以当氨气泄漏时，氨气并不自然的往空中扩散，而会在地面滞留，带给附近民众及现场工作人员伤害。2 2）燃烧燃烧爆炸性及腐蚀性爆炸性及腐蚀性： 蒸气与空气混合物爆炸极限爆炸极限16-25%(16-25%(最易引燃浓度最易引燃浓度17%)17%)，氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物可达到沸腾。泄漏时，会对在现场工作的工人及住在附近社区的居民造成相当程度的危害。 液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸

18、、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。 3 3） 对人体的危害性对人体的危害性： 若与氨直接接触，会刺激皮肤，灼伤眼睛，使眼睛暂时或永久失明刺激皮肤，灼伤眼睛，使眼睛暂时或永久失明，并导致头痛，恶心，呕吐等。严重时，会导致据悉系统积水（肺或喉部水肿），可能导致死亡可能导致死亡。长期暴露在氨气中，会伤肺，导致产生咳嗽或呼吸急促的支气管炎。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% ），危险品，分子式：NH3OH，分子量35，相对溶解度0.91，无色透明液体，有强烈的刺激性气味。用于脱硝的还原剂通常采用20% 29%浓度的氨水，较

19、液氨相对安全2） 燃烧爆炸性及腐蚀性： 其水溶液呈强碱性，强腐蚀性，当空气中氨气在15 28%爆炸界限范围内，会有爆炸的危险性，所以氨水与液氨皆具有燃烧、爆炸及腐蚀的危害性。禁忌物：酸类、铝、铜3）对人体的危害性： 氨水对生理组织具有强烈腐蚀作用，进入人体之途径有四种：（1）吸入方式；（2）皮肤接触：（3）眼睛接触：（4）吞食。其暴露途径与液氨非常相似，而对人体的危害可能造成严重刺激或灼伤、角膜伤害、反胃、呕吐、腹泻等现象，也可能造成皮肤病、呼吸系统疾病加剧等。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%，显白色或浅黄色

20、的结晶体。它易溶于水，水溶液呈中性反应，吸湿性较强，因在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。2）危险性： 与无水氨及有水氨相比，尿素是无毒、无害的化学品，无爆炸可能性，完全没有危险性。 尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，更不须任何的紧急程序来确保安全。 使用尿素取代液氨运用于脱硝装置中可获得较佳的安全环境，因为尿素是在喷进混合燃烧室之后转化成氨，实现氧化还原反应的，因此，可以避免氨在电厂储存及管路、阀门泄露而造成的人体伤害。8.4 8.4 还原剂如何变成氨还原剂如何变成氨n 还原剂分解成氨的办法 液氨蒸发 氨水蒸发 尿素分解n 采用SNCR工艺时，尿素可以直接喷到炉膛，不需要分解。n 采用SCR工艺时，尿素分解成氨的办法 水解法:将尿 素以水溶液的形式加以分解 热解法:直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解n 尿素水解法和热解法的比较 水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解, 跟踪机组负荷变化的速度稍慢，水解的响应时间约 515min。 热解属于直接快速加热雾化后的 尿素溶液进行分解, 跟踪机组负荷变化的速度较快。热解的响应时间仅为 510s。8.5 尿素的热解工艺尿素的热解工艺 尿素热解工艺的反应如下： CO(NH2)2 NH3 + HNCO 尿素 氨 + 异氰酸HNCO + H2O NH3 + CO2异氰酸 + 水 氨 + 二氧化碳300-65