中国火电厂烟气脱硝技术战略研究

1、北京三阁益电机工程咨询有限公司 中国火电厂烟气脱硝技术战略研究SGY-BG-2003-001PAGE PAGE 88 第一章 概述述燃烧矿物物燃料是是人类利利用能源源的主要要途径。在燃料料燃烧产产生能量量给人类类社会进进步提供供巨大推推动力的的同时，又伴随随着大量量污染物物的排放放，向大大气排放放的氮氧氧化物(NOxx)就是其其中之一一。1.1我我国的能能源状况况和大气气污染的的特点在我国的的能源结结构中，煤炭占占主要地地位，我我国的煤煤炭蕴藏藏量大，产量高高储量量居世界界第三位位，产量量居世界界第一位位。在煤煤炭、石石油、水水力、核核能、风风能等能能源品种种中，煤煤炭是我我国国民民经济和和人

2、民生生活最主主要的能能量来源源。在今今后相当当长的时时期内，中国能能源不会会改变以以煤炭发发电为主主的发展展特点。“以电力力为中心心，以煤煤炭为基基础”的能源源政策是是中国能能源发展展的必然然选择。这种能能源状况况决定了了我国的的大气污污染属于于煤烟型型污染。在煤炭燃燃烧向大大气排放放的多种种污染物物中，酸酸性气体体的排放放是现阶阶段防治治的重点点。有关关资料显显示，由由于大气气中的酸酸性气体体超标(主要是是SOx 和NOx)，我我国降水水pH值值小于55.6的的区域已已占国土土面积的的40%，而且且都在我我国经济济发达地地区。此此外燃煤煤还向大大气排放放温室气气体和破破坏臭氧氧层的气气体，研

3、研究表明明大气污污染对经经济造成成的损失失是十分分巨大的的。由于于大气污污染问题题而造成成的对水水陆生态态环境的的破坏，对工业业及民用用设施的的破坏，以及对对人体健健康的危危害，其其严重后后果更是是难以估估计的。总之，大气污污染已对对我国经经济建设设和社会会发展构构成了严严重的威威胁。1.2我我国电力力工业发发展及所所面临的的环境问问题的挑挑战电力工业业是国民民经济的的基础产产业，对对国民经经济的可可持续发发展起着着重要的的支撑作作用。我我国改革革开放以以来，火火电厂发发电装机机容量和和发电量量分别从从 19949 年的 1688.5 万千千瓦和 43 亿千瓦瓦时，达达到 220000 年初初

4、的装机机容量 2.3368 亿千瓦瓦，发电电量达到到 1110799 亿千千瓦时，分分别增加加 1661.55 倍和和 2886.88 倍，目前中中国发电电装机容容量和发发电量均均居世界界第二位位。未来来五年电电力工业业预计保保持5%左右的的增长，到“十五”末期，全国发发电装机机容量将将达到33.9亿亿千瓦，其中水水电95500万万千瓦占占24.36%，火电电286600万万千瓦占占73.33%，电力力工业是是燃煤大大户，我我国目前前电力生生产耗煤煤量约站站全国耗耗煤总量量的300%，预预计20003年年电煤总总耗约为为6亿吨吨。就氮氮氧化物物的排放放而言，人类活活动产生生的氮氧氧化物880%

5、以以上来自自燃烧源源排放，一吨煤煤燃烧大大约产生生89公斤氮氮氧化物物。而燃燃烧产生生的氮氧氧化物又又有500%来自自固定燃燃烧源（主要是是电站锅锅炉和工工业锅炉炉）。这这种状况况增加了了电力发发展对环环境产生生的巨大大压力。表1是是我国火火电机组组（八五五）期间间氮氧化化物排放放调查结结果。表1 我我国火电电机组（八五）期间氮氮氧化物物的排放放调查结结果年度发电量/亿kWWh发电标准准煤耗/g(kWWh)-1亿千瓦时时NOXX排放量量/tNOX总总排放量量/万tt19911年55266.499390350193.4219922年62477.233387345215.5319933年68566

6、.866384340233.1319944年74700.499381335250.2619955年80511.200378330265.05表2是对对我国火火电机组组21世世纪初氮氮氧化物物的排放放预测结结果(西安热热工所做做)。表2 21世世纪初的的电站锅锅炉NOOX排放量量预测年度火力发电电量/亿亿kWh发电标准准煤耗/g(kWWh)-1亿千瓦时时的NOOX排放量量/tNOX总总排放量量/万tt20000117000328306358.0220055172000314284488.4820100227000300262594.74 根据国家家有关部部门的预预计，今今后我国国GDPP年均增增

7、长7%左右，随着我我国经济济继续保保持持续续稳定增增长，国国民经济济和社会会发展对对电力的的需求也也将相应应增长。而我国国以燃煤煤为主的的电力生生产所造造成的环环境污染染又是电电力工业业发展的的一个制制约因素素。电力工业业必须解解决和环环境的协协调发展展问题，才能真真正促进进经济的的繁荣，造福于于人类。在火电机机组排放放的多种种大气污污染物中中，氮氧氧化物是是最近三三十多年年中受到到世界极极大关注注的一种种污染物物。氮氧氧化物的的排放在在酸雨的的形成和和对臭氧氧层的破破坏中所所起的作作用已经经得到了了科学的的证明。世界上上一些工工业发达达国家对对氮氧化化物的排排放制定定了越来来越严格格的限制制

8、。随着着今后电电力工业业的发展展，NOOx排放量量将越来来越大。如果不不加强控控制，NNOx对我国国大气环环境污染染所造成成的严重重后果将将不堪设设想。电电力行业业加强对对其控制制的研究究已迫在在眉睫。第二章 国内外外烟气脱脱硝技术术的发展展历史、现状和和趋势一般意义义上的氮氮氧化物物(NOOx)包括括N2O、NNO、NNO2、N2O3、N2O4、N2O5等,但但对大气气造成污污染的主主要是NNO、NNO2和N2O。燃燃烧过程程中产生生的氮氧氧化物主主要是NNO和NNO2。在绝绝大多数数燃烧方方式中，产生的的NO占占90%以上，其余为为NO22。这两两种氮氧氧化物由由于其危危害之严严重和治治理

9、难度度之大而而长期受受到特别别关注。所以在在大气污污染治理理领域里里，NOOx主要指指的是NNO和NNO2，而烟烟气脱硝硝（Fllue gass deeNOx）也就就是从烟烟气中祛祛除NOO和NOO2。上个世纪纪40年年代在英英国、550年代代在美国国以及660年代代在德国国都有关关于NOOx的危害害性的报报导，660年代代氮氧化化物被国国际社会会确认为为大气的的主要污污染物之之一。随随后在对对NOxx的形成成与危害害机理进进行深入入研究的的基础上上，开发发了多种种脱硝的的实用技技术，从从70年年代后期期烟气脱脱硝技术术就在一一些工业业发达国国家付诸诸工业应应用。下面就先先将国际际上有关关NO

10、xx控制的的研究与与应用情情况做一一简单介介绍。2.1 NOx的形成成与危害害2.1.1 NNOx的形成成在化石燃燃料的燃燃烧过程程中， NOxx的生成成通过三三种机理理：(1)燃燃料本身身所含的的氮的有有机物诸诸如喹啉啉(C5H5N)、吡吡啶(CC9H7N)等,在高温温下释放放出氮和和氧化合合生成的的NOxx，称作作燃料型型NOxx（ FFuell NOOx）；(2)燃燃烧时空空气中的的2在高温温下氧化化生成的的NOxx，称作作温度型型或热力力型NOOx （TTherrmall NOOx）；(3)碳碳氢燃料料在燃料料过多时时燃烧所所产生的的NOxx，称作作快速型型（或速速度型）NOxx（Pr

11、oomptt NOOx）对于于大多数数的矿物物燃料，这类NNOx含量较较小。燃烧过程程中影响响NOxx生成量量的因素素主要有有： 温度度 氧浓浓度 燃料料含氮量量 反应应时间在以上四四个因素素中，温温度影响响是所有有因素中中最强的的。根据据Zellkowwskii（19986）的研究究结果，在煤粉粉燃烧装装置常规规氧量运运行条件件下，NNOx生成量量与温度度之间的的关系存存在一个个“边界温温度”，高于于该“边界温温度”时，NNOx生成量量将随温温度的升升高以指指数规律律增加，这个“边界温温度”大约为为13000。下图图就是ZZelkkowsski给给出的NNOx的生成成量与温温度的关关系曲线线

12、。图1 NOx生成量随着燃烧温度的变化2.1.2 NNOx的危害害NOx是是几种量量大面广广的大气气污染物物之一，NOxx的排放放给自然然环境和和人类生生产生活活带来的的危害主主要包括括：(1) NOxx对人体体的致毒毒作用；(2) NOxx对植物物的损害害作用；(3) NOxx在大气气中的积积累，造造成环境境酸化，是形成成酸雨、酸雾的的主要原原因之一一；(4) NOxx与碳氢氢化合物物形成光光化学烟烟雾，造造成二次次污染；(5)NN2O主要是是造成高高层大气气的污染染，参与与臭氧层层的破坏坏。因此，世世界各国国都相继继制定了了含NOOx废气排排放指标标，对NNOx的排放放量进行行限制，同时投

13、投入资金金和人力力开发高高效率、低成本本的控制制NOxx的技术术工艺，并取得得了一定定的成果果。2.2 NOx的控制制方法2.2.1 NOx的控制制方法分分类见诸于文文献资料料上有关关NOxx的治理理方法有有几十种种之多，归纳起起来，这这些方法法不外乎乎从燃料料的生命命周期的的三个阶阶段入手手，即燃燃烧前、燃烧中中和燃烧烧后。当当前有关关燃烧前前脱硝的的研究很很少，几几乎所有有的研究究都集中中在燃烧烧中脱硝硝和燃烧烧后的烟烟气脱硝硝。所以以在国际际上把燃燃烧中脱脱硝或把把NOxx的生成成前的所所有措施施统称为为一级污污染预防防( pprimmaryy poolluutioon pprevven

14、ttionn )，把燃烧烧后的处处理称为为二级污污染预防防(seeconndarry ppolllutiion preevenntioon)。(1)燃燃烧前脱脱硝 燃烧烧前脱硝硝是指从从燃料中中将氮脱脱除，从从而达到到减少NNOx生成量量的目的的。(2)燃燃烧中脱脱硝控制制 燃烧中中控制是是通过改改进燃烧烧方式减减少NOOx的生成成量，基基于NOOx的形成成受温度度的影响响极大这这一规律律，可以以通过改改进燃烧烧方式避避开使NNOx大量生生成的温温度区间间，从而而实现NNOx的减排排。主要要有以下下几种途途径：低氧燃燃烧或低低过量空空气系数数（LEEA）；烟气再再循环（FGRR）；降低空空气预

15、热热器温度度（RAAP）；分段燃燃烧，两两段燃烧烧式、三三段燃烧烧式。三三段燃烧烧是在两两段燃烧烧的基础础上增加加再燃烧烧“rebburnningg”,也称称为补燃燃；上部燃燃尽风(OFAA)；燃料分分级等。燃烧方式式的改进进通常是是一种相相对简便便易行的的减少NNOx排放的的措施，但这种种措施会会带来燃燃烧效率率的降低低，不完完全燃烧烧损失增增加，而而且NOOx的脱除除率也不不够高，因此随随着环保保要求的的不断提提高，燃燃烧的后后处理越越来越成成为必然然。(3)燃燃烧的后后处理 燃燃烧的后后处理就就是对燃燃烧后产产生的含含NOxx的烟气气(尾气气)进行行处理，即烟气气脱硝（Fluue gga

16、s deNNOx）或废废气脱硝硝（Waastee gaas ddeNOOx）。2.2.2 烟烟气脱硝硝工艺分分类 烟气脱硝硝工艺可可以分为为两大类类湿法法和干法法(1)湿湿法(Wet prroceess) 是指指反应剂剂为液态态的工艺艺方法；(2)干干法(DDry proocesss) 是指反反应剂为为气态的的工艺方方法。无论是干干法还是是湿法，依据脱脱硝反应应的化学学机理，又可以以分为还还原(RReduuctiion)法、分分解（DDecoompoosittionn）法、吸附 (Abbsorrptiion) 法、等离子子体活化化（Pllasmma aactiivattionn）法和和生化(B

17、ioocheemiccal)法等。目前世界界上较多多使用的的湿法有有气相氧氧化液相相吸收法法和液相相氧化吸吸收法，较多使使用的干干法有选选择性催催化还原原法（SSCR）、选择择性非催催化还原原法等(SNCCR)。2.2.3 NOx的综合合治理方方法 本着着既要保保护环境境又要降降低治污污费用的的原则，对氮氧氧化物的的治理越越来越倾倾向于采采取综合合措施。比如，对于一一个火力力发电厂厂而言，NOxx的排放放量和锅锅炉设计计、运行行状况、燃料的的品质、燃烧器器的配置置、以及及热力系系统设计计都有关关系，因因此，为为了通过过经济有有效的途途径减少少NOxx的排放放，综合合考虑各各种相关关因素采采取措

18、施施是当今今国际上上的共识识。这些些相关措措施包括括：(1)炉炉型和设设计参数数的选择择 ：低低NOxx炉型有有循环流流化床锅锅炉（CCFBCC）和增增压循环环流化床床锅炉（PFBBC）；锅炉设设计因素素包括锅锅炉容量量或最大大连续蒸蒸发量、炉膛断断面热负负荷、容容积热负负荷等因因素。进入900年代以以后,世世界上主主要的锅锅炉制造造商其锅锅炉设计计都是不不仅要提提高锅炉炉效率，减少未未燃烬碳碳损失，同时要要考虑在在锅炉的的燃烧系系统和炉炉膛设计计中尽量量降低NNOx的生成成量。(2)运运行状况况：运行行状况包包括锅炉炉负荷、过剩空空气量或或氧量、直流燃燃烧器摆摆角及旋旋流燃烧烧器旋流流叶片角

19、角度设置置等因素素；比如如采用低低过量空空气系数数是公认认的减少少 NOOx生成的的运行方方式。(3)煤煤质特性性：包括括煤中挥挥发分含含量、氮氮含量、燃料比比(固定定碳/挥挥发分)及碳/氢比等等。(4)燃燃烧器的的配置与与燃烧方方式：燃燃烧器的的配置包包括燃烧烧器结构构与型式式的选择择、安装装布置以以及与煤煤种的协协调等；燃烧方方式有前前墙、对对冲、切切向燃烧烧等。比如，德德国巴布布科克公公司已经经断言，DS燃燃烧器将将被用来来替代WW火焰燃燃烧而成成为无烟烟煤燃烧烧技术的的发展方方向，在在设计更更为理想想的炉膛膛尺寸、制粉系系统和更更合适的的单台燃燃烧器热热功率条条件下，以DSS燃烧器器来

20、实现现低挥发发分煤的的低NOOx燃烧,其前景景将是十十分乐观观的。(5)热热力系统统设计：热力系系统设计计包括建建立更加加高效的的能量利利用系统统，比如如蒸汽燃燃气联合合循环系系统等，通过减减少燃料料的消耗耗，从总总体上减减少NOOx的排放放量。下面的框框图综括括了当前前世界上上为控制制NOxx排放所所涉及的的各方面面技术措措施。图2 控制NOx的技术措施干法湿法低氮燃料改进燃烧其它NOX/SOX一体化处理 氧化吸收氧化吸收当量分子吸收氧化还原吸收还原DESONOxSCRSNCRNSCR活性炭 控制NOx技术措施一级污染预防措施二级污染预防措施低燃烧温度改进型燃烧器燃料分级炉型改进 热力系统改

21、进NOX/SOX一体化处理 2.3 国外NOOx的控制制2.3.1 工工业发达达国家NNOx控制法法规标准准的发展展历史与与现状控制NOOx的排放放是大气气污染防防治的一一项主要要内容。绝大多多数工业业发达国国家和地地区都制制定了较较严格的的限制NNOx排放的的法规和和标准。但最初初大都把把注意力力较多地地集中在在减少汽汽车尾气气中的NNOx，最近近十几年年情况已已经有所所变化, 注意意加强了了对电厂厂排放NNOx的控制制，尤其其是作为为排放大大户的大大型火力力发电厂厂。现在在，世界界发达国国家都把把电站锅锅炉产生生的有害害排放物物作为一一个重要要控制指指标，并并均已制制定了针针对电站站锅炉的

22、的NOxx排放标标准。在NOxx的控制制方面，德国和和日本是是世界上上起步最最早、动动作最快快的两个个国家，美国作作为世界界头号经经济大国国，近年年来也有有很多大大的动作作，因此此国际方方面关于于NOxx的控制制情况就就以德国国、日本本和美国国的资料料为主。德国在德国，随着工工业的发发展与居居民生活活水平的的提高，NOxx的排放放量迅速速上升，19448年19550年间间原西德德的NOOx排放量量为0.500.8MMt/aa，到119866年NOOx的排放放量达到到最高值值3.19MMt/aa，其中中23%来自发发电厂及及供热厂厂。对于NOOx的排放放控制，德国的的有关法法规标准准在19984

23、年年前后变变化很大大：德国首次次以法规规形式提提到NOOx的控制制问题是是在19974年年的TAA空气法法中，该该法提到到了NOOx的危害害性，并并要求通通过烟气气回流降降低燃烧烧区的局局部温度度以及采采用分层层供风两两段燃烧烧等措施施以降低低NOxx排放量量。德国第一一次提出出NOxx的排放放标准是是在19983年年7月，当时规规定老设设备干式式排渣且且容量大大于3000MWW的石煤煤锅炉（德国把把除褐煤煤外的其其它煤种种均称为为石煤）NOxx排放浓浓度限值值应为113000 mgg/Nmm3，随后后又有专专家建议议13000 mmg/NNm3的限值值太高，应限制制在6000 mmg/NNm

24、3。于是是在第二二年土地地委员会会提出4400mmg/NNm3的限值值，同年年的环保保会议上上提出的的限值更更低至2200 mg/Nm33，后者者虽无法法律效力力,但它它指出了了新建电电厂的争争取目标标。原联联邦德国国在当年年出台的的大型型燃烧设设备规定定中就就制定出出了严格格的气体体污染物物排放限限值，其其中3000MWW以上燃燃煤燃烧烧设备的的烟气中中NOxx浓度控控制在2200 mg/Nm33以下。因此大大型机组组必须安安装脱硝硝装置(二次脱脱硝)，单纯依依靠低NNOx燃烧已已经无法法满足要要求了。德国严格格的NOOx控制对对欧洲其其他国家家是一个个促进，欧共体体随后制制定了统统一的排排

25、放限值值，见表表3。表3 欧共共体关于于某些燃燃烧器氮氮氧化物物排放的的最新标标准（详详见附录录1）燃料种类类排放限量量(mg/Nm3)固体燃料料：50至5500MMWthh:5000MWtth:自20116年11月1日日起50至5500MMWthh:5000MWtth:600500600200液体燃料料：50至5500MMWthh:5000MWtth:450400气体燃料料：50至5500MMWthh:5000MWtth:300200日本 日本的氮氮氧化物物（NOOx）的允允许排放放量标准准是世界界上最严严格的国国家之一一。19733年以前前，日本本只有限限制锅炉炉中NOOx浓度的的建议，燃

26、油锅锅炉在OO2=4时NOOx排放浓浓度为3300pppm，燃气锅锅炉在OO2=5时为为2000ppm。19733年日本本通过了了关于NNOx的允许许排放量量的第一一部法律律，对燃燃油和燃燃气锅炉炉分别规规定最高高值为3300 ppmm和1880pppm。19744年补充充规定了了燃煤锅锅炉的NNOx最高排排放浓度度，在OO2=6即=14时为为4800ppm。19755年通过过了燃油油和燃气气锅炉NNOx排放浓浓度的新新标准，分别为为1500 pppm 和和1000 pppm，19777年对燃燃用各种种燃料的的大型锅锅炉重新新确定了了NOxx最高排排放浓度度；煤粉粉锅炉为为4000ppmm，燃

27、油油锅炉为为1300ppmm，燃气气锅炉为为60pppm。19833年和119877年，经经过两次次修订后后，煤粉粉锅炉的的最高排排放标准准见表44。 表4 日日本煤粉粉锅炉的的最高排排放标准准 燃料种种类和过过剩空气气系数锅炉蒸发发量（t/hh） NNOx的最高高允许排排放量ppmmg/mm3(换算到到NO22)煤 OO2=6%57005700250200513410油 OO2=4%54005400150130308267气 OO2=5%5066506610060205123 注：NOxx换算为为二氧化化氮NOO2时，1100pppm2055mg/m3） 美美国19900年美美国清洁洁空气法

28、法修正案案(CCAAAA)提出出将NOOx排放量量从19980年年水平减减少2000万的目标标，为保保证该目目标的实实施，有有关部门门把占NNOx年排放放总量11/3的的电厂列列为防范范的重点点。对已建电电站锅炉炉NOxx排放规规定： 气体燃燃料： 86ggGJ 油： 1129ggGJ 煤：切切圆燃烧烧 1993gGJ 墙墙式燃烧烧 2155gGJ （1000mgg/Nmm3=355g/GGJ） 对在某些些地区的的新建电电站锅炉炉特别建建立了NNOx排放必必须达到到 550gGJ的标标准。对对达不到到的要受受到严厉厉的处罚罚，直至至关闭。19988年100月，美美国环保保署（EEPA）颁布了了

29、一项规规定，限限制222个东北北部各州州和哥伦伦比亚特特区在夏夏季氮氧氧化物的的排放量量，要求求这些州州根据清洁空空气法修修正案（CAAAA）第1110部分分的规定定来修正正他们的的州执执行计划划（SSIP）。因为为他们认认定，处处于上风风区的一一些州由由于氮氧氧化物的的排放量量大而造造成下风风区臭氧氧的减少少，环保保署以人人口分布布为基础础做了夏夏季各州州氮氧化化物预算算草案，对于大大型发电电机组（EGUUs）规规定了00.155 lbb/MBBtu的的排放率率，对于于大型非非发电机机组的锅锅炉和透透平机械械的排放放量要求求减少660%，对于大大型水泥泥窑炉要要减少330%，大型内内燃机要要

30、减少990%。EPAA还形成成了一个个关于多多种污染染物预算算交易程程序的框框架，各各州可以以依此来来控制大大型发电电机组和和大型非非发电机机组的锅锅炉和透透平机械械。据报道，美国目目前正在在酝酿制制定新一一代控制制空气洁洁净方面面的方案案。新方方案的要要求是扩扩大限制制排放的的污染物物的范围围，将要要包括的的排放物物有：二二氧化硫硫、氮氧氧化物、汞、二二氧化碳碳。布什什总统的的清洁天天空计划划建立起起针对二二氧化硫硫、氮氧氧化物和和汞的全全国性防防御体系系。这个个议案将将在全国国范围内内实施，运用市市场调节节和行政政调节相相结合的的办法。美国政政府认为为，跟现现有的调调节方法法相比，一种设设

31、计更为为合理的的多种排排放物控控制方案案具有很很多的优优势。纵观工业业发达国国家NOOx控制法法规标准准的发展展历史，可以看看出以下下特点：由最初初较多关关注减少少汽车尾尾气中的的NOxx到后来来注意加加强了对对电厂排排放NOOx的控制制。 200世纪880年代代中期以以后有关关排放标标准大幅幅度地变变得严格格。 对NNOx排放量量的控制制除利用用法律手手段以外外，还要要利用市市场机制制。2.3.2 国国际NOOx控制制技术的的发展趋趋势如前所述述，NOOx控制技技术主要要分为两两大类，一类是是改进燃燃烧技术术，另一一类是烟烟气脱氮氮。发达达国家的的经验表表明，低低NOxx燃烧技技术不仅仅过去

32、、现在还还是将来来，都曾曾经起着着并将仍仍然起着着举足轻轻重的作作用。为为此，这这里先对对低NOOx燃烧技技术的发发展概况况做一简简单叙述述。2.3.2.1 低NOOx燃烧技技术近二、三三十年来来,欧美美日等发发达国家家一直在在致力于于研究降降低NOOx的燃煤煤技术，到目前前为止，低NOOx燃烧技技术已经经发展了了三代。发展过过程如下下：第一代：低过剩剩空气系系数(LLEA)降低空空气预热热温度(RAPP)燃烧器器退出运运行（BBOOSS）和浓浓淡燃烧烧器燃烧烧 (BBBF)炉膛内内烟气再再循环(FGRR)第二代：低NOOx燃烧器器(LNNB) 其功功能是将将空气分分级燃烧器器处烟气气再循环环

33、(FGGR)上上部燃尽尽风(OOFA)第三代：低低NOxx燃烧器器(LNNB) 其功功能是同同时兼顾顾空气分分级和燃燃料分级级炉炉膛内再再燃烧/炉膛内内还原NNOx (IFFNR)第一代措措施不要要求燃烧烧系统做做大的改改动。其其方法简简单，是是适用于于老厂改改造的经经济措施施。第二代措措施的特特点在于于降低燃燃烧器一一次风区区域内的的氧浓度度，从而而也相应应的降低低峰值温温度。第三代措措施的特特点是还还原已经经在燃烧烧器区域域或炉膛膛内生成成的NOOx。无论论是再燃燃烧/炉炉内NOOx还原方方式还是是空气/燃料分分级燃烧烧器，其其基本工工作原理理都是遵遵循分区区燃烧的的原则，只不过过后者用用

34、于燃烧烧器上，而IFFNR方方式是在在整个炉炉膛内布布置分区区燃烧而而已。自70年年代末至至80年年代初，美国、日本几几乎同时时开展了了低NOOx燃烧技技术的实实验研究究，推出出一种称称为“再燃”的燃烧烧技术，使火焰焰燃烧由由二段变变为三段段分级。其中，向炉内内输进天天然气等等碳氢化化合物把把NOxx 强化化还原，取得了了很好地地减少NNOx排放的的效果。燃烧技术术研究的的一个热热点是新新型燃烧烧器的开开发，低低NOxx燃烧器器是采用用空气分分级、燃燃料分级级或空气气和燃料料分级的的燃烧器器的统称称。日本本三菱重重工的PPM型燃燃烧器、美国BB&W公公司的PPAX燃燃烧器及及德国SSM公司司S

35、M型型旋流燃燃烧器等等都处于于世界领领先地位位。这些些技术措措施和硬硬件设备备有一个个共同点点,即都都在一次次风/粉粉中实施施浓淡燃燃烧(或或称偏离离燃烧)。燃烧技术术研究的的另一个个热点是是燃烧方方式的改改进。直直流燃烧烧器四角角布置，切圆燃燃烧是德德国比较较传统的的低NOOx燃烧方方式；而而日本三三菱重工工业公司司开发出出的新低低NOxx燃烧技技术为“循环UU形燃烧烧（CiircuularrUshaaped Firringg）” 简称称“CUFF”，见图图3。图3 切向燃烧（右）和循环U形燃烧（左）的燃烧器的布置1、 强化混合区；2、高温区；3、低温气流；4、弱混合区； 5、3次风喷口；

36、6、NOx分解区洁净煤发发电是当当今世界界能源利利用的大大趋势，改进锅锅炉炉型型和从宏宏观的角角度优化化热力发发电系统统，也是是解决低低NOxx排放的的重要手手段。循循环流化化床锅炉炉（CFFBC）、增压压流化床床锅炉（PFBBC）以以及整体体煤气化化联合循循环（IIGCCC）等都都是更为为先进的的洁净煤煤发电技技术，这这些技术术在德国国、西班班牙、美美国、日日本等国国家大都都处于示示范运行行工业化化试验阶阶段。另外超临临界压力力锅炉经经过400多年的的运行实实践和技技术改造造，技术术日臻成成熟，运运行的经经济性和和可靠性性不断提提高，目目前超临临界压力力机组的的蒸汽参参数正向向超超临临界方向

37、向发展。它们在在提高能能源转化化率、降降低供电电煤耗、减少污污染物排排放等方方面有着着明显优优势。 2.3.2.22 世界界发达国国家NOOx控制技技术的发发展概况况 这里仍以以德国、日本和和美国为为例来说说明经济济发达国国家在NNOx 控制制技术方方面的发发展历程程和趋势势。德国 德国是世世界上NNOx控制技技术的开开发与应应用最先先进的国国家之一一，德国国19996年就就在电厂厂脱硫脱脱硝技术术上投资资了2110亿马马克,并并形成00.0229马克克/(KKWh)的的生产成成本。自19884年原原联邦德德国在“大型燃燃烧设备备规定”中提出出3000以以上燃煤煤锅炉的的烟气中中NOxx浓度要

38、要控制在在2000 mgg /3以下后后，有力力地促进进了该国国大型燃燃煤电厂厂控制NNOx排放技技术水平平的迅速速提高。如今，德国的的燃煤电电厂，不不仅对老老式锅炉炉不断进进行技术术改造和和燃烧优优化调整整，采用用了一系系列低NNOx燃烧系系统，而而且大型型电站全全面安装装了烟气气脱氮装装置。德国在燃燃烧系统统技术改改造方面面做了大大量工作作，600年代中中期以前前,德国国的燃煤煤电厂基基本采用用湿式燃燃烧器，当时NNOx的排放放浓度在在20000 mmg /3以上。60年年代中期期以后推推广的干干式燃烧烧器的使使用使NNOx的排放放浓度降降为1220015000mgg/3左右。直流燃烧烧器

39、四角角布置、切圆燃燃烧是德德国传统统的低NNOx燃烧方方式。燃燃烧中心心的火焰焰峰值温温度和最最大热流流密度较较低，因因而有利利于降低低NOxx的产生生。之后后在传统统角置直直流燃烧烧器的基基础上发发展起来来的炉膛膛内整体体空气分分级燃烧烧器于220世纪纪70年年代后期期开始得得到广泛泛应用。它将炉炉膛总风风量155%左右右的助燃燃空气由由燃烬风风喷口送送入，由由于下部部主燃区区氧气浓浓度远低低于传统统燃烧方方式，因因而火焰焰峰值温温度较低低，从而而在总体体上降低低NOxx的排放放。Scchollvenn电厂7740MMW F机组的的实际运运行表明明，这种种燃烧器器不仅具具有燃烧烧效率高高，低

40、负负荷性能能好，而而且NOOx排放量量低。使使它的NNOx排放浓浓度保持持在7550 mmg /3左右，比燃用用同煤种种的传统统燃烧器器低约2200 mg /33。为了了进一步步降低NNOx的排放放量，德德国又在在此基础础上开发发了的同同轴双切切圆燃烧烧系统，80年年代中期期以后德德国投入入运行的的新机组组大多采采用这种种燃烧系系统。同同轴双切切圆燃烧烧系统有有两种形形式，一一种是带带同向偏偏置二次次风的同同轴燃烧烧系统，另一种种是同轴轴反切圆圆低NOOx燃烧系系统，SSchoolveen电厂厂1388机机组多年年的实际际运行表表明，前前者不仅仅具有很很好的低低负荷性性能。而而且满负负荷运行行

41、时，NNOx的生成成浓度能能保持在在6500 mgg/m33的较低低水平上上。后者者在运行行中NOOx的排放放浓度一一般低于于5500 mgg /m3。Schhkoppau电电厂4550MWW褐煤发发电机组组采用该该燃烧系系统，NNOx的排放放浓度始始终在1140 mg /m3左右。因而使使在该电电厂仅用用一级脱脱氮技术术就使烟烟气中的的NOxx低于排排放标准准。虽然低NNOx燃烧系系统大大大降低了了NOxx的生成成量，但但除少数数现代化化的褐煤煤发电厂厂外,单单纯通过过采用低低NOxx燃烧仍仍难以使使烟气中中的NOOx达到越越来越严严格的排排放限值值， 因因而德国国的燃煤煤电厂现现在普遍遍采

42、用称称为二级级脱氮技技术的烟烟气脱氮氮装置，以降低低烟气中中已生成成的NOOx的排放放。这些些装置分分为选择择性催化化还原（SCRR）脱氮氮、选择择性非催催化还原原（SNNCR）脱氮和和同步脱脱硫脱氮氮等类型型。德国于880年代代引进SSCR技技术，并并规定发发电量550MWW以上的的电厂都都得配备备SCRR脱NOOx系统。19884年下下半年德德国已有有5台脱脱硝试验验装置投投运，119855年122月Veeba电电厂1550MWW及Allt-bbachh电厂4460MMW机组组上的大大型脱硝硝装置投投产。这这两台机机组的锅锅炉均为为干式排排渣，脱脱硝装置置在除尘尘器之前前并用日日本催化化剂

43、。而而后投产产的Saandrreutth电厂厂1000MW机机组的脱脱硝装置置装在除除尘除硫硫装置之之后，在在这台设设备上第第一次使使用粒状状沸石为为催化剂剂，并第第一次采采用不旋旋转的重重新加热热系统。选择性非非催化还还原（SSNCRR）脱氮氮工艺在在德国主主要是用用于功率率较小的的燃煤电电厂的发发电机组组。该法法同样是是利用NNH3(或类类似产品品，如尿尿素等)作为还还原剂，将NOOx转化为为N2和H2O。只是是不采用用催化剂剂，Maarl热热电厂775MWW机组以以该法脱脱氮，NNOx排放浓浓度同样样达到了了低于2200 mg/m3的标准准。在德国还还有少数数燃煤电电厂采用用活性炭炭同步

44、脱脱硫脱氮氮法进行行烟气脱脱氮。该该法的特特点是脱脱硫脱氮氮同时进进行。其其过程为为NH33与除尘尘后烟气气一起通通过活性性炭填料料层，借借助于活活性炭的的催化作作用，NNH3与NOOx反应生生成N2和H2O。而经经过向烟烟气中喷喷水使SSO2转化成成的硫酸酸则被活活性炭吸吸收，进进而设法法回收。德国在十十几年的的时间里里，烟气气脱硝技技术的工工业应用用进展十十分迅速速，到119855年末公公用电厂厂装脱硝硝装置的的发电设设备容量量已达6610MMW，119866年7月月已有443台试试验装置置在电厂厂运行，到19991年年达约3300000MWW，根据据国家标标准规定定的所有有需要二二次脱硝

45、硝的机组组(占总总容量的的40%)都已已装上脱脱硝装置置，主要要用于石石煤锅炉炉(877.7%)，其其它褐煤煤及燃油油锅炉分分别占55.3%与与7.00%。烟烟气脱硝硝方法一一般都采采用干法法，而且且绝大部部分都用用SCRR法， SNCCR法仅仅占约55%。通过开发发利用一一系列低低NOxx燃烧系系统，全全面安装装烟气脱脱氮装置置，并对对老式锅锅炉进行行技术改改造和燃燃烧优化化调整等等技术措措施，德德国的燃燃煤电厂厂有效控控制了NNOx的排放放。1998419995年, NOOx排放量量减少了了70%以上，排放量量已从119800年占总总排放的的24%降至119911年以后后的100%以下下，

46、收效效非常显显著。见见表5。表5 原原西德应应用脱硝硝技术所所取得的的成果参 数19822年19911年总排放量量（NOOX）/kkta电厂与与供热厂厂所占份份额/%2613.55公用电厂厂所占份份额/%24.558排放因子子(公用用电厂)/g(kWh)-113.20.8排放浓度度/mggNm-33916240表6给出出了欧洲洲一些国国家和日日本脱硝硝装置的的统计（19990年资资料），从中可可以看到到德国的的脱硝技技术在欧欧洲的先先进地位位。德国国占西欧欧全部脱脱硝装置置的800%强，通过采采用低燃燃烧技术术和烟气气脱硝装装置，德德国火电电厂的NNOx排放量量已经大

47、大大降低低。德国和日日本是世世界上NNOx控制技技术应用用最多的的两个国国家。与与日本相相比，德德国的脱脱硝工艺艺有以下下特点： 液态排排渣锅炉炉后也能能装脱硝硝装置； 将脱硝硝装置装装在除尘尘器及除除硫装置置之后对对检修有有利；除了用用TiOO2为催化化剂外还还用活性性碳与沸沸石为催催化剂。表6 几个个国家火火电厂脱脱硝装置置数量参 数原西德*奥地利丹麦荷兰日本19922年19911年19933年19911年19922年装置数/台1311231122脱硝装置置容量/MW28500023000750125占总容量量的分额额/%4046846.22平均排放放因子gg(kWWh)-110.8220

48、.8444.877*1.0550.466*仅列出出公用电电站的数数据；*119900年数据据 日本 在减低氮氮氧化物物排放方方面，日日本的工工业部门门作做了了大量的的研究和和工业实实验，取取得了良良好的效效果。其其中如三三菱重工工业公司司的“三菱低低NOxx燃烧系系统”就是具具有代表表性的一一个，在在世界各各国有较较大的影影响。该该系统由由三部分分组成：旋转式式分离器器（MRRS）装在在磨煤机机上部，将分离离出来的的粗粉再再次送去去研磨；PM型燃燃烧器（pollluttionn miinimmum burrnerr）利用用惯性原原理将一一次风分分为两股股，一股股为贫燃燃料风粉粉流，另另一股为为

49、富燃料料风粉流流，实现现燃料分分级；三级燃燃烧系统统称为“三菱高高级燃烧烧技术”（ MMACTT）用再循循环烟气气通过上上部燃烧烧器向燃燃烧室加加入少量量燃料，从而在在上部形形成还原原区。三三菱低NNOx燃烧系系统的运运行经验验表明，采用这这一整套套措施的的各类锅锅炉，包包括超临临界蒸汽汽参数的的锅炉和和每天启启停的锅锅炉在内内，配备备三菱低低NOxx燃烧系系统的2227台台锅炉，运行情情况良好好，能在在较低过过剩空气气系数（炉膛出出口处等等于1.15）的条件件下和较较宽的负负荷范围围内可靠靠地运行行，不但但具有较较高的效效率，而而且可以以实现很很低NOOx排放，对燃天天然气的的锅炉，烟气中中

50、NOxx浓度为为2040 mg/m3；燃油油炉为9901200 mgg/m33；燃煤煤炉为11203000 mgg/m33。在设设计新锅锅炉或改改造旧锅锅炉的大大多数情情况下，三菱重重工业公公司仅限限于采用用PM型型燃烧器器和MAACT方方法。下下图是三三菱低NNOx燃烧系系统的示示意图。除了上述述降低NNOx的燃烧烧技术方方法外，还采用用催化反反应器和和在烟气气中喷入入氨或氨氨水的系系统。下下图所示示为日本本最通用用的综合合了燃烧烧技术和和选择性性催化反反应器（SCRR）的烟烟气脱氮氮系统。图4 三菱低NOx燃烧系统 1、旋转式分离器（MRS） 2、PM型燃烧器 3、三级燃烧系统 4、可形成

51、还原区的燃烧器 5、三次风6、加氮 7、SCR反应器 8、空气预热器 SCR烟烟气脱氮氮系统的的建造投投资和运运行费用用都比前前者高很很多，除除了德国国外,目前只只有在日日本有大大量脱硝硝装置投投入商业业运行（见前面面的表66）。SCR法法是日本本率先于于70年年代对其其实现了了工业化化的。119844年已有有41%的燃煤煤发电机机组配备备脱硝装装置。119922年达到到46.2%。20002年日日本已共共有折合合总容量量大约为为23.1GWW的SCCR设备备在电力力工业上上使用。 由于采采用选择择性催化化还原法法（SCCR）需需要大量量的投资资。因此此，在770年代代三菱重重工业公公司研制制

52、出耗用用投资较较少的烟烟气脱氮氮的新方方法，即即选择性性无催化化还原法法（SNNCR）。松岛岛火电厂厂的l4号燃燃油锅炉炉，四日日市火电电厂的两两台锅炉炉，知多多火电厂厂3500MW的的2号机机组和横横须贺火火电厂3350MMW的44号机组组都采用用了SNNCR方方法。但但是目前前大部分分锅炉不不采用SSNCRR方法，主要原原因如下下： 效率率不高（燃油锅锅炉的NNOx放量仅仅降低33050）； 增加加反应剂剂和运载载介质（空气）的消耗耗量；氨的泄泄漏量大大，氨不不仅污染染大气，而且在在燃烧含含硫燃料料时，由由于有硫硫酸氢氨氨形成，会使空空气预热热器堵塞塞。考虑到上上述问题题，三菱菱重工业业公

53、司的的专家们们又开发发了一种种SCRR和SNNCR混混合利用用的技术术，现已已获得美美国专利利。初步步计算和和试验研研究表明明，这种种混合系系统的投投资比SSCR方方法低，并消除除了SNNCR方方法的主主要缺点点。在该混合合系统内内，紧凑凑型催化化反应器器安装在在省煤器器和空气气预热器器之间的的烟道内内。催化化反应器器不仅可可补充还还原氮氧氧化物，并能消消耗锅炉炉高温区区内未与与NO和和O2反应的的过剩氨氨。通过过调节进进入催化化反应器器的氮补补充量，可使混混合系统统在锅炉炉的全部部负荷范范围内都都保持高高效率。目前三菱菱重工业业公司在在两台燃燃烧低硫硫油的大大型锅炉炉上采用用了混合合系统。这

54、两台台锅炉的的实验结结果证明明，混合合系统是是在一定定条件下下降低NNOx排放量量的最优优措施。例如，在横须须贺火电电厂的44号机组组上，在在NH33/NOOx的克分分子比等等于2的的条件下下，只投投入SNNCR系系统，NNOx排放量量降低440%到到45%。只投投入SCCR小型型装置，NOxx排放量量降低115%。而投入入（SNNCR+SCRR）混合合系统，NOxx排放量量降低550%以以上。新新系统的的主要优优点是当当仅投入入SNCCR运行行时，氨氨的泄露露量特别别高。在在NH33/NOOx等于22时，省省煤器后后NH33浓度达达到2000pppm。而而在SCCR投入入后，NNH3浓度降降

55、到可接接受值5 pppm以下下。日本的烟烟气脱硝硝经验为为世界其其他国家家提供了了以下几几方面的的经验：燃料的的影响方方面锅炉的的设计方方面有关NNOx的脱除除率、NNH3的逃逸逸、APPH的运运行以及及催化剂剂方面。日本的脱脱硝装置置虽然已已发展到到相当程程度，但但仍有以以下局限限性，主主要表现现在：大部分分经验限限于燃油油及燃天天然气机机组；燃煤电电厂的脱脱硝装置置仅限于于石煤干干态排渣渣锅炉，而从未未用于褐褐煤及液液态排渣渣锅炉；日本的的石煤机机组大多多是基本本负荷机机组；未给出出CO的的下限值值,这表表示NOOx排放浓浓度虽低低但成果果中依靠靠燃烧上上采取措措施的部部分过多多。日本在脱

56、脱硝方面面所做的的工作还还有一项项就是119700年日本本荏原(Ebaara)公司提提出的电电子束烟烟气脱硫硫技术。这项技技术在脱脱硫的同同时还能能祛除NNOx 。119722年,他他们与日日本原子子能研究究所(JJAERRI)合合作研究究。19974年年，荏原原公司在在藤泽中中央研究究所建成成处理量量为10000NNm3/h(燃烧重重油)的的小型中中试厂，证明通通过加氨氨能将污污染物转转化为硫硫铵和硝硝铵。 美国 在美国国清洁空空气法修修正案19990年提提出的将将NOxx的排放放量从119800年水平平减少2200万万的目目标的督督促下，ABBB和GEE公司用用5年的的时间对对1166台

57、(总容量量超过2250000MWW) 切切向燃烧烧锅炉进进行了低低NOxx燃烧系系统改进进，经过过近两年年的试验验和总结结，开发发了LNNCFSSTM、级燃烧烧系统，并且研研制出能能最大限限度减少少NOxx排放的的TFSS20000TMMR燃烧烧技术。LNCCFSTTM燃烧烧系统可可以根据据已建成成的锅炉炉结构条条件、燃燃料特性性以及要要求达到到的NOOx排放水水平进行行选型，而TFFS20000TTMR燃燃烧技术术是将炉炉膛设计计、燃料料特性及及燃烧器器布置有有机的结结合在一一起，使使新设计计锅炉性性能最佳佳, NNOx生成量量、未燃燃烬碳损损失及水水冷壁腐腐蚀最小小。最近近，Prraxaa

58、ir正正在开发发一种富富氧燃烧烧和富氧氧二次燃燃烧控制制NOxx技术。富氧燃燃烧可以以用来控控制热力力型和燃燃料型NNOx的形成成。把NNOx的排放放量降低低到0.15 lb/MBttu。和德国、日本一一样，随随着环境境污染问问题越来来越受到到关注，污染物物排放量量标准日日趋严格格，为满满足更为为严格的的NOxx排放标标准，必必须对烟烟气脱硝硝。实际际上，美美国对烟烟气脱硝硝的研究究开始的的很早，目前在在世界工工业发达达国家应应用最广广泛的SSCR法法，其发发明专利利就属于于美国的的Eeggelhhardd公司（该公司司于19959年年申请了了SCRR法的发发明专利利）。美美国的有有关工业业部

59、门除除了应用用选择性性催化还还原方法法外，有有的还采采用了MMobooteccs Rottamiix系统统。RRotaamixx系统是是第二代代SNCCR（选选择性非非催化还还原）系系统，被被设计用用来与MMobeeteccs RROFAA（旋转转对置燃燃尽风）系统一一同工作作。为了实现现19998年SSIP法法令中对对于大型型发电机机组0.15llb/MMBtuu的氮氧氧化物排排放率，美国国国家环保保局（EEPA）当时预预计将有有75GGW的发发电机组组安装选择择性催化化还原系系统，以以满足氮氮氧化物物SIPP法令的的要求，至20002年年已有超超过100GW机机组的安安装了SSCR系系统特

60、别值得得一提的的是最近近美国能能源部(DOEE)为提提高能源源系统的的安全性性、竞争争性和环环保性而而制定一一项目标标战略计计划，这这项计划划提出了了一系列列的国家家优先发发展技术术。其中中美国国国家能源源技术实实验室(NETTL)负负责实施施现有电电厂的改改造计划划。现有有电厂改改造计划划的一个个重要内内容是先先进的NNOx控制技技术的研研发。使使NOxx的排放放水平不不高于00.155 lbb/MBBtu，低NOxx燃烧器器的推广广应用已已经显著著降低了了燃煤电电厂的NNOx排放水水平。为为了继续续扩大成成果，美美国最近近完成了了一项从从实验室室研究到到全尺寸寸模型实实验的NNOx控制技技