烟气脱硝技术培训课件

1、1烟气脱硝技术2一、火力发电厂烟气脱硝技术概述二、烟气脱硝技术的工程应用分析 三、催化剂的生产和在脱硝系统中的应用四、CFD模拟技术在脱硝系统中的应用五、脱硝技术及应用内 容31、脱硝技术的分类 燃烧前脱氮 生物脱氮技术等 燃烧过程中的NOx脱除 低氮燃烧技术、循环流化床洁净燃烧技术（CFBC）、 整体煤气化联合循环（IGCC）、洁净煤发电技术 烟气脱硝技术 气相反应法、液体吸收法、吸附法、液膜法、微生物法 火力发电厂：选择性催化还原技术（SCR）、 选择性非催化还原技术（SNCR） 混合SCR-SNCR技术一、火力发电厂烟气脱硝技术概述4 NOx脱除原理在燃烧过程中脱除 控制燃烧条件,从而控

2、制NOx的生成控制燃烧温度，控制燃料和空气的混合速度与时机。 采用该原理的主要技术包括低氮燃烧器、OFA分级送风等。在燃烧后脱除 4 NO + 4 NH3 + O2 - 4 N2 + 6 H2O6 NO2 + 8 NH3 + O2 - 7 N2 + 12 H2O采用以上原理产生并应用较多的有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR) 、SCR/SNCR混合法技术等。 条件1:温度900-1100;条件2:使用催化剂,温度320-400 .5项目NOx控制技术脱硝效率%NOx控制极限低NOx燃烧技术低NOx燃烧器2040各种低NOx燃烧技术组合，可将NOx排放浓度降低到约35

3、0mg/Nm3 空气分级2040燃料再燃5070燃烧优化系统1030受制于硬件设备烟气脱硝技术SCR9050mg/Nm3以下SNCR2040取决于入口NOx浓度SNCR/SCR4090脱硝技术比较62、国际主流脱硝技术简介脱硝技术技术特点国内技术应用公司日本BHK反应器顶部的三角翼形式；管式混合器技术；反应器入口的整流板技术板式催化剂生产技术大唐科技等日本三菱反应器顶部为四方结构华电工程等意大利TKC反应器顶部为四方结构；重庆远达、清华同方等德国FBE反应器顶部为四方结构；采用涡流混合器国电龙源等丹麦TOPSOE反应器顶部为四方结构；波纹板催化剂生产技术大唐科技等7波纹板式板 式主要成分：Ti

4、O2、V2O5、 WO3蜂窝式3、脱硝催化剂的种类与应用8 催化剂三大主要原料: TiO2(80%)、 MoO3(5%10%)、V2O5(0.5%1.2%) 承载材料： TiO2 (或Al2O3,Fe2O3,SiO2) 80活性成分： V2O5 1%5%wt MoO3、WO3 5%10%wt催化剂特性：具有将NOx、NH3转换成N2、H2O的能力 SO2/SO3转化率低 最佳反应温度为315370催化剂组成成分9催化剂元件10催化剂结构数据催化剂体积130100base815645适于燃煤机组含尘烟气干净烟气节 距10mm3437mm4456mm5474mm7983mm1000AP（m2/m3

5、）11催化剂模块制造厂催化剂型式产品规格mm日 立板 式948x1881xHArgillon板 式954x1882xHCometech蜂窝式960 x1910 xH东方凯特瑞蜂窝式970 x1930 xH 便于安装 缩短催化剂从反应器内搬出的时间12催化剂性能比较性能参数板 式蜂窝式波纹板式基 材不锈钢金属板整体挤压玻璃纤维板氧化率中高中压力损失低高中抗腐蚀性好一般一般抗堵塞性好中中134、脱硝用还原剂比较项目尿素氨水液氨反应剂费用中高低能耗成本中高中安全性有毒有害无害安全管理费用无中高存储条件高压常压常压，干态储存方式液态液态微粒状设备投资高中低占地小大大初投资低高高设备安全要求有法律规定需

6、要基本上不需要优点没有溢出危险，设备占地面积小，对周围环境要求低液体溢出后的扩散范围小于液氨，浓度范围容易控制还原剂和蒸发液氨成本低，体积小缺点还原剂能耗大，系统设备投资和还原剂成本较高还原剂成本、蒸发能量、储存设备成本较高，较大的注入管道。溢出的氨水对人体影响同于液氨。较高的安全管理投资以防止液氨溢出污染，风险较大145、烟气脱硝技术工程设计要点 催化剂的选型 要点：烟气参数、煤/灰的性质、机组的参数、 经济性分析 反应器、烟道的设计 关键因素：场地条件、催化剂体积、CFD模拟 结果等等 烟气流场的CFD模拟 等比例实物模型试验验证15二、烟气脱硝技术工程应用分析1、NOx的危害2、当前对N

7、Ox的排放要求3、NOx在电站锅炉的生成过程4、不同煤质和炉型对烟气中NOx的影响5、燃煤电站主流烟气脱硝技术的对比6、脱硝系统对锅炉运行的影响7、工程应用过程中应当注意的问题161、NOx的危害 氮氧化物的危害性表现在： 对人体健康的直接危害 参与形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因，使大气能见度降低 使酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变NOx排放的增长加剧了区域酸雨的恶化趋势，同时其跨国界的“长距离输送”，增加了我国NOx排放的国际压力17国家和地区 排放限值 国家和地区 排放限值新标准 200加拿大460北京100新西兰410上海200泰国940重庆4501100中国香港670广东65

8、0印尼850美国135朝鲜720日本200菲律宾1090欧盟200中国台北720澳大利亚460主要国家和地区新建大型燃煤电厂氮氧化物排放浓度限值（mg/m3）2、当前对NOx排放的要求摘自：火电厂大气污染物排放标准编制说明（征求意见稿）18摘自：火电厂大气污染物排放标准（征求意见稿）火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物（以二氧化氮计）排放浓度单位：mg/m3时段第 1 时段第 2 时段第 3 时段实施时间2010年1月1日2015年1月1日2010年1月1日2015年1月1日2010年1月1日燃煤锅炉Vdaf20%650450燃油锅炉及燃气锅炉天然气200150200150150燃油或其他气体燃料

9、400 6502）200 2003)400200200燃气轮机组天然气80805050燃油或其他气体燃料150150120120注：1）该限值为全厂第1时段火力发电锅炉平均值。 2）1996年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的燃油锅炉。 3）燃油锅炉执行该限值。第三时段位于除重点地区外的其他地区的火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间19113个环境保护重点城市名单直辖市：北京、天津、上海、重庆；省会城市：石家庄、太原、呼和浩特、沈阳、长春、哈尔滨、南京、杭州、合肥、福州、南昌、济南、郑州、武汉、长沙、广州、南宁、海口、成都、贵阳、昆明、拉萨、西安、兰州、西宁、银川、

10、乌鲁木齐；计划单列城市：大连、青岛、宁波、厦门、深圳；其他城市：秦皇岛、唐山、保定、邯郸、长治、临汾、阳泉、大同、包头、赤峰、鞍山、抚顺、本溪、锦州、吉林、牡丹江、齐齐哈尔、大庆、苏州、南通、连云港、无锡、常州、扬州、徐州、温州、嘉兴、绍兴、台州、湖州、马鞍山、芜湖、泉州、九江、烟台、淄博、泰安、威海、枣庄、济宁、潍坊、日照、洛阳、安阳、焦作、开封、平顶山、荆州、宜昌、岳阳、湘潭、张家界、株洲、常德、湛江、珠海、汕头、佛山、中山、韶关、桂林、北海、三亚、柳州、绵阳、攀枝花、泸州、宜宾、遵义、曲靖、咸阳、延安、宝鸡、铜川、金昌、石嘴山、克拉玛依。摘自：国家环境保护“十一五”规划，2007年11月

11、2020092010年全国污染防治工作要点以火电行业为重点，开展工业氮氧化物污染防治，在京津冀、长三角和珠三角地区，新建火电厂必须同步建设脱硝装置，2015年年底前，现役机组全部完成脱硝改造，研究扶持政策，提高氮氧化物污染防治技术水平213、 NOx在电站锅炉的生成过程氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，NOx包括NO、N02、N2O、N203、N204、N205等。按燃烧过程中NOx的生成机理，NOx可分成： 热力型NOx 燃料型NOx 快速型(瞬时反应型)NOxNO约占9095NO2、NxOy约占5-1022燃料燃烧时，空气中的氮在高温下发生氧化反应。随着反应温度的升高，其反应速率

12、按指数规律增加。当1400时,每增加100,反应速率增大6-7倍。 热力型NOx23 燃料型NOx由燃料中含氮有机物在燃烧中氧化而成。在600800时就会生成燃料型NOx ，在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx ，它在煤粉燃烧NOx产物中占6080。24 快速型(瞬时反应型)NOx快速型NOx是1971年通过实验发现的。在碳氢化合物燃料浓度大的反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx ，其形成时间只需要60ms

13、，所生成的量与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。这种反应主要发生在内燃机的燃烧过程中；对燃煤锅炉，其生成量很小。25燃烧过程中三种生成机理对NOx量的贡献示意图26用户名称机组容量（MW）煤种烟气NOx含量（mg/Nm3）山西阳城发电厂1600无烟煤1300哈尔滨第一热电厂2300烟煤400长春第三热电厂2350褐煤495湖南华银金竹山发电厂2600无烟煤1100兰州西固热电厂2330烟煤400山东黄岛发电厂2660烟煤400南京下关发电厂2600烟煤400不同煤种时烟气中NOx含量比较 4、不同煤质和炉型对烟气中NOx的影响27不同炉型对NOx含量影响燃烧系统NOx排放值（mg/m

14、3）固态排渣炉6001200直流燃烧器6001000旋流燃烧器8501200液态排渣炉9001300直流燃烧器9001300旋流燃烧器1300200028配置先进的低氮燃烧装置后的燃煤发电锅炉氮氧化物排放浓度统计表炉型燃烧器布置方式NOx排放浓度（mg/Nm3）烟煤褐煤贫煤无烟煤煤矸石煤粉炉切圆范围250450450650平均值3484505761100墙式范围300450450500平均值382496W火焰范围平均值1100循环流化床锅炉范围150210200250190200200240平均值199350217198216摘自：火电厂大气污染物排放标准编制说明（征求意见稿）295、燃煤电站

15、主流烟气脱硝技术的对比 选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction）SCR技术 非选择性催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction） SNCR技术 混合SCRSNCR技术30SCR选择性催化还原法 (Selective Catalytic Reduction）SCR技术：还原剂（NH3）在催化剂的作用下，将烟气中NOx还原为氮气和水。“选择性”指氨有选择地将 NOx 进行还原的反应。SCR技术由日本于70年代投入商业运行，至80年代中期欧洲也成功地实现了SCR的商业运行。SCR装置一般布置在锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间，催

16、化反应温度在320400。 SCR系统特点： 结构简单，运行方便； 运动设备少，可靠性高； 无副产品； 脱硝效率高,8090%； 使用广泛。31NOXNH3N2H2O4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O7 N2 + 12 H2O6 NO2 + 8 NH3基本反应方程式副作用方程式SO2 + 1/2 O2NH3 + SO3 + H2OSO3 NH4 HSO4氮氧化物与氨的化学反应（SCR)32a) 高含灰布置方案选择性催化还原法（SCR）常规布置方式b) 低含灰/尾部布置方案33SCR脱硝实例34烟气喷入：氨 尿素燃烧器二次风9001100区域选择性非催化还原法( SNC

17、R) SNCR原理是在炉内喷射氨、尿素等化学还原剂使之与烟气中的NOx反应，将其转化成氮(N2)及水(H2O) 。 有效反应温度范围9001100之间。 由于SNCR反应的温度范围较窄， 锅炉变负荷时脱硝效率降低。 SNCR脱硝效率对大型燃煤机组在 2540%；无副产品 反应式：4NO+4NH3+O24N2+6H2O 4NH3+5O24NO+6H2O 4NH3+3O22N2+6H2O35SNCR系统温度对脱硝效率实验结果的影响36SCR与SNCR比较类 别SCRSNCR温 度300- 420900- 1100NH3/NOx摩尔比0.41.00.82.5脱硝效率6090 %2550 %NH3逃逸

18、率35ppm520ppm催 化 剂需 要不 需 要应用范围广 泛窄投 资高低运行成本中 等中 等37工程应用特点 SNCR不需催化剂，工程造价大大降低； SNCR 完全布置在锅炉本体上，不需要占地面积； SNCR特别适用于老机组的改造和小机组脱硝。 SNCR可以和SCR配合使用，达到更好的效果。 38 混合SNCR-SCR烟气脱硝技术混合SNCR - SCR 工艺具有两个反应区，通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第一个反应区炉膛，在高温下还原剂与烟气中NOx发生非催化还原反应，实现初步脱氮。然后未反应完的还原剂进入混合工艺的第二个反应区反应器，进一步脱氮。混合SNCR - SCR

19、 工艺最主要的改进是省去了SCR 设置在烟道里的复杂AIG（氨喷射）系统，并减少了催化剂的用量。39 6、脱硝系统对锅炉运行的影响 对空气预热器的影响 对引风机和烟道的影响 对锅炉性能与安全性的影响 对锅炉总体布置的影响40烟气中部分SO2转化成SO3烟气中SO3的增加，引起酸腐蚀和酸沉积堵灰程度增加SO3与逃逸的氨反应产生硫酸氢氨和硫酸氨NH3+SO3+H2ONH4HSO4/(NH4)2SO4NH4HSO4 沉积温度150230，粘度较大，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀空气预热器烟/风压差增加，空气预热器漏风略有增加对空气预热器的影响41转子导向轴承装置径向密封传热元件扇形板漏风控制系

20、统调节门轴向密封调节门 调节装置传动围带支撑轴承转子外壳转子调节门可拆卸传热元件盒调节器空气预热器结构42换热元件选用合适的板型空气预热器由高、中、低温段改为高、低温两段，取消中温段，避免中、低段之间NH4HSO4沉积。在空预器冷段采用镀搪瓷元件采用多介质吹灰器，加强吹灰频率严格控制氨的逃逸率保证较低的SO2/SO3的转化率(20000m3/a超过800套Argillon德国板式、蜂窝式5000m3/a（蜂窝式）12000m3/a（板式）超过540套Envirotherm GmbH(KWH)德国蜂窝式已被中国东方锅炉收购并组建东方凯瑞特Topsoe丹麦 波纹板式三条生产线Seshin Elec

21、tronics韩国蜂窝式3000m3/a摘自：SCR烟气脱硝催化剂简介 2008年第十届中国科协年会论文集65厂商名称技术来源催化剂形式生产能力备注东方凯特瑞德国KWH蜂窝式4500m3/a已投产大拇指日本触媒化成蜂窝式6000m3/a未投产瑞基环保不明蜂窝式6000m3/a已投产龙源日本触媒化成蜂窝式2500m3/a已投产重庆远达美国康宁公司蜂窝式5000m3/a未投产中天环保不明蜂窝式4000m3/a未投产青岛华拓韩国SK蜂窝式不明未投产中国亚吉隆德国亚吉隆板式10000m3/a未投产国内催化剂供应商66四、CFD模拟技术在脱硝系统中的应用67CFD软件（Computational flu

22、id Dynamics）是计算流体力学软件的简称，是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件，相当于虚拟地在计算机上做试验，用以模拟仿真实际的流动状态。CFD = 流体力学热学数值分析计算机科学流体力学：层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体热学：热力学和传热学数值分析：解析计算方程计算机科学：计算机语言、图形技术、图表计算机CFD模拟流场的建立确保NOX/NH3 分布均匀确保烟气速度均匀减小烟气温度偏差获得最小的烟气压降68实体物理模型（Flowmodel）根据脱硝装置的设计方案，建立实物模型 实物模型包括从省煤器出口至空预器入 口的完整SCR流动路径。 比例为1:15或1:10 验证和优化

23、整个烟气系统流场分布。 维持系统低的烟气压降。 69五、脱硝工艺流程及分系统介绍70省煤器混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀释风机液氨储罐选择性催化还原法（SCR）系统工艺流程系统主要组成: SCR反应器及催化剂 烟道系统 氨储存供应系统 氨喷射及混合系统(AIG) 控制系统 电气部分71氨区主要设备组成卸料压缩机储氨罐氨蒸发槽氨气缓冲罐氨稀释槽废水池管道及阀门等附件省煤器混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀释风机液氨储罐SCR工艺系统氨区（一）72 无色、有强烈刺激性气味的气体； 在标准状况下，密度（ 0.771 kg/m3）小于空气； 易液化，在常压下冷却至33.5或

24、在常温下加压至 700kPa800kPa气态氨就液化成无色液体,液氨常用 作制冷剂； 属于有毒类化合物，接触要小心； 极易溶于水（1：700），溶液是碱性物质氨的一般性质73 SCR系统工艺流程液氨74液氨储罐蒸发器内部结构氨气缓冲罐氨蒸发槽氨稀释槽75卸料压缩机76氨区设计遵循的标准和规范 国家有关标准和规范：建筑设计防火规范 GBJ1687（2001修订版） 石油化工企业设计防火规范 GB50160-92 石油化工储运系统罐区设计规范 SH3007-1999 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB 50058-92 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-199977

25、氨区布置原则布置的原则（1）区域规划（全年最小频率风向的上风侧） （2）确定罐区与周边建筑物的防火间距（3）确定罐区与厂内主要道路及次要道路的防火间距（4）确定罐区内设备的防火间距（5）罐区要设防火堤（6）罐区要设摭阳逢（7）罐区要设冷却喷淋（8）罐区要设消防通道78 SCR系统工艺流程尿素79SCR工艺系统氨与稀释风的混合（二） 稀释风与氨气的混合作用 将氨稀释到浓度为5； 使氨气分布更加均匀； 增加动能，提高氨气的扩散能力。我的爆炸浓度范围为1528%,请让我远离这个数值吆！混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀释风机液氨储罐80稀释风从送风机出口选取 降低造价 现场布置简单81氨

26、/空气混合器82保证氨和烟气的均匀混合NH3/NOx沿烟道截面均匀的分布氨喷射格栅(AIG)NH3喷射格栅SCR工艺系统喷氨系统（三）83调整氨的流量分配阀门84NH3/NOx分布不均匀状况的调节恶劣的流速分布将导致NH3/NOx的严重不均匀通过注氨量的局部微调达到NH3/NOx的均匀分布Cv=44%Cv=8%Center of boilerCenter of boiler端部阀门调节后端部阀门调节前85 承载催化剂 预留加装备用层催化剂的空间- 保证烟气均匀分布 密封装置 吹灰器SCR工艺系统反应器和催化剂（四）烟气进口氨的喷入烟气出口催化剂层86SCR工艺系统反应器布置方式：一般采用21或31布置；备用层：将新催化剂安装在预留催化剂位置，以减少催化剂更换量，并充分利用尚未完全失效的旧催化剂，从而减少催化剂更换费用，提高脱硝效率。 87催化剂的失活和中毒SCR催化剂的工作条件比较恶劣，存在着中毒失效问题， 必须定期更换，更换时间据具体情况而定。催化剂性能下降的原因 （1）微孔体积减少； （2）固体沉积物使微孔堵塞； （3）碱