电厂脱硝技术-氮氧化物的排放与控制

氮氧化物的来源、危害及排放现状氮氧化物的排放与控制1氮氧化物的来源2氮氧化物的危害目录CONTENTS3氮氧化物的排放现状与标准氮氧化物的来源通常所说的氮氧化物包括多种化合物,如N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等,一般用NO⨯表示。职业环境中接触的是几种气体混合物,主要为NO和NO2,并以NO2为主。而且造成大气污染的主要是NO和NO2,因此通常所说的NO⨯是NO、NO2两者的总称。1氮氧化物介绍2氮氧化物排放来源自然源人为源NO⨯污染物来源氮氧化物的来源2氮氧化物排放来源氮氧化物的来源表6-1NO⨯的成因及主要来源成因（1）高温燃烧时,空气中的N:与Oz反应,燃料中的含氮有机物热解;（2）自然界含氮有机物被细菌分解,火山喷发、雷电及海洋释放;（3）硝酸、化肥等化工生产中的排放和泄漏;（4）某些工业过程和机动车辆的废气散发主要来源自然源(1)自然界的火山喷发、雷电，草原及森林失火;(2)细菌分解含氮的有机化合物,如土壤中细菌的活动。人为源(1)固定源:火力发电厂锅炉燃烧及各种工业窑炉、垃圾焚烧;(2)移动源:机动车、.轮船和飞机及其他内燃机排气;(3)工业生产:硝酸生产、冶炼加工、各种硝化过程、电镀、催化剂制造、硫酸生产、氮肥生产、合成纤维生产、乙二酸生产;(4)其他源:民用炉灶,吸烟、饲料的微生物处理。(1)生产产品过程产生的NO⨯,如HNO3生产、冶炼等过程。0102(2)处理废物过程产生的NO⨯,如垃圾和污泥的焚烧等。(3)化石燃料燃烧过程产生的NO.,如燃煤电厂、交通车船、燃气和飞机燃料燃烧等。产生NO⨯的人类活动主要有以下几种:2氮氧化物排放来源氮氧化物的来源氮氧化物的来源实际上,人为排放的NO⨯绝大部分源于化石燃料的燃烧过程,并且随着社会经济发展水平的提高而呈现增长的趋势。现代火力发电厂是最大的固定源,机动车辆是主要的移动源。2氮氧化物排放来源氮氧化物的危害在NO⨯中对人体健康危害最大的是NO2,它比NO的毒性高4倍,可引起肺损害,甚至造成肺水肿,慢性中毒可导致气管及肺部发生器质性病变。吸入NO2,可引起变性血红蛋白的形成并对中枢神经系统产生影响。1NO⨯对人体的影响氮氧化物的危害1NO⨯对人体的影响表6-2NO2对人类和动物的影响NO2浓度(×10-6)影响NO2浓度(×10-6)影响0.5连续4h暴露,肺细胞病理组织发生变化;连续3~12个月,在患支气管炎部位有肺气肿感染,抵抗力减弱25人只能短时间暴露才安全约1闻到臭味501min内感到呼吸异常，鼻受刺激2.5超过7h,豆类、西红柿等农作物叶子变白803min内感到胸痛3.5超过2h,动植物细菌感染增大100~1500.5～1h就因肺水肿而死5闻到强烈恶臭200以上人立即死亡10~15眼、鼻、呼吸道受到刺激氮氧化物的危害另外大气NO⨯和挥发性有机物(VOC)达到一定浓度后,在太阳光照下VOC和NO⨯经过一系列复杂的光化学反应,可能产生以高浓度O3和细颗粒物为特征的光化学烟雾,其毒性更强。1NO⨯对人体的影响氮氧化物的危害2NO⨯对农作物和建筑的影响NO⨯在空中扩散或溶入地表面、水中,最终形成酸雨,将对大面积树木和农作物造成重大伤害,甚至造成大片森林枯死,农作物严重减产等。氮氧化物的危害2NO⨯对农作物和建筑的影响酸雨对土壤、农作物、森林、湖泊、鱼类和其他动物以及建筑物等产生极大的影响。氮氧化物的排放现状与标准1NOX的排放现状2005年,NOX全国排放总量为1990万t,其中火电约716.4万t,是最大来源,占36%左右。2019年底,火电NOX排放总量93万吨,占全国排放总量的比例7.85%。火电NOX历年排放量氮氧化物的排放现状与标准2燃煤电厂排放标准颗粒物排放浓度不高于10mg/m3

0102SO2排放浓度不高于35mg/m3NOX排放浓度不高于50mg/m32018年发布“103550”排放标准(超低排放)：氮氧化物的排放现状与标准2燃煤电厂排放标准地方燃煤电厂大气污染物排放标准再加严。2020.11月,江苏发布《燃煤电厂大气污染物排放标准（征求意见稿）》,提出颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度限值为5mg/m3、25mg/m3、30mg/m3,较超低排放（10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3）更加严格。该标准一旦正式发布,将成为我国目前最严燃煤电厂大气污染物排放标准。氮氧化物的排放控制技术氮氧化物的排放与控制1Nox排放控制技术2低NOX燃烧技术目录CONTENTS3烟气脱硝技术低氮燃烧燃料脱硝烟气脱硝NOX的控制方法氮氧化物的排放控制技术氮氧化物的排放控制技术燃料脱硝（燃烧前）：将燃料转化为低氮燃料0102低氮燃烧（燃烧中）：主要通过改变燃烧条件及燃烧器结构烟气脱硝（燃烧后）：锅炉尾部加装烟气脱硝装置NOX的控制方法：进行燃料脱硝的难度很大,成本较高,目前还停留在实验研究阶段。广泛应用的是低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。低氮燃烧技术原理：主要通过改变燃烧条件及燃烧器结构的方法来降低NOx的排放。所采取的措施原则：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。主要包括：低氧燃烧技术、空气分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。低氮燃烧技术1低氧燃烧技术原理：主要通过降低燃烧的过量空气系数,使燃烧过程尽量接近理论空气量的条件。由于烟气中过量氧的减少,可以抑制NOx的生成,是一种最简单的降低NO2排放的方法。效果：采用该法使NO2的排放减少15%~20%。限制：过量空气系数不得低于1.03~1.04,否则,会使CO浓度急剧增加,造成燃烧不完全,同时会导致飞灰含碳量增加,降低燃烧效率。另外,低氧浓度会使炉膛局部出现还原性气氛,从而降低灰熔点,致使炉内结渣和腐蚀。低氮燃烧技术2空气分级燃烧原理：将燃烧用的空气分阶段送入。供给各燃烧器的空气量控制在理论空气量的90%左右,使煤粉在缺氧的燃烧条件下燃烧。主燃烧区内a=0.9⁓0.95,在这一燃烧区域内为还原性气氛,从而抑制NOx的生成。图6-7空气分级燃烧示意低氮燃烧技术2空气分级燃烧之后烟气进入还原区,主燃区生成的NOx在还原区内发生焰内分解和还原;另外,由于此处的过量空气空气系数比主燃区稍高,促进了碳的完全燃烧。图6-7空气分级燃烧示意为了完成全部燃烧过程,完全燃烧所需的空气从燃烧器的上方喷入,与第一、二阶段的贫氧燃烧条件下的烟气混合,在a>1的条件下完成全部燃烧过程。低氮燃烧技术2空气分级燃烧由于整个燃烧过程所需空气是分级供入炉内的,使整个燃烧过程分为两级或两级以上进行,故称为空气分级燃烧。图6-7空气分级燃烧示意效果：采用该法一般可使NOx的排放量减少15%⁓50%。低氮燃烧技术3烟气再循环原理：在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉膛（或与一次风或二次风混合后送入炉膛）,这样既降低了燃烧温度,也降低了氧气浓度,因而可以降低NOx的排放浓度。在大型锅炉中,一般采用空气烟气混合器,把烟气同燃烧空气混合后送入炉膛。烟气再循环法对NOx的减排效果与燃料种类和烟气再循环率有关。低氮燃烧技术3烟气再循环一般把再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比,称为烟气再循环率。当烟气再循环率为15%~20%时,煤粉炉的NOx排放浓度可降低约25%。理论上,随着烟气再循环率的增大,NOx的降低率也增大,但烟气再循环率的增大是有限的,再循环烟气量的增大会使燃烧趋于不稳定,而且使不完全燃烧热损失增加,故电厂锅炉的烟气再循环率一般控制在10%~20%。采用烟气再循环时要加装再循环风机、烟道,还需要场地,从而增大了投资,其系统也较复杂。低氮燃烧技术4低NOX燃烧器原理：将前述的空气或燃料分级原理应用于燃烧器的设计,尽可能降低着火区氧浓度和温度,从而达到控制NOX生成量的目的。这类特殊设计的燃烧器就是低NOx燃烧器。效果：一般可使NOx排放浓度降低30%⁓60%。烟气脱硝技术目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法三类。烟气脱硝干法选择性非催化还原法（SNCR）选择性催化还原法（SCR）电子束法半干法活性炭脱硫脱硝法湿法臭氧氧化吸收法烟气脱硝技术NOx与SO2相比,缺乏化学活性,难以被水溶液吸收;0102NOx经还原后成为无毒的N2和H2O,脱硝的副产品便于处理;NH3和尿素是良好的还原剂。干法脱硝占主流地位原因：湿法与干法相比,主要缺点是装置复杂且庞大;排水要处理,内衬材料腐蚀,副产品处理较难,电耗大,因而在大机组的烟气脱硝上目前没有应用。烟气脱硝技术1选择性催化还原法（SCR）SCR是脱硝效率最高,是最为成熟的脱硝技术之一。SCR原理：在一定的温度和催化剂的作用下,还原剂（NH3、尿素等）有选择地把烟气中的NOX还原为无毒无污染的N2和H2O。工业应用的还原剂主要是氨和尿素。在SCR反应中,催化剂具有选择性,使还原剂NH3一般只与NOx反应生成N2,而不与O2反应生成NOx,所以称为选择性催化还原反应。烟气脱硝技术常用的催化剂为V2O5/TiO2,为了保证催化剂的活性,其最佳反应温度为300~420℃,所以SCR脱硝系统在火电厂中常布置在置于锅炉之后的省煤器与空气预热器之间。烟气脱硝技术SCR优点脱硝效率较高,可达80%~90%,技术成熟。SCR缺点系统复杂,消耗催化剂,投资高。催化剂的成本约占SCR初投资的50%,且催化剂寿命一般只有2~3年,所以无论初投资还是运行成本,催化剂所占的比重都非常大。不需要催化剂的SNCR自然成了人们的的另一选择。烟气脱硝技术2选择性非催化还原法（SNCR）SNCR原理：SNCR脱硝技术是用NH3等还原剂喷入炉内,在没有催化剂的情况下,在800~1250℃的温度区域,该还原剂NH3与烟气中的NOx反应生成N2的技术,在该反应中,NH3具有选择性,基本不与O2作用,所以称为选择性非催化还原技术。烟气脱硝技术SNCR法对温度的要求比较严格：800~1250℃温度太高,氨的氧化反应起主导作用,反而生成NOx,且造成氨的浪费；温度太低,则不能发生还原反应或反应不完全,造成氨残留增加,引起大量氨泄露。还原剂注入位置：多部位由于锅炉的负荷不同，最适宜温度的位置在锅炉中也有变化。因此只有在多个部位注入且各部位的注入量不同时，才能获得最优结果。烟气脱硝技术SNCR优点不需要使用催化剂,设备投资少,占地面积小；适合初始NOX排放浓度不高的新建锅炉和改造锅炉。SNCR缺点效率低,还原剂消耗量相对大,氨逃逸大,燃烧高硫煤时生成NH4HSO4较多等缺点。烟气脱硝技术3混合SNCR-SCR烟气脱硝技术SNCR/SCR联合烟气脱硝工艺结合了SCR高效