烟气脱硝系统和设备介绍 (2)

1、烟气脱硝系统和设备介绍1.NOx种类2.NOx对环境的危害3.NOx生成机理及影响因素4.国家NOx排放标准5.控制NOx技术措施6.低NOx燃烧技术7.SNCR技术8.SCR技术目 录 1.一般意义上的氮氧化物包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，但对大气造成污染的主要是NO、NO2和N2O。2.燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2被统称为NOx。还有一定量的N2O。在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占90%以上。3.由于NO在大气环境中很快会氧化成NO2，因此通常用NO2的质量浓度来表示NOx浓度 1.氮氧化物种类 (1)引发酸雨或酸沉降 NOX 在自然界发生如下反

2、应 : NO+1/2O2=NO2 NO2+H2O=HNO3 生成的硝酸(hydrogen nitrate)导致降雨的pH 降低，当降雨的pH小于5.6时，雨水呈酸性，被称为酸雨（ acid rain ）或酸沉降（ nitrate deposition ）。 2.NO X 对环境的危害2.氮在自然界的循环及酸雨的形成 酸雨被认为是当前最严重的环境问题之一。过量的氮氧化物在生态系统（ecosystem）中造成 水体、土壤化学性质的改变，导致农业减产、鱼类死亡、高山植物种群的更改，生物多样性（ biodiversity ）的锐减. 2.酸雨的危害性2009年全国降水pH年均值等值线图 (2). 引发

3、光化学烟雾 NOX和碳氢化合物（hydrocarbons，CmHn ）是引发光化学烟雾的主要物质。光化学烟雾属于二次污染，大气中的NOX和碳氢化合物在强光照射下将发生如下反应：造成近地面空气中O3和PAN（过氧化乙酰硝酸盐）浓度升高，危害对人的呼吸系统和动植物的发育。2.NO x 对环境的危害N2O是在燃烧的起始阶段形成的极其稳定的一种氮氧化物，可以在大气中存在上百年。N2O 对环境具有双重的损害作用：温室效应和破坏臭氧层。（3） N2O 是温室气体2.NO x 对环境的危害“ppb” - parts per billion2.三种主要温室气体在大气中的增加情况2.全球气候变暖的趋势1951-

4、2009年中国年平均气温变化曲线图臭氧层的破坏导致过量紫外线直达地表，对地球生物造成伤害。美国宇航局提供的南极臭氧层空洞照片 observed ozonosphere holeN2O、CFCS等物质在紫外线照射下使O3分解为O2:2.N2O是一种破坏臭氧层的物质A. 热力型 NOX 主要反应 N2+ONO+N N+O2NO+O N+OHNO+H相关因素 高温环境 燃料与空气的充分混合无烟煤燃烧中，热力型NOx可到一半以上3.NOx的生成机理及影响因素B. 燃料型 NOX 燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物相关因素与燃料和空气的混合程度密切相关与燃烧区域的温度关系不大烟煤燃烧中，

5、约80的NOx为燃料型3.NOx的生成形式及影响因素C. 快速型 NOX 在燃烧的早期生成形成过程氮和燃料中的碳氢化合物反应 N2CH化合物HCN化合物HCN化合物氧化生成NO HCN化合物O2NO对于燃煤锅炉，快速型NOx所占份额一般低于5。3.NOx的生成形式及影响因素4.国家NOx排放标准（GB13223-2003,现行）4.1氮氧化物最高允许排放浓度限值 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度执行表中规定的限值。第3时段火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间。液态排渣煤粉炉执行Vdaf 10的氮氧化物排放浓度限值。 表3 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度

6、单位：mg/m34.国家NOx排放标准（GB13223二次征求意见稿）5. NOx的控制方法分类 1.燃烧中NOx生成的控制 2.烟气中NOx的脱除控制原理 降低燃烧温度控制燃料和空气的混合速度与时机主要控制手段燃烧器设计参数（风速、风温、旋流强度等）优化煤粉浓缩技术分级送风技术注意事项锅炉的燃烧效率煤粉的着火和稳燃6.低NOx燃烧技术6.低NOx燃烧技术6.低NOx燃烧技术7.SNCR技术 SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction)技术，即选择性非催化还原技术，它是目前主要的烟气脱硝技术之一。在炉膛 8001250这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，

7、NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的 NOx。主要反应氨 4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O尿素 2NO + (NH2)2CO + 1/2O2 2N2 + 2H2O + CO2反应温度: 800 1250最佳反应温度：8701050脱硝效率对于城市固体垃圾炉转化效率在3050%之间，大型电站锅炉的转化效率控制在3050%之间。7.SNCR技术尿素在燃烧器内的转化过程： 2NH2 + 2 NO +CO + O2= 2 N2 + CO2 + 2 H2O7.SNCR技术氨水在燃烧器内的转化过程：7.SNCR技术尿素SNCR系统工艺SNCR系统主要设备尿素溶液储存与制备系统

8、尿素溶液稀释模块尿素溶液传输模块尿素溶液计量模块尿素溶液喷射系统SNCR系统主要设备SNCR技术特点尿素和氨是常用的两种还原剂；没有固体与液体废物产生；大型锅炉由于混合问题，一般脱硝效率在3050左右；所需空间小，实施快捷方便；初投资和运行成本低廉；对锅炉运行不会产生任何影响，风险性低；不受电厂炉型及燃用煤种的影响，适应性广。7.SNCR技术SNCR技术应用现状80年代中期SNCR技术在国外研发成功。90年代初期成功地应用于大型燃煤机组。目前世界上有超过300台锅炉应用SNCR技术。美国2005年前脱硝机组数：SNCR 90个、SCR 192个。我国SNCR应用江苏利港电厂（4600MW）江苏

9、阚山电厂（2600MW）华能伊敏电厂（2600MW）国华北京热电公司（ 4100MW ）广州瑞明电力（ 2125MW ）7.SNCR技术SNCR减排效果SNCR应用机组/地点类型/容量改造后NOx(mg/Nm3)脱除效率氨泄漏(ppm)Indian River 3#178MW前墙燃煤锅炉203平均26%空气加热器无堵塞、灰中NH3含量亦未超标Indian River 4#440MW对冲燃煤锅炉173平均34%Cardinal 1#600MW对冲燃煤锅炉359ppm30%5Asheville 1#198MW16737平均3Conectivs England 1#138MW旋风炉21030%平均5

10、13834%无额外氨泄漏，平均1江苏利港600MW15025-305国华北京热电100MW切圆燃烧17540-5010,对运行无影响7.SNCR技术SNCR脱硝技术关键影响SNCR效果的主要因素正确的温度窗口合适温度范围内的停留时间良好的混合还原剂与NOx摩尔比技术关键喷射点的选取喷射器的设计不同负荷下的的喷射控制策略7.SNCR技术炉膛燃烧CFD模拟获得准确的：温度场流场燃烧气氛7.SNCR技术SNCR控制系统独立的PLC控制系统，预留OPC通讯接口与电厂DCS通讯配置打印机、UPS等设备。手动和自动两种运行模式能自动控制药剂浓度，并检测锅炉尾部烟道的NOx的含量，通过PID调节控制喷入炉膛

11、内的药剂流量。周期记录系统运行工况数据7.SNCR技术测量监控排烟NOx浓度、NH3浓度还原剂溶液储罐液位、温度溶解池液体密度（反算溶液浓度是否合格）配制溶液用水流量，配制溶液用气流量、温度、压力给料器给料量计量在线溶液稀释用水流量、储罐送出溶液流量每层喷射层投运情况雾化蒸汽压力、流量喷射层的雾化蒸汽压力调节、计量7.SNCR技术整体控制逻辑锅炉负荷： 蒸汽流量逻辑控制： 尿素罐溶液流量 稀释水流量 雾化压力 喷射层在线监测：NH3、NO反馈前馈7.SNCR技术流化床锅炉采用SNCR的优势温度窗口通常流化床炉膛出口烟气温度在800-950，此温度为氨的最佳温度停留时间通常旋风筒内停留时间2.5

12、 s-3.2s旋风筒分离器后到尾部烟道停留时间0.5-1s混合特性旋风桶内强烈扰动混合旋风筒至尾部烟道一般要经历两个转弯、可强化混合7.SNCR技术选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）的原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在 相对较低的温度下将NO 和NO2 还原成N2，而几乎 不发生NH3 的氧化反应，从而提高了N2 的选择性， 减少了NH3 的消耗。该工艺于20 世纪70 年代末首 先在日本开发成功，80 年代和90 年代以后，欧洲和 美国相继投入工业应用，现已在世界范围内成为大 型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺。在NH3/NOx 的摩 尔比为1

13、时，NOx 的脱除率可达90%，NH3 的逃逸量 控制在5 mg/L 以下。为避免烟气再加热消耗能量， 一般将SCR 反应器置于省煤器后、空气预热器之 前，即高飞灰布置。氨气在加入空气预热器前的水平 管道上加入，与烟气混合。对于新建锅炉，由于预留 了烟气脱氮空间，可以方便地放置SCR 反应器和设 置喷氨槽。SCR 系统由氨供应系统、氨气/空气喷射系统、 催化反应系统以及控制系统等组成，催化反应系统是 SCR 工艺的核心，设有NH3 的喷嘴和粉煤灰的吹扫 装置，烟气顺着烟道进入装载了催化剂的SCR 反应 器，在催化剂的表面发生NH3 催化还原成NOx。8.SCR技术主要反应4NO + 4NH3

14、+ O2 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O反应温度230450 一般应用温度：320400 转化效率在7090%之间。8.SCR技术典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图8.SCR技术1、高含尘布置优缺点：优点：烟气温度在320400之间满足常规催化剂的反应要求，脱硝效率高；缺点：烟气灰尘和重金属离子（Ca、As、Na等）易使催化剂磨蚀和中毒，催化剂选择性强，使用寿命短；烟气中SO2易被转化成SO3，并与未反应的NH3在低温条件下生成硫酸盐，造成催化剂及下游设备堵塞腐蚀。2、低含尘布置优缺点：优点：催化剂在“

15、干净”的烟气环境下工作，不会发生催化剂污染、中毒和磨蚀，使用寿命长；缺点：在催化剂反应器前必须增装烟气加热器，系统复杂，能耗高。结论：综合技术经济方面因素，反应器高含尘布置比较合理经济；同时结合国外SCR工程大多数都是高含尘布置的经验，国内SCR首先推荐采用高含尘布置。8.SCR技术8.SCR技术反应器/催化剂系统烟气/氨的混合系统氨的储备与供应系统烟道系统的控制系统SCR系统组成8.SCR技术的系统构成无水氨储罐氨蒸发器烟气出口稀释空气氨喷射栅格SCR反应器空预器锅炉烟气省煤器NOX信号锅炉负荷信号FIC氨的流量分配8.SCR技术A SCR系统内烟气速度矢量图 B SCR系统内速度大小分布图

16、C SCR系统内烟气迹线图D SCR系统内NH3浓度分布图为确保喷氨烟气在催化床层表面能均匀地进行催化还原反应，在SCR反应器上端设置烟气整流层。在催化剂层上游，应达到以下的烟气速度和温度分布： 速度分布：+/- 15 % (80 % of SCR反应器-截面) +/- 20 % (20 % of SCR反应器-截面)温度分布：+/- 10 K (完全在SCR反应器-截面之上)速度方向：在垂直方向最大有 +/- 15 的偏差8.SCR技术SCR系统主要设备反应器/催化剂系统主要设备：反应器 催化剂 吹灰器8.SCR技术SCR系统主要设备烟气/氨的混合系统主要设备：稀释风机 静态混合器 氨喷射格

17、栅（AIG） 空气/氨混合器8.SCR技术氨的喷射栅格和静态混合器NH3 喷射栅格静态混合器Photo courtesy of Siemens Flow Model Tests brochure, 1998.8.SCR技术氨喷射格栅及静态混合器8.SCR技术51氨的流量分配阀门站氨稀释风机氨/空气混合器8.SCR技术SCR系统主要设备氨的储备与供应系统卸料压缩机氨蒸发器（电/蒸汽）氨罐缓冲罐稀释槽8.SCR技术氨的原料优点缺点无水氨反应剂纯度最高原料成本最低设备成本最低高危险性的原料运输和存储问题氨水 (19% or 29%)容易运输浓度低于20%时不划分为高危险性的原料比无水氨危险性需要更大

18、的运输设备以及更频繁的运输需要更大的储存罐蒸发成本尿素安全的原料 (化肥)干态或湿态容易运输工艺复杂成本昂贵 存储的问题反应剂原料8.SCR技术氨的存储系统8.SCR技术氨的蒸发器卸氨压缩机稀释槽8.SCR技术烟道系统挡板（有旁路）膨胀节导流板烟道8.SCR技术省煤器旁路当锅炉低负荷运行时，省煤器出口烟气温度下降，这时可以采用省煤器旁路来提升SCR入口烟气温度 。反应器旁路锅炉低负荷运行时SCR系统入口烟气温度会降低，锅炉启、停时烟气温度可能大幅度波动。在美国，大多采取SCR旁路措施使烟气绕过SCR反应器。日本一般不采取SCR旁路措施，认为只要控制严格，管理到位，能克服负面影响，降低工程费用。

19、 Economizer省煤器Air Heater空气预热器ExistingStructural Steel钢架From AmmoniaStorage System自氨贮存系统EconomizerBypass 省煤旁路Damper挡板Damper挡板SCR Bypass SCR旁路 AmmoniaInjection System氨喷射系统Seal Air Piping密封空气管SCR Reactor SCR反应器Catalyst Layer催化剂层Sootblower吹灰器FutureSootblower预留吹灰器FutureCatalyst预留催化剂层To Precipitator去除尘器New Structural Steel新钢架Damper挡板8.SCR技术烟道系统8.SCR技术 的控制系统：DCS、PLC、仪表、盘柜等 一. 控制系统方案控制系统纳入机组独立的控制系统二. 主要受控系统吹灰系统氨的卸载、储存和供应系统烟气挡板调节系统脱硝主体控制系统8.SCR技术脱硝的主要反应4NO+4NH3+O2