3燃煤电站氮氧化物控制技术.ppt
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1、燃煤电站NOx控制技术马双忱 燃煤电站NOx控制技术主要有三种:p燃料脱硝;p改进燃烧方法和生产工艺,即燃烧中脱硝;p烟气脱硝,即燃烧后NOx控制技术。对常规燃煤锅炉而言,NOx 主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx 排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类:一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx 生成量;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。燃料脱硝固体燃煤含氮量0.5%-2.5%,通过特殊处理使含氮燃料转发为低氮燃料。燃料脱硝难度极大,成本很高;低低NOx 燃烧技术燃烧技术低低NOx 燃烧技术燃烧技术为了控制燃烧过程中NOx 的生成量所采取的措施原则为:(1
2、)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。低NOx 燃烧技术主要包括如下方法。空气分级燃烧空气分级燃烧当过量空气系数a1,燃烧区处于“贫氧燃烧”状态时,对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。根据这一原理,把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的70左右,从而即降低了燃烧区的氧浓度也降低了燃烧区的温度水平。因此,第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合,完成整个燃烧过程。燃料分级燃烧燃料分级燃烧在主燃
3、烧器形成的初始燃烧区的上方喷入二次燃料,形成富燃料燃烧的再燃区,NOx进入本区将被还原成N2。为了保证再燃区不完全燃烧产物的燃尽,在再燃区的上面还需布置燃尽风喷口。改变再燃烧区的燃料与空气之比是控制NOx 排放量的关键因素。烟气再循环烟气再循环该技术是把空气预热器前抽取的温度较低的烟气与燃烧用的空气混合,通过燃烧器送入炉内从而降低燃烧温度和氧的浓度,达到降低NOx 生成量的目的。低低NOx 燃烧器燃烧器通过特殊设计的低NOx燃烧器(LNB)及改变通过燃烧器的风煤比例,以达到在燃烧器着火区空气分级、燃烧分级或烟气再循环法的效果。在保证煤粉着火燃烧的同时,有效抑制NOx的生成。如燃烧器出口燃料分股
4、:浓淡煤粉燃烧。在煤粉管道上的煤粉浓缩器使一次风分成水平方向上的浓淡两股气流,其中一股为煤粉浓度相对高的煤粉气流,含大部分煤粉;另一股为煤粉浓度相对较低的煤粉气流,以空气为主。低氮燃烧技术的脱硝效率仅有2540,单靠这种技术已无法满足日益严格的环保法规标准。对我国脱硝而言,烟气脱硝技术将势在必行。烟气脱硝烟气脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大选择性催化还原法(SCR)在众多的脱硝技术中,选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高,最为成熟的脱硝技术。1975 年在日本Shimoneski 电厂建立了第一个SCR 系统的示范工程,其后SCR技术在日本得到了广泛应用。日
5、本大约有170 套装置,接近100GW 容量的电厂安装了这种设备。在欧洲已有120 多台大型装置的成功应用经验,其NOx的脱除率可达到8090%。美国政府也将SCR 技术作为主要的电厂控制NOx 技术。由于该方法技术成熟、脱硝率高、几乎无二次污染,SCR 方法已成为目前国内外电站脱硝比较成熟的主流技术,应是我国烟气脱硝引进及消化吸收的重点。选择性催化还原法(Selective catalytic reduction,SCR)催化还原法是在催化剂的作用下,利用还原剂将NOx还原为N2。依据还原剂是否与O2发生反应,将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性催化还原法。一.选择性催化还原法(SCR
6、)催化剂:贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应选择性非催化还原烟气脱硝技术选择性非催化还原烟气脱硝技术(SNCR)SNCR)SCR脱除脱除NOx的运行成本主要受催化剂寿命的影的运行成本主要受催化剂寿命的影响,一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加响,一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人,这就是选择性非催化还原诱人,这就是选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱除脱除NOx技术。技术。该技术是把含有该技术是把含有NH3基的还原剂,喷入炉膛温度基的还原剂,喷入炉膛温度为为8001100的区域,该还原剂迅速热分解成的区域,该还
7、原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的并与烟气中的NOx进行进行SNCR反应生成反应生成N2。选择性非催化脱硝法(SNCR)炉墙上多层氨喷口位置示意图喷入氨/尿素燃烧器烟气1050oC-950oCSNCR原理原理 把氨或尿素试剂作为还原剂加入烟道高温段来脱除把氨或尿素试剂作为还原剂加入烟道高温段来脱除NONOx x,反应在反应在93093010901090温度范围内进行,不需要温度范围内进行,不需要催化剂。催化剂。当氨和烟气中的当氨和烟气中的NOxNOx接触时,发生还原反应:接触时,发生还原反应:4NH4NH3 3+4NO+O+4NO+O2 2 6H 6H2 2O+4NO+4N2 2 4NH4NH
8、3 3+2NO+2NO2 2+O+O2 2 6H 6H2 2O+3NO+3N2 2 4NH4NH3 3+6NO 6H+6NO 6H2 2O+5NO+5N2 2;8NH8NH3 3+6NO+6NO2 2 12H 12H2 2O+7NO+7N2 2 尿素为还原剂尿素为还原剂 (NH4)2CO2NH3+CO NH3+NON2+H2O CO+NON2+CO2 当温度更高时,当温度更高时,NH3则会被氧化为则会被氧化为NO,即,即 4NH3+5O24NO+6H2O 实验证明,低于实验证明,低于900时,时,NH3的反应不完全,会造的反应不完全,会造成所谓的成所谓的“氨穿透氨穿透”,而温度过高,而温度过高
9、,NH3氧化为氧化为NO的的量增加,导致量增加,导致NOx排放浓度增大,所以,排放浓度增大,所以,SNCR法的温法的温度控制是至关重要的。度控制是至关重要的。SNCRSNCR工艺的一个突出问题是逸氨。主要发生在以下几种情况:氨吹入量较多,而温度降至最佳值以下;吹氨过程中不能使介质有效均匀分布;氨吹入量较少,温度和氮氧化物含量不对称;若喷入的氨未充分反应,则泄漏的氨会到锅炉炉尾部受热面,不仅使烟气飞灰容易沉积在受热面,且烟气中氨遇到三氧化硫会生成硫酸氨(粘性,易堵塞空气预热器,并有腐蚀危险)。同时氨气逸出,限制了飞灰的可开发利用,并导致脱硫装置废水处理中排污水氨含量升高。但是,由于SNCR工艺中
10、没有催化剂,不会使烟气中SO3浓度增加2-4倍。在相同的逃逸氨浓度时,形成(NH4)2SO4和NH4HSO4的可能性较SCR低2-4倍。因此,SNCR工艺的逃逸氨一般控制在515 ppm以下,而SCR工艺则必须控制在15 ppm。技术分析:技术分析:SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%60%,受锅炉结构尺寸影响很大,可用作低NOx燃烧技术的补充处理。采用这种工艺,投资成本低,但是氨耗量高,同时受炉膛温度及观测口的约束。另外可以考虑用尿素替代氨液。尽管SNCR喷氨法投资少,费用低,但适用范围窄,要有良好的混合及反应空间、时间条件。当要求较高的脱除率时,会造成氨泄漏过大。SNCR/SCR混合
11、烟气脱硝技术SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应结合起来,进一步脱除NOx,它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。资料介绍SNCR/SCR混合工艺的运行特性参数可以达到5080%的脱硝效率,氨的逃逸小于4mg/m3。前段前段8501,250 后后段段320400 再利用省去传统SCR之AIG系統混合脱硝工艺混合脱硝工艺SNCR 与SCR 混合型技术分析还原剂可使用NH3 或尿素,反应温度前段为9001100,后段为320 400,后段加装少量催化剂(成分主要为TiO2,V2O 5,WO3
12、);脱硝效率为40%70%;锅炉负荷不同还原剂喷射位置也不同,通常位于一次过热器或二次过热器后端;SO2 氧化较SCR 低,NH3逃逸体积分数为5ppm 10ppm;对空气预热器影响为SO2 氧化率较SCR 低,造成堵塞或腐蚀的机会较SCR 低;催化剂用量较SCR 小,产生的压力损失相对较低,燃料的影响与SCR 相同;受锅炉的影响与SNCR 影响相同。下面是三种脱硝工艺的比较下面是三种脱硝工艺的比较项项目目SCR技技术术SNCR技技术术SNCR/SCR混合技混合技术术反反应剂应剂可使用可使用NH3或尿素或尿素可使用可使用NH3 或尿素或尿素可使用可使用NH3 或尿素或尿素反反应应温度温度300
13、4008001250前段:前段:8001250,后段:,后段:320400催化催化剂剂成份主要成份主要为为TiO2,V2O5 WO3的的全尺寸催化全尺寸催化剂剂不使用催化不使用催化剂剂后段加装少量催化后段加装少量催化剂剂(成份主要(成份主要为为TiO2,V2O5 WO3)脱硝效率脱硝效率8090%2550%5090%反反应剂喷应剂喷射位置射位置多多选择选择于省煤器与于省煤器与SCR反反应应器器间间烟道内烟道内通常在炉膛内通常在炉膛内喷喷射射锅锅炉炉负负荷不同荷不同喷喷射位置也不同,通常位于一次射位置也不同,通常位于一次过过热热器或二次器或二次过热过热器后端器后端SO2/SO3氧化氧化会会导导致
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- 燃煤 电站 氧化物 控制 技术
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