燃煤電廠SCR脫硝工藝的設(shè)計

1、摘摘 要要 我國是能源生產(chǎn)與消費的大國，一次能源供應(yīng)以煤炭為主，石油、天然氣資 源短缺。然而我國污染物排放總量長期居高不下，遠遠超過環(huán)境自凈能力。其中， 氮氧化物的污染不斷加劇，特別是北京、上海、廣州等一些大城市，氮氧化物含 量超標。 SCR工藝與其它工藝相比，具有較高的NOX脫除率（80%以上），將燃煤電廠 煙氣排放NOX控制在較低的濃度，以滿足不斷更新的更加嚴格的排放標準。而且 該工藝無副產(chǎn)物，不形成二次污染，裝置結(jié)構(gòu)簡單，運營可靠，便于維護。 本設(shè)計針對電廠燃煤鍋爐產(chǎn)生煙氣的排放要求和一些工程實例，對SCR系統(tǒng) 的工藝結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計計算，并對催化劑及輔助設(shè)備進行了選型。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：

2、氮氧化物，SCR工藝，催化劑，結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract Our country is the energy production and the expense great nation, an energy supply by the coal, the petroleum, and the natural gas resource is primarily short. Therefore our country pollutant discharge total quantity stays at a high level for a long time, goes far beyon

3、d the environment automatic depuration ability. The nitrogen oxide pollution intensifies unceasingly, nitrogen oxide content exceeding the allowed figure specially Beijing, Shanghai, Guangzhou and other some big cities. The SCR craft compares with other crafts, has the high NOX removing rate (above

4、80%), will burn coal the power plant haze to discharge the NOX control in the low density, and satisfies the stricter emission standard which renews unceasingly. Moreover this craft does not have the by-product, does not form secondary pollution, the installment structure is simple, the operation is

5、 reliable, is advantageous for the maintenance. This design has the haze nature and the emissions request in view of the power plant coal-fired boiler, has carried on the design calculation to the SCR system equipments structure, and carries on the shaping to the catalyst and the supporting facility

6、. Key words：Nitrogen oxide, SCR process, catalyst, structural design 目 錄 摘 要.I ABSTRACT .II 第一章 前 言.1 1.1 綜述 .1 1.1.1 選題背景.1 1.1.2 研究意義.1 1.2 NOX的特性、來源和危害.2 1.2.1 NOx 的特性.2 1.2.2 NOx 的來源.2 1.2.3 NOx 的危害.3 1.2.4 燃煤電站 NOX的產(chǎn)生 .5 1.3 環(huán)保政策法規(guī) .5 1.4 NOX污染的治理.6 1.4.1 我國燃煤 NOx 排放現(xiàn)狀.6 1.4.2 常規(guī)處理.6 1.4.3 燃燒后控

7、制.8 1.5 SCR 脫硝工藝 .11 1.5.1 SCR 基本原理 .11 1.5.2 典型 SCR 系統(tǒng)組成 .13 1.5.3 SCR 工藝流程 .13 1.5.4 SCR 工藝系統(tǒng)布置分類 .14 1.6 催化劑 .16 1.7 還原劑原料 .19 1.7.1 液氨 .19 1.7.2 氨水.19 1.7.3 尿素.19 1.8 SCR 反應(yīng)器 .20 1.9 噴氨格柵 .22 1.10 吹灰器 .23 1.11 影響 SCR 脫硝性能的幾個關(guān)鍵因素 .24 1.11.1 催化劑.24 1.11.2 反應(yīng)溫度.25 1.11.3 適當?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合.25 第二章第二章

8、 SCR 系統(tǒng)的設(shè)計與計算系統(tǒng)的設(shè)計與計算 .26 2.1 項目執(zhí)行標準 .26 2.2 原始參數(shù) .26 2.3 SCR 反應(yīng)器設(shè)計計算 .26 2.3.1 SCR 反應(yīng)器尺寸計算 .27 2.3.2 塔的設(shè)計計算.29 2.3.3 催化劑的選型 .33 2.3.4 噴氨系統(tǒng)噴射管設(shè)計 .33 2.3.5 氨氣/煙氣靜態(tài)混合器.34 2.3.6 吹灰器設(shè)計 .35 第三章第三章 SCR 輔助設(shè)備選型輔助設(shè)備選型 .37 3.1 供氨裝置 .37 3.1.1 卸氨壓縮機 .37 3.1.2 液氨儲罐 .38 3.1.3 液氨蒸發(fā)器 .39 3.1.4 氨氣緩沖罐 .40 3.1.5 氨氣稀釋槽

9、 .41 3.1.6 氨/空氣混合器 .41 3.1.7 廢水泵.42 3.2 液氨提升泵的選型 .42 3.3 省煤器旁路 .42 3.4 進出口煙道 .43 第四章第四章 經(jīng)濟分析與工程概算經(jīng)濟分析與工程概算.44 4.1 經(jīng)濟分析與評價的意義和基本原理 .44 4.1.1 經(jīng)濟分析與評價的意義.44 4.1.2 經(jīng)濟分析與評價的基本原理.44 4.2 工程概算 .45 4.2.1 編制依據(jù).45 4.2.2 工程概算.45 4.3 技術(shù)經(jīng)濟分析 .46 4.3.1 投資總額.46 4.3.2 職工定員.46 4.3.3 生產(chǎn)成本計算.46 4.4 運行與維護 .48 4.4.1 氨區(qū)的安

10、全規(guī)范.48 4.4.2 SCR 系統(tǒng)操作規(guī)程 .48 4.5 安全和環(huán)境保護.48 4.5.1 一般規(guī)定 .48 4.5.2 環(huán)境保護 .49 第五章第五章 結(jié)論與建議結(jié)論與建議.50 5.1 結(jié)論 .50 5.2 建議 .50 參參 考考 文文 獻獻.51 致 謝.53 聲 明.54 第一章 前 言 1.1 綜述 1.1.1 選題背景 我國是能源生產(chǎn)與消費的大國，一次能源供應(yīng)以煤炭為主，石油、天然氣 資源短缺。然而我國污染物排放總量長期居高不下，遠遠超過環(huán)境自凈能力。其 中，氮氧化物的污染不斷加劇，特別是北京、上海、廣州等一些大城市，氮氧化 物含量超標，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了光化學(xué)煙霧。以煤炭

11、為主的一次能源生產(chǎn)和消 費結(jié)構(gòu)帶來了嚴重的環(huán)境污染問題，并損害了可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟和環(huán)境基礎(chǔ)。 目前，火電廠氮氧化物的排放量約占全國氮氧化物排放總量的一半，火電廠 的數(shù)量仍然在不斷增加。控制氮氧化物排放量已成為火電廠繼煙氣除塵、脫硫之 后的第三項污染重點治理工作。國家和地方環(huán)保部門對電廠污染物的排放和總量 有了較嚴格的控制。北京和天津的地方排放標準比國家標準要求更高。北京 DB11/139-2007鍋爐大氣污染物排放標準中，08年的第II時段比07年第I時段的 排放要求高，以后逐漸更加嚴格。單純的低氮燃燒技術(shù)已無法滿足氮氧化物的排 放標準，目前應(yīng)用最廣最有效的煙氣脫硝主流技術(shù)是SCR技術(shù)，能達到

12、90%以上 的脫硝效率。 在2010年12月3日結(jié)束的“十二五”中國精細化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會上，中國化工 經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中心副總工程師、全國精細化工原料及中間體行業(yè)協(xié)作組副理事長 徐京生透露，由于新增氮氧化物控制指標，“十二五”期間，有關(guān)化肥企業(yè)的脫硝 將成為節(jié)能減排新的著力點，我國脫硝市場也將快速啟動。國家將在“十二五”期 間像強制脫硫一樣實施強制脫硝。據(jù)介紹，目前，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)采用的脫硝 技術(shù)尚處于引進、消化吸收和初步應(yīng)用階段。環(huán)保領(lǐng)域在“十二五”期間的投資需 求非常巨大，脫硝成為最值得關(guān)注的部分，預(yù)計“十二五”和“十三五”期間，國家 在這一領(lǐng)域的投資需求將高達萬億元。在脫硫、除塵之后，脫

13、硝毫無疑問將成為 “十二五”節(jié)能減排的重中之重。 1.1.2 研究意義 目前我國脫硫工作已經(jīng)取得較大進展，但氮氧化物的污染問題尚未得到有效 控制，酸雨類型已經(jīng)從硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)化?；痣姀S是氮氧化物的主 要排放源，因此，對火電廠進行“脫硝”迫在眉睫。 最新頒布的火電廠大氣污染物排放標準與2009年發(fā)布的初稿相比，無論 是“脫硝”完成時間要求，還是減排力度，都有明顯提高。該標準計劃從2012年開 始實施，其中，從2012年1月1日開始，所有新建火電機組NOX排放量要達到100 mg/m3；從2014年1月1日開始，重點地區(qū)所有火電投運機組NOX排放量要達到 100mg/m3，而非重點地區(qū)

14、2003年以前投產(chǎn)的機組達到200 mg/m3。 而環(huán)保部2009年7月份發(fā)布的第一次征求意見稿則要求在2015年1月1日前完成 現(xiàn)役機組“脫硝”， 其中，重點地區(qū)NOX排放量達到200 mg/m3，非重點地區(qū)達到 400 mg/m3。除了比2009年初稿要求更高之外，新標準也比歐盟相關(guān)規(guī)定要求更高。 SCR煙氣脫硝這一技術(shù)在歐洲、日本、美國等發(fā)達國家和地區(qū)已得到了廣泛 的應(yīng)用。我國SCR技術(shù)的研究始于20世紀90年代，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)采用的脫硝 技術(shù)尚處于引進、消化吸收和初步應(yīng)用階段。因此，對SCR工藝進行深入研究， 對我國脫硝技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。 1.2 NOx的特性、來源和危害 1.

15、2.1 NOx 的特性 NOX即氮氧化物，氮氧化物包含多種化合物，如一氧化氮（NO）、一氧化二 氮（N2O）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）和四氧化二氮（N2O4）等。 除NO2外，其余NOX均不穩(wěn)定，條件變化時，如遇光、熱、濕會變成NO2及NO， 而NO又變成NO2。常規(guī)職業(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物，常稱為硝煙，主要 為NO2和NO，NO2為主。 一氧化氮（NO）性質(zhì)不穩(wěn)定，無色，在空氣中易氧化成NO2。溶于乙醇、二 氧化碳，微溶于水和硫酸。熔點-163.6，沸點-151.5，蒸氣壓力101.31kPa（- 151.7）。 二氧化氮（NO2）性質(zhì)較穩(wěn)定，溶于堿、二氧化碳和氯仿

16、。在-11以下時為 無色固體；在21.1以下時，暗褐色液體；21.1時，紅棕色氣體，氣味刺鼻。熔 點-11.2，沸點21.2，蒸氣壓力101.31kPa（21）。 1.2.2 NOx 的來源 大氣中NOX污染物來源于兩個方面：一是自然源，二是人為源。自然源的 NOX主要來自微生物活動、生物體氧化分解、火山噴發(fā)、雷電、平流層光化學(xué)過 程、土壤和海洋中的光解釋放等。自然源產(chǎn)生的NOX數(shù)量比較穩(wěn)定，且相對基本 平衡，變化大的是人為源。 人為源的 NOX由人類的生活和生產(chǎn)活動產(chǎn)生并排放進入大氣。產(chǎn)生的NOX的 人類活動主要有： （1）燃煤電站、交通車船和飛機等化石燃料燃燒過程產(chǎn)生的NOX； （2）硝酸

17、生產(chǎn)、冶煉等生產(chǎn)產(chǎn)品過程產(chǎn)生的NOX； （3）垃圾和污泥焚燒等處理廢物過程產(chǎn)生的NOX。 其中，化石燃料燃燒過程產(chǎn)生的NOX占主要地位，因為其隨著社會的經(jīng)濟發(fā) 展的需求呈現(xiàn)增長的趨勢。 目前的三大環(huán)境問題是： （1）溫室效應(yīng)； （2）酸雨： （3）臭氧層破壞。 上述大氣環(huán)境問題的污染物中，都有NOX，可知其對自然界的影響力之大。 NOX具有很強的毒性，是形成光化學(xué)煙霧、形成硝酸型酸雨、破壞臭氧層的主要 物質(zhì)之一。對環(huán)境、生態(tài)、人類的危害，對經(jīng)濟發(fā)展的阻礙都很大。 1.2.3 NOx 的危害 各種污染源產(chǎn)生的氮氧化物中，絕大部分為 NO，毒性不是很大，但 NO 在大 氣中被氧化成 NO2。NO2

18、比較穩(wěn)定，毒性是 NO 的 4-5 倍。NO2是一種紅棕色有 毒的惡臭氣體，空氣中只要有 0.1ppm(1ppm=1L/L)濃度就可聞到，14ppm 即有 惡臭，25ppm 就惡臭難聞了。空氣中的含量在 3.510-6（體積分數(shù)）持續(xù) 1 小時， 開始對人體有影響；含量為（2050）10-6時，對人眼有刺激作用；當含量達到 15010-6時，對人體器官有強烈的刺激4。 NO2對人類和動植物的危害很大。更為嚴重的是，NO2在日光作用下會產(chǎn)生 新生態(tài)氧原子（NO2NO+O），這種新生態(tài)氧原子在大氣中將會引起一系列連鎖 反應(yīng)，并與未燃盡的碳氫化合物一起形成光化學(xué)煙霧，其毒性更強。如在 20 世紀 7

19、0 年代初，日本東京發(fā)生的一起光化學(xué)煙霧，使上萬人喉頭發(fā)炎，眼鼻受到刺激 甚至昏倒。因在這一些反應(yīng)中產(chǎn)生了各種毒性很強的二次污染物。如臭氧、過氧 乙酰硝酸酯（PAN）、過氧基硝酸酯（PBN）以及過氧硝基丙酰（PPN）等1。大 氣 NOX濃度的微小增加都會加重光化學(xué)煙霧的污染。造成區(qū)域性的氧化劑污染和 細顆粒物污染，使區(qū)域空氣質(zhì)量退化，太陽輻射減少，氣候發(fā)生變化，對生態(tài)系 統(tǒng)造成損害，使農(nóng)作物減產(chǎn)。光化學(xué)煙霧會使大氣能見度降低，對眼睛、喉嚨有 強烈的刺激，并產(chǎn)生頭痛、呼吸道疾病惡化，嚴重的甚至死亡。 表 1-1 NO2不同濃度對動植物的危害 NO2的濃度/ppm危害 0.5 4 個小時，肺細胞病

20、理組織發(fā)生變化； 312 個月，患肺氣腫，抵抗力下降 1聞到臭味 2.5大于 7 個小時，農(nóng)作物如西紅柿、豆類等的葉子變白 3.5大于 2 個小時，動物感染細菌的機會增大 5臭味強烈 1015眼、鼻及呼吸道受到刺激 25人只能短時間暴露 501 分鐘內(nèi)，鼻受強烈刺激，呼吸異常 805 分鐘內(nèi)，感到胸痛 1001501 小時內(nèi)，因肺水腫而死亡 200 以上人立即死亡 由于大氣的氧化性，NO在大氣中可形成硝酸和硝酸鹽細顆粒物，同硫酸和硫 酸細顆粒物一起，發(fā)生遠距離傳輸，加速了區(qū)域性酸雨的惡化3。我國一些地方 的酸雨污染已經(jīng)由單一的硫酸型向硝酸根離子不斷增加的復(fù)合型轉(zhuǎn)化。 大氣中的NOX也破壞著臭氧

21、層，臭氧層對大氣的循環(huán)以及大氣的溫度分布起 著重要的作用。臭氧層被破壞使平流層獲得的熱量減少，達到地球表面的太陽輻 射增加，導(dǎo)致全球氣候變化。紫外線的UV-B段輻射增強會引起皮膚病、白內(nèi)障及 免疫系統(tǒng)的疾病等。 大氣被NO2污染后還會使得機器設(shè)備和金屬建筑物過早地損壞；妨礙和破壞 植物的生長；降低大氣的可見度；阻礙熱力設(shè)備出力的提高，甚至使設(shè)備的效率 降低1。 1.2.4 燃煤電站 NOX的產(chǎn)生 煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要來自兩個方面：一是燃燒時空氣帶進來的氮，在 高溫下與氧反應(yīng)所生成的 NO，它被稱為“熱力 NO”（T-NO）；二是來自燃料中固 有的氮化合物經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)所生成的氮的氧化物

22、，稱為“燃料 NO”(F-NO)。 這兩部分氮的氧化物的形成機理是不同的。除此之外，還有一部分是分子氮在火 焰前沿的早期階段，在碳氫化合物的參與影響下，通過中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的 NOX，稱 為“瞬態(tài)型的 NOX”，這部分數(shù)量很少，一般不予考慮1。 1.3 環(huán)保政策法規(guī) 隨著國家的“五年”計劃實施，國家對燃煤發(fā)電的污染物排放問題給予了高度 的重視。 1997年國家環(huán)?？偩职l(fā)布了“九五”期間全國主要污染物排放總量控制實施 方案，確定了“九五”期間對二氧化硫在內(nèi)的12種污染物的總量控制原則。并將 脫硫脫硝列入國家環(huán)境保護科技發(fā)展“九五”計劃和2010長遠規(guī)劃，同年8月， 國家科委將脫硫裝置列入國家高新技術(shù)

23、產(chǎn)品目錄。 1998年發(fā)布了關(guān)于在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)開展征收二氧化硫 排污費擴大試點的通知，規(guī)定了二氧化硫排污費的征收范圍和征收標準。 2002年再次修訂了中華人民共和國大氣污染法，對于超過排放標準或者 總量控制指標的新建、擴建項目必須配套建設(shè)脫硫裝置，在兩控區(qū)內(nèi)，已建企業(yè) 超過排放標準的，必須規(guī)定限期治理；也要求企業(yè)對燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物 采取措施。 2003年發(fā)布了排污費征收標準管理辦法，規(guī)定從2004年7月1日期，NOX 排污費俺0.6元/當量（1當量=0.95千克）收取。 2004年3月7日，實施最新的GB13223-2003火電廠大氣污染物排放標準， 通過排放量和排放

24、濃度的雙重控制，、時段燃煤SO2為400mg/m3；時段燃 煤NOX為650mg/m3，時段燃煤NOX為450mg/m3。 北京市環(huán)保局及北京時技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合頒發(fā)了“鍋爐污染物綜合排放”北京市 地方標準DB11/139-2002，提出了更為嚴格的排放標準。 1.4 NOX污染的治理 1.4.1 我國燃煤 NOx 排放現(xiàn)狀 電力行業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)行業(yè)，經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求隨之不斷增長。 大容量高參數(shù)的火電機組正成為電力工業(yè)的主力機組，燃煤電廠的NOX排放總量 日益增加。僅電廠燃煤量就占全國煤炭消耗總量的約50%，這個比例仍有不斷增 加的趨勢，其燃煤產(chǎn)生的大氣污染物也將持續(xù)增長。 我國燃煤發(fā)

25、電主要是直接燃燒的方式，煤炭燃燒產(chǎn)生大量的煙塵、硫氧化物、 氮氧化物、汞等重金屬氧化物，以及二氧化碳，還有廢水和固體排放。經(jīng)過近幾 十年的努力，固體渣和廢水的排放、煙塵的排放都得到了有效的控制。二氧化硫 的排放控制也取得了成效。因此，氮氧化物成為繼二氧化硫之后燃煤發(fā)電污染物 治理的重點。據(jù)測算，我國2000年氮氧化物的排放量為1500萬噸，如果不加以控 制，預(yù)計到2020年氮氧化物的排放量將達到2639萬噸。然而我國環(huán)境的二氧化硫 容量只有1620萬噸，氮氧化物的環(huán)境容量只有1800萬噸。出現(xiàn)酸雨的城市已有265 個?？刂频趸锏呐欧攀俏覈?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要問題。 1.4.2 常規(guī)

26、處理 目前，我國的燃燒產(chǎn)生氮氧化物控制方法主要有燃燒前控制、燃燒中控制和 燃燒后控制三類7。 1燃燒前控制 燃燒前控制是指選用低氮燃料，成本很高，工程上應(yīng)用較少。 2燃燒中控制 燃燒中控制是指改進燃燒方式和生產(chǎn)工藝，采用低 NOX燃燒技術(shù)，降低爐內(nèi) NOX生成量。 低 NOX燃燒技術(shù)的主要途徑有以下幾個方面5：（1）減少燃料周圍的氧濃度。 包括：減少爐內(nèi)過量空氣技術(shù)，以減少爐內(nèi)空氣總量；減少一次風量和減少揮發(fā) 分燃盡前燃料與二次風的混合，以減少著火區(qū)的氧濃度；（2）在氧濃度較少的條 件下，維持足夠的停留時間，使燃料中的氮不易生成 NOX，而且使生成的 NOX經(jīng) 過均相或多相反應(yīng)而被還原分解；（

27、3）在過量空氣的條件下，降低溫度峰值，以 減少熱力型 NOX的生成，如采用低熱風溫度和煙氣再循環(huán)等。 最常用的低NOX燃燒技術(shù)包含了低過量空氣燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級 燃燒和煙氣再循環(huán)等技術(shù)5。分級燃燒就是把燃燒分階段完成，通過調(diào)整燃燒工 況來達到低NOX生成量的一種爐內(nèi)控制技術(shù)。低NOX燃燒技術(shù)的特點是工藝成熟， 投資和運行費用低。 （1）空氣分級燃燒 它是目前應(yīng)用較為廣泛的低 NOX燃燒技術(shù)，其主要原理是將燃料的燃燒過程 分段進行。是將燃燒用風分為一、二次風；減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量即一次風 量，提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，推遲一、二次風混合時間，這樣煤粉進入爐膛時 就形成一個過量空氣系數(shù)

28、在 0.8 左右的富燃料區(qū)，使燃料在富燃料區(qū)進行欠氧燃 燒，使得燃燒速度和溫度降低，從而降低 NOX的生成。欠氧燃料產(chǎn)生的煙氣再與 二次風混合，使燃料完全燃燒。最終空氣分級燃燒可使 NOX生成量降低 30%40%。 （2）燃料分級燃燒 燃料分級燃燒又稱為燃料再燃技術(shù)，是指在爐膛內(nèi)，設(shè)置一次燃料欠氧燃燒 的 NOX還原區(qū)段以控制最終 NOX生成量的一種措施。在 NOX遇到烴根 CHi和未 完全燃燒產(chǎn)物 CO、H2、C 和 CnHm時會發(fā)生 NOX的還原反應(yīng)。利用這一原理，把 爐膛高度自下而上一次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。再燃區(qū)不僅使主燃區(qū)已生 成的 NOX得到還原，同時還抑制了新的 NOX的生

29、成，進一步降低 NOX的生成量。 再燃區(qū)上方布置燃盡風（OFA）以形成燃盡區(qū)，以使再燃區(qū)出口的未完全燃燒產(chǎn) 物燃燒，達到最終完全燃燒的目的。 （3）煙氣再循環(huán) 也是常用的燃燒中降低 NOX排放量的方法之一。該技術(shù)是將鍋爐尾部的 10%30%的低溫煙氣經(jīng)煙氣再循環(huán)風機回抽并混入助燃空氣中，經(jīng)燃燒器或直接 送入爐膛或與一次風、二次風混合后送入爐內(nèi)，從而降低燃燒區(qū)域的溫度，同時 降低燃燒區(qū)域氧的濃度，最終降低的 NOX生成量，并具有防止鍋爐結(jié)渣的作用。 （4）低過量空氣燃燒 使燃燒過程盡可能地在接近理論空氣量的條件下進行，隨著煙氣中過量氧的 減少，可以抑制 NOX的生成，是一種簡單的降低 NOX的方

30、法。如果爐內(nèi)氧的濃 度過低，低于 3%時，會造成 CO 的含量急劇增加。也會引起飛灰含碳量的增加， 導(dǎo)致機械未完全燃燒損失的增加，燃燒效率降低。因此，采用低過量空氣燃燒來 降低 NOX排放有一定限制。 （5）低NOX燃燒器 其特點是在燃燒器出口實現(xiàn)分級送風并與燃料合理配比，達到抑制 NOX生成 的目的。其設(shè)計用于控制燃燒器附近燃料與空氣的混合及理論空氣量，以阻止燃 料氮向 NOX轉(zhuǎn)化和生成熱力 NOX，同時又要保持較高的燃燒效率。主要是通過控 制燃燒器喉部燃料和空氣的動量及流動方向來實現(xiàn)的。 1.4.3 燃燒后控制 燃燒后控制是指在煙道尾部加裝脫硝裝置，將煙氣中 NOX轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的 N2 或有

31、用的肥料。其脫氮方法可分為濕法脫硝和干法脫硝5。由于煙氣脫硝的 NOX 脫除率高，運行簡單。探求技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理的煙氣脫硝技術(shù)是我國控制 氮氧化物排放工作的重點。 由于爐內(nèi)低 NOX燃燒技術(shù)的局限性，使得 NOX的排放控制不能達到國家排 放標準，為了進一步降低 NOX的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。在對 NOX排放要求非常嚴格的國家，如德國和日本，就是先采用采用低 NOX燃燒器減 少一半以上的 NOX后再進行煙氣脫硝，降低脫硝裝置入口的 NOX濃度，減少投 資和運行費用。 1濕法煙氣脫硝技術(shù) 該技術(shù)是利用液體吸收劑將 NOX溶解的原理來凈化燃煤煙氣。 （1）稀硝酸吸收法 由于 N

32、O 和 NO2在硝酸的溶解度比在水中的大得多，故采用稀硝酸吸收法以 提高 NOX去除率的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。隨著硝酸濃度的增加，其吸收效率顯著提 高，但考慮工業(yè)實際應(yīng)用及成本等因素，實際操作中所用的硝酸濃度一般控制在 15%20%。稀硝酸的吸收效率，除了與本身的濃度有關(guān)外，還與吸收溫度和壓力 有關(guān)，低溫高壓有利于 NOX的吸收。 （2）堿性溶液吸收法 該法是采用 NaOH、KOH、Na2CO3、NH3H2O 等堿性溶液作為吸收劑對 NOX進行化學(xué)吸收，其中氨的吸收率最高。吸收液經(jīng)多次循環(huán)，堿液耗盡之后， 將含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的溶液濃縮結(jié)晶，可做肥料使用。廣泛用于常壓法、全 低壓法硝酸尾氣處理。

33、其優(yōu)點是能將 NOX回收為有銷路的亞硝酸鹽或硝酸鹽產(chǎn)品， 有經(jīng)濟效益，工藝流程和設(shè)備也較為簡單；缺點是吸收不高，對煙氣中的 NOX/NO 的比例有一定限制 濕法煙氣脫硝具有吸收劑種類多、來源廣泛、適應(yīng)性強的優(yōu)點，能以硝酸鹽 等形式回收 NOX，達到綜合利用的目的。但其實際應(yīng)用系統(tǒng)較復(fù)雜、能耗高；并 且需要大量的液體吸收劑來洗滌鍋爐煙氣，同時吸收廢氣后的溶液難以處理，還 容易造成二次污染。因此該技術(shù)對于含 NOX濃度較高的、大煙氣量的燃煤電站來 說不宜采用。 2干法煙氣脫硝技術(shù) 與濕法煙氣脫硝技術(shù)相比，干法煙氣脫硝技術(shù)的主要優(yōu)點有：基本投資低， 設(shè)備及工藝過程簡單，脫除 NOX的效率也較高，無廢

34、水和廢棄物處理，不易造成 二次污染。 目前有兩類商業(yè)化的干法煙氣脫硝技術(shù)，分別稱為選擇性催化還原（selective catalytic reduction, SCR）和選擇性非催化還原法（selective noncatalytic reduction, SNCR）. （1）選擇性催化還原法 SCR 由美國 Eegelhard 公司發(fā)明，于 1959 年申請專利。是利用 NH3和催化劑 在溫度為 200450時將 NOX還原為 N2。 SCR 法中催化劑的選取是關(guān)鍵。對催化劑的要求是活性高、壽命長、經(jīng)濟性 好和不產(chǎn)生二次污染。 SCR 法是國際上應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)。SCR

35、 法的優(yōu)點 有：使用了催化劑，反應(yīng)溫度較低；凈化率高，可達 85%以上；工藝設(shè)備緊湊， 運行可靠；還原后的氮氣放空，無二次污染。但也存在一些明顯的缺點：煙氣成 分復(fù)雜，某些污染物可使催化劑中毒；高分散度的粉塵微粒可覆蓋催化劑表面， 使其活性下降；系統(tǒng)中存在一些為反映的 NH3和煙氣中的 SO2作用，生成易腐蝕 和堵塞設(shè)備的硫酸銨鹽，同時還會降低氨的利用率；投資與運行費用較高。 （2）選擇性非催化還原法 SCR 技術(shù)的催化劑費用通常占到 SCR 系統(tǒng)初始投資的 50%60%，其運行成 本在很大程度上受催化劑壽命的影響。因此 SNCR 應(yīng)運而生。其基本的原理是把 含有氨基的催化劑噴入爐膛溫度為 8

36、001100這一狹窄的溫度范圍，在沒有催 化劑的情況下，該還原劑迅速熱分解成氨并與煙氣中的 NOX進行反應(yīng)，使得 NOX還原成 N2和 H2O，基本上不與 O2發(fā)生作用。 通常以尿素或氨基化合物作為還原劑將 NOX還原為 N2。因為需要較高的反應(yīng) 溫度（9301090）還原劑通常注進爐膛或者緊靠爐膛出口的煙道。主要的化學(xué) 反應(yīng)為： 4NH3+6NO5N2+6H2O （1） 可能的競爭反應(yīng)包括： 4NH3+5O24NO+6H2O （2） 4NH3+3O24N2+6H2O （3） 還原劑尿素或氨基化合物必須注入最佳溫度區(qū)，才能確保反應(yīng)(1)占主導(dǎo)；如 果溫度超過 1100，反應(yīng)（2） 、 （3）將

37、變得重要；如果溫度低于所希望的區(qū)間， 殘留氨量將會增加14。 該法的優(yōu)點是不需要催化劑，投資較 SCR 小，比較適合于環(huán)保要求不高的改 造機組，目前大部分鍋爐都不采用此法，主要原因有：效率不高；反應(yīng)劑和運載 介質(zhì)（空氣）的消耗量大；氨的泄露量大；生成的硫酸銨鹽會腐蝕和堵塞下游的 空氣預(yù)熱器等設(shè)備。 3電子束治理技術(shù) 電子法的原理是利用電子加速其產(chǎn)生的高能電子束，直接照射待處理的氣體， 通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子碰撞，使之離解、電離，形成非平衡等 離子體，其中所產(chǎn)生的大量活性粒子（如 OH-，O2-和 HO2-等）與污染物進行反應(yīng)， 使之氧化去除。 許多國家已經(jīng)建立了一批電子束試驗設(shè)施

38、和示范車間。日本、德國、美國和 波蘭的示范車間運行結(jié)果表明，這種電子束系統(tǒng)去除 SO2的總效率超過 95%，去 除 NOX的效率達到 80%85%。 電子束照射法脫除 NOX的技術(shù)，是當今煙氣系統(tǒng)脫硝的一項新技術(shù)，可以同 時處理大型燃煤電站的 SO2、NOX和飛灰。但電子束照射法仍有不少缺點：（1） 能量利用率低，當電子能量降到 3eV 以下后，將失去分解和電離的功能，剩余的 能量將浪費掉；（2）電子束法所采用的電子槍價格昂貴，電子槍及靶窗的壽命短， 所需的設(shè)備及維修費用高；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，X 射線的屏蔽與防 護費用較大。 上述原因限制了電子束法的實際應(yīng)用和推廣。 4生物法處理

39、技術(shù) 生物法處理技術(shù)的實質(zhì)是利用微生物的生命活動將 NOx 轉(zhuǎn)化為無害的無機物， 及微生物的細胞質(zhì)。 由于該過程難以在氣相中進行，所以氣態(tài)的污染物要先經(jīng)過從氣相轉(zhuǎn)移到液 相或固相表面的液膜中的傳質(zhì)過程?？缮锝到獾目扇苄晕廴疚飶臍庀噙M入濾塔 填料表面的生物膜中，并經(jīng)擴散進入其中的微生物組織，然后，污染物作為微生 物代謝所需的營養(yǎng)物，在液相或固相被微生物降解凈化。 美國愛達荷國家工程實驗室（Idao National Engineering Laboratry）的研發(fā)人 員最早發(fā)明了用脫硝菌還原煙氣中的 NOX的工藝。當煙氣在塔中的停留時間約為 1min、NO 進口濃度為 335mg/m3時，N

40、O 的去除率可達到 99%。塔中細菌的最適 溫度為 3040，pH 值為 6.58.5。 雖然微生物處理煙氣中 NOX成本低，設(shè)備投入少，但要實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還有許 多的問題需要克服：（1）微生物的生長速度相對較慢，要處理大流量的煙氣，還 需要對菌種作進一步的篩選；（2）微生物的生長需要適宜的環(huán)境，如何在工業(yè)應(yīng) 用中營造合適的培養(yǎng)條件將是必須克服的一個難題；（3）微生物的生長，會造成 塔內(nèi)填料的堵塞。 對于工藝上要求連續(xù)安全穩(wěn)定運行、并有大容量的燃煤電站鍋爐煙氣脫除 NOx 的系統(tǒng)來說，用生物法處理電站煙氣中的 NOx 目前還處于試驗階段，存在著 明顯的缺陷，例如吸收塔的空塔氣速、煙氣溫度、反硝化

41、細菌的培養(yǎng)、細菌的生 長速度和吸收塔的堵塞等問題都有待解決。此技術(shù)要運用到實際工程中，還需要 進一步的研究和發(fā)展。 工業(yè)運行的數(shù)據(jù)表明，SNCR 工藝的 NO 還原率較低，通常在 30%60%的 范圍，而 SCR 工藝對 NOX的轉(zhuǎn)化率為 60%90%。SCR 技術(shù)對鍋爐煙氣 NOX控 制效果十分顯著，占地面積小，技術(shù)成熟，易于操作，目前已成為世界上應(yīng)用最 多、最為成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。 1.5 SCR脫硝工藝 1.5.1 SCR 基本原理 選擇性催化還原（SCR）脫硝原理是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原 劑有選擇地把煙氣中的 NOX還原為無毒無污染的 N2和 H2O。催化的作

42、用是降低 分解反應(yīng)的活化能，使其反應(yīng)溫度降低至 150450之間12。因為電廠實際使用 的溫度范圍是 290430，若無催化劑，反應(yīng)溫度較高（980左右），超出了 電廠溫度范圍。還原劑有氨水、液氨及尿素，工業(yè)上常應(yīng)用的是液氨，其次是尿 素。以氨為還原劑的 SCR 反應(yīng)如下。 主反應(yīng)方程式： 4NO + 4NH3 + O24N2 + 6H2O （4） NO + 2NO2 + 2NH32N2 + 3H2O （5） 6NO + 4NH35N2 + 6H2O （6） 6NO2 + 8NH32N2 + 6H2O （7） 副反應(yīng)方程式： 4NH3 + 3O22N2 + 6H2O （8） 2NH3 N2 +

43、 3H2 （9） 4NH3 + 3O24NO + 6H2O （10） 2SO2 + O22SO3 （11） NH3 + SO3 + H2ONH3HSO4 （12） 2NH3 + SO3 + H2O(NH4)SO4 （13） 反應(yīng)（4）為主要反應(yīng)，因為煙氣中的幾乎 95%的 NOX均是以 NO 的形式存 在。在反應(yīng)過程中，NH3可以選擇性地和 NOX反應(yīng)生成 N2和 H2O，而不是被 O2 所氧化，其基本原理如圖 1-1 所示。 圖1-1 SCR基本反應(yīng)原理 1.5.2 典型 SCR 系統(tǒng)組成 煙氣脫硝系統(tǒng)由還原劑的制備系統(tǒng)和脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分組成，見圖1-2。脫 硝反應(yīng)系統(tǒng)有SCR催化反應(yīng)器、

44、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應(yīng)系統(tǒng)所組成。液氨存儲 和供應(yīng)系統(tǒng)有液氨卸料壓縮機、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋 槽、廢水泵和廢水池等。 圖1-2 SCR脫硝系統(tǒng)組成 1.5.3 SCR 工藝流程 典型的 SCR 主要工藝流程為：還原劑即液氨用灌裝卡車運輸，以液體形態(tài)儲 存于氨罐中，液態(tài)氨在注入 SCR 系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)汽化；汽化的氨和 稀釋空氣混合，通過噴氨格柵噴入 SCR 反應(yīng)器上游的煙氣中；充分混合后的還原 劑和煙氣在 SCR 反應(yīng)器中催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，以達到去除 NOX的目的。 SCR 的基本操作運行主要包含以下幾個步驟： （1）氨的準備與儲存； （2）氨的蒸發(fā)并與預(yù)

45、混空氣相混合； （3）氨與空氣的混合氣體在反應(yīng)器的適當位置噴入煙氣系統(tǒng)中，其位置通常 在反應(yīng)器入口附近的煙氣管路內(nèi)； （4）噴入的混合氣體與煙氣的混合； （5）各反應(yīng)物向催化劑表面的擴散并進行反應(yīng)。 1.5.4 SCR 工藝系統(tǒng)布置分類 根據(jù) SCR 反應(yīng)器工作環(huán)境，如溫度、粉塵濃度的不同，主要有高塵、低塵和 尾部布置方式5。 1高溫高塵布置 該布置方式中 SCR 反應(yīng)器在省煤器的下游、空氣預(yù)熱器和除塵裝置的上游、 煙氣溫度約為 350的位置。SCR 高溫高塵布置工藝系統(tǒng)見圖 1-3 所示。 圖1-3 高溫高塵布置 這種布置的優(yōu)點是進入反應(yīng)器的煙氣溫度達到 280420，多數(shù)催化劑在 這個溫度

46、范圍內(nèi)有足夠的活性。缺點是催化劑在未經(jīng)除塵的煙氣中，壽命會受以 下因素影響： （1）飛灰含有 Na、K、Ca、Si、As 等，使催化劑中毒，受污染；（2）催化 劑受飛灰磨損；（3）飛灰是催化劑通道堵塞；（4）煙氣溫度降低，NH3和 SO3 反應(yīng)生成(NH3)SO4，使反應(yīng)器通道和下游的空氣預(yù)熱器堵塞。 為了盡可能延長催化劑的使用壽命，除了應(yīng)選擇合適的催化劑外，還要使反 應(yīng)器通道有足夠的空間以防堵塞，同時要有防腐和防磨的措施。 2高溫低塵布置 當靜電除塵器布置在空氣預(yù)熱器的上游時，通常使用低塵 SCR 系統(tǒng)。如圖 1- 4 所示。低塵 SCR 系統(tǒng)較高塵 SCR 系統(tǒng)具有更低的成本。 圖1-4

47、高溫低沉布置 高溫低塵布置的優(yōu)點：（1）煙氣經(jīng)靜電除塵器后，粉塵濃度降低，可延長催 化劑的壽命；（2）獨立存在，不影響鍋爐的正常運行；（3）氨泄漏量與高溫高 塵布置方式的相比要少。 缺點：（1）煙氣通過靜電除塵器后，溫度會下降；（2）煙氣含大量的 SO2，催化劑使部分 SO2轉(zhuǎn)化為 SO3，與泄漏的氨生成具很強腐蝕性的硫酸銨鹽； （3）國內(nèi)運用經(jīng)驗很少，可供參考的工程實例也少。 3低溫低塵布置 這種布置方式通常將 SCR 反應(yīng)器布置在所有的氣體排放控制設(shè)備之后，此時 的煙氣經(jīng)前面的氣體控制設(shè)備，已經(jīng)除去了絕大多數(shù)對催化劑有害的成分。SCR 低溫低塵布置工藝系統(tǒng)如圖 1-5 所示。 低溫低塵布置的優(yōu)點：（1）煙氣經(jīng)過了除塵脫硫，可采用更大的流速，使催 化劑消耗量減少；（2）氨逃逸量與其它布置方式相比是最少的；（3）不會產(chǎn)生 SO3，防止二次污染。 缺點：（1）煙氣經(jīng)除塵脫硫后，溫度降低，低于氨還原 NOX反應(yīng)所需的溫 度，需要重新加熱，增加投資和運行成本；（2）很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑。 圖1-5 低溫低塵布置 綜上所述，由于高溫高塵工藝布置是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。在 SCR 市場 中，其占有絕對的優(yōu)勢