烟气脱硝技术

烟气脱硝技术第1页/共38页2009SelectiveNon-CatalyticReductionSNCR是在870～1205℃下，将氮还原剂（氨或尿素）喷入烟气中，将NOx还原，生成氮气和水。与SCR技术相比，SNCR技术利用炉内的高温驱动氨与NO的选择性还原反应，因此，不需要昂贵的催化剂和体积庞大的催化塔。SNCR相对于低NOx燃烧器和SCR来说，初投资低，停工安装期短，脱硝率中等。由于受到锅炉结构形式和运行方式的影响，脱硝性能变化比较大。美国电力行业的业主认为，最终的目标不是得到最低的NOx排放，而是以最低成本符合排放要求。因此，近10年来SNCR技术在美国得到迅速的推广应用。由于SNCR成本较低，改造方便，适合老厂改造，也适宜协同应用其它的低NOx技术，近年在捷克、韩国、台湾等地都有发展应用。选择性非催化还原第2页/共38页2009NOxOUTULTRA™

工艺原理AIG空气空气预热器锅炉烟囱SCR反应器混合/给料泵溶解罐溶液罐稀释风机尿素筒仓HFDPCVMDM稀释风尿素喷枪热解炉加热器第3页/共38页2009尿素溶液配置储存系统：一个10m3的尿素溶解器采用蒸汽加热来生产50％尿素溶液溶液储存在两个140m3的储罐中，储罐是保温隔热的，并配置了加热垫和一个自动调温器来保持储罐温度在25℃以上。高能输送系统：在线加热器来维持尿素溶液温度，还包括一个双向过滤网、两个多级不锈钢离心泵。喷射器测量模块：用水稀释后的尿素溶液到三个独立的喷射层。每个墙喷射区配有一个供水压力控制阀和尿素溶液计量阀。尿素溶液和输送空气在混合室中预雾化后通过风冷喷枪喷入炉内烟气中。所有的墙式喷射器配有缩回机构，每层喷射器单独控制。喷射器：通常有多孔长喷枪和墙式喷嘴两种。炉子越大，需要的喷射器数量越多；通常分层布置，根据喷入层位置和温度的高低，组合使用。测量控制反馈系统：自动控制配料池的浓度、尿素溶液储罐的液位，并检测排烟NOx含量，通过（PID）调节控制喷入炉膛内的尿素溶液的流量以及雾化气压。SNCR系统第4页/共38页2009SNCR在大型电站锅炉上的应用90％+：在温度恒定、混合充分、反应停留时间充足的实验室条件下，氨和尿素SNCR反应能达到超过90％的脱硝率。70％+：废弃物焚烧锅炉、窑炉和循环流化床锅炉上，由于在合适的温度范围内，反应的停留时间大于0.5s，能实现70％以上的脱硝率

30％～40％：大型电站锅炉应用SNCR脱硝率①炉内布置受热面，烟气降温速率高，反应温度范围内停留时间短②烟气分层，炉内的温度、速度场分布不均匀③高度湍流和运行工况变化，对整个炉内的温度、速度场的影响；④少量的还原剂难以跟大量的燃烧烟气充分混合；⑤由于尾部布置换热设备，氨的逃逸会造成一定的危害。∵化学反应快，反应率高∴混合扩散控制第5页/共38页2009两种SNCR喷射设备MNL多孔长喷枪效果好，控制精确，但系统复杂：通常配备水冷、自动机械回撤、转动除灰、高温测量、断水警报等配套设备墙式喷嘴形式简单，操作和维护方便，不容易损坏，缺点是喷雾液滴难以深入到炉内。第6页/共38页2009理想的SNCR喷射设备硬件工艺性能要求：按照SNCR的应用场合要求，喷嘴应该是能耐高温冲击，抗热变形，耐磨耐腐，而且是容易维护和替换的。雾化性能要求：雾化颗粒最大程度与烟气混合。因此，雾化角度应该比较大，覆盖面积要广；通常雾化颗粒越小，反应表面积越大，混合好。但是SNCR中液滴进入炉内迅速蒸发，大液滴的穿透距离大。∴我们提出SNCR高温喷射的墙式喷嘴应该一部分速度高的粗颗粒集中在中心，可以抵达炉膛深处；另一部分细颗粒分散在喷嘴周围，在喷入点即炉膛壁面附近就可以充分与烟气混合反应。还需注意不能在炉膛壁面附近的冷区形成特别粗的颗粒，以免氨逃逸；设计运行控制要求：实际运行过程中可以从两个方面进行调整：①布置多层多点不同形式的喷嘴组合。根据温度的变化选择不同的喷入层，在不同的位置布置不同形式的喷嘴。②要可以通过稀释水量，雾化气压力和流量来调整单个喷嘴的雾化粒度。当炉内温度因为负荷上升等原因而升高的时候，可以增加稀释水量，使雾化粒度变粗。如前所述，雾滴颗粒越粗，溶液蒸发时间就越长；尿素溶液越稀，尿素结晶析出的时间就推迟。由于氮还原剂喷入点的温度梯度大，反应时间的推迟相当于降低了反应的温度。第7页/共38页2009典型布置以及优化根据炉膛现场温度测试或者CFD模拟温度分布的结果，通常设置2～3排喷射器，根据负荷变动、温度变动情况来设计运行策略，安排不同层的喷射器投入。总的来说，温度和混合是两个最重要的要素。而对于氨氮比，由于考虑到成本和尾部氨逃逸的问题，不建议使用高于2的氨氮比。一般设计范围在1.0至1.2之间。第8页/共38页2009OptimizeFlowandTemperatureDistributions流场与温度场分布优化第9页/共38页20093DVisualization–PreciseDistributionTechnology三维目视-精确的注射科技Over500furnaceinjectionexperiences第10页/共38页2009典型问题与SCR技术相比，SNCR技术对锅炉运行的影响集中在氨逃逸浓度比较大的问题。未反应的氨到达尾部烟道，可能会造成以下四点危害：排放：大于5ppm恶臭，大于50ppm影响人体健康。与HCl生成NH4Cl产生烟囱可见的烟柱，主要发生在含HCl的烟气中，如废弃物燃烧烟气；生成NH4HSO4和（NH4）2SO4造成下游设备（空预器）的压损增加、低温腐蚀。特别是锅炉燃用高硫煤的时候。氨富集在飞灰中，影响飞灰品质，造成飞灰销售、处理难的问题。“……对于尾部氨逃逸的问题，主要是硫酸氢氨和硫酸氨黏附在飞灰上，造成尾部设备主要是空预器的沾污、腐蚀、堵塞问题。”--Lyon第11页/共38页2009设计中：通过减少尿素溶液的用量（用小的NSR）。保证混合充分和足够高的温度和足够长反应时间（通过设计不同的喷射策略，同时在比较高的温度下喷射）。提高燃烧烟气的氧含量或添加合适的添加剂（产生必要的活性根，同时也可以氧化部分的NH3），但难免牺牲一点脱硝的效率。运行中：SNCR系统的优化运行：减少炉膛出口处的NH3逃逸，从源头上减少硫酸氢氨生成的浓度；空预器吹灰优化：根据运行中的烟气通过空预器压力损失变化规律，适当增加吹灰频率和吹灰强度，减少空预器硫酸氢氨堆积来控制空预器压损增加。空预器改造：硫酸氢氨沉积位置发生在空预器中间温度区。可通过改造空预器，消除空预器中温段管子焊接接缝，使管子光顺，最好加上陶瓷涂层，减少硫酸氢氨沉积的机会。氨逃逸问题的对策第12页/共38页2009应用情况美国有90多台燃煤电站锅炉（总发电容量为20GW左右）。全球范围内，320+SNCR系统在应用(FuelTechCo.2005年)。最大脱硝率70％，比较好的能达到40％，600MW锅炉32～38％。SNCR应用机组/地点类型/容量采用技术改造前〔NOx〕(ppm)改造后〔NOx〕(ppm)脱除效率氨泄漏(ppm)IndianRiver3#178MW前墙燃煤锅炉

/275203平均26%空气加热器无堵塞、灰中NH3含量亦未超标IndianRiver4#440MW对冲燃煤锅炉

/263173平均34%Cardinal1#600MW对冲燃煤锅炉空气雾化NOxOUT513ppm359ppm>30%<5Asheville1#198MW天然气输送的尿素溶液267167

37％平均<3Conectiv'sEngland1#138MW旋风炉NOxOUT®300210

30%平均<5尿素溶液RRI富燃区氮剂喷射21013834%无额外氨泄漏，平均<1SNCR脱硝技术在电站锅炉上应用举例第13页/共38页2009实际测得在投入脱硝前的NOx分别为399mg/m3、383mg/m3，氧量为4.4%、3.0%；在投入投入脱硝后NOx分别217mg/m3、257mg/m3,氧量为4.2%、3.1%。A侧平均为45.6%,B侧平均为31.1%

国内应用－瑞明电力2＃炉氨溶液的流量为2346kg/h,氨逃逸A侧DCS显示为0ppm，B侧显示为0.5ppm。从测量结果可以看出A侧氨逃逸比B侧高，A侧平均为7.0ppm,B侧平均为1.2ppm。该系统脱硝率>30%，氨逃逸≤3ppm，单炉年减排氮氧化物约500吨，在喷入锅炉的尿素溶液升高时，脱硝率可达50%，氨逃逸≤10ppm。第14页/共38页2009HG-410/9.8-YW15型煤粉锅炉，在已进行常规煤粉再燃改造基础上进一步结合了选择性非催化还原(selectivenon-catalyticreduction,SNCR)的改造，即对该锅炉采用了联合Reburning/SNCR技术。通过实验运行表明:当仅有再燃投入运行时，NOx可以低于350mg/m3(标准状态,6%O2,干烟气)；而当结合了SNCR运行时,NOx则达到了200mg/m3以下，同时尾部氨泄漏小于7.6mg/m3。低负荷情况下脱硝率较高,对于51%负荷(氨氮比＝1.0),NOx降至160mg/m3，而此时的尾部氨泄漏只有1.14mg/m3。此外,根据负荷氨氮比的不同，单独SNCR技术在再燃的基础上也实现了38.2%~73.9%的脱硝率。国内应用－北京一热一期1＃第15页/共38页2009与氨接触的设备不能够是易被氨腐蚀的铜、锌材质。必要的消防喷淋系统液氨蒸发槽和卸氨管路长时间停用后，再次使用前要用氮气进行重复吹扫2～3次，以把管道或者系统内空气中的氧降低至安全浓度（氨气中的氧含量13%～26%时遇明火易产生爆炸，17%时最危险）。劳动安全保护设施及防护用品和检测装置：橡胶手套、全面部防护罩、连体防化学飞溅防护服、防化学品口罩、正压式空气呼吸器、便携式氨气泄漏检测仪。注意监测氨逃逸率，检查氨气逃逸率检测装置、氮氧化物检测装置、SO3检测装置读数、飞灰氨浓度和空预器压损。氨安全性问题第16页/共38页2009火电厂NOx控制技术效果和投资造价第17页/共38页2009火电厂NOx控制技术进展第18页/共38页08/30/06课程结束！

谢谢各位！卢志民博士–zhmlu@.c19页/共38页2009催化剂通道堵塞案例第20页/共38页2009恒运耙式蒸汽吹灰器

第21页/共38页2009第22页/共38页2009汉川长沙第23页/共38页2009第24页/共38页2009外三第25页/共38页2009国华宁海4#60万第26页/共38页2009(44套SCR系统,其中38套高灰段布置,6套低灰段布置）高灰段低灰段0510152025布置位置m³(x1000)2.2%97.8%蜂窝状平板状051015催化剂类型47.6%52.4%安装催化剂体积总量:18,714m³m³(x1000)E.ON工程公司SCR脱硝系统第27页/共38页2009声波发生器（对于所有D系列型号均相同）1/4”出气口钛膜片（使用寿命4年以上）

简约式设计使性能极为可靠第28页/共38页2009较低的频率=更大的清洁效区域基频为75Hz的的声波除尘器的波长比基频为230Hz的声波除尘器发射的波长大3倍为实现共振，基频为75Hz的声波除尘器不需要有基频为230Hz的声波除尘器一样高的声强输出（db）声波作用范围第29页/共38页2009StaticMixers静态混合器Bluffbodydiscsandswirlers托普索公司专有星型混合器示意图InvertedSawtoothHighblockage–