鍋爐脫硝技術(shù)詳解課件

鍋爐脫硝技術(shù)組員：史海、闞新、董明12脫硝的必要性1、刺激人的呼吸系統(tǒng)2、損害動(dòng)植物3、破壞臭氧層4、易引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)等3何謂脫硝？？？為防止鍋爐內(nèi)煤燃燒后產(chǎn)生過多的NOx污染環(huán)境，而對(duì)煤進(jìn)行的脫去NOx的處理方法。分為燃燒前脫硝、燃燒過程脫硝、燃燒后脫硝。4一、NOx的生成機(jī)理及脫硝原理二、煤的燃燒方式對(duì)NOx排放的影響三、低NOx燃燒技術(shù)四、爐膛噴射脫硝五、煙氣脫硝內(nèi)容目錄5一、NOx的生成機(jī)理及脫硝原理

1、NOx的生成機(jī)理

氮氧化物(NOx)主要來自礦物燃料的燃燒過程，主要形式為NO(90%)和NO2。

按燃燒過程中NOx的生成機(jī)理，NOx可分成：

－熱力型NOx

－燃料型NOx

－快速型(瞬時(shí)反應(yīng)型)NOx6控制燃燒條件,從而控制NOx的生成－控制燃燒溫度，控制燃料和空氣的混合速度與時(shí)機(jī)。采用該原理的主要技術(shù)包括低氮燃燒器、OFA分級(jí)送風(fēng)等。

在煙氣中脫除NOx

4NO+4NH3+O2-->4N2+6H2O6NO2+8NH3+O2-->7N2+12H2O采用以上原理產(chǎn)生并應(yīng)用較多的有選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)、SCR/SNCR混合法技術(shù)等。2、NOx脫除原理?xiàng)l件1:溫度900-1100℃;條件2:使用催化劑,溫度320-400℃7探討生成規(guī)律可以知道，NOx的生成及破壞與以下因素有關(guān)：煤種特性，如煤的含氮量，揮發(fā)份含量，燃料比FC/V以及V-H/V-N等。燃燒溫度。爐膛內(nèi)反應(yīng)區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內(nèi)氧氣，氮?dú)?，NOx和CHi的含量。燃料及燃燒產(chǎn)物在火焰高溫區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。二、煤的燃燒方式對(duì)NOx排放的影響8舉例：固態(tài)除渣煤粉爐，當(dāng)要求NOx排放值為650mg/m3時(shí)，所需的NOx降低率為36%不同燃煤設(shè)備所生成的NOx的原始排放值及為達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)所需的NOx降低率9三、低NOx燃燒技術(shù)

燃燒過程中常用的低NOx燃燒技術(shù)主要包括：低氧燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)，低NOx燃燒器和低NOx爐膛設(shè)計(jì)等。是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的減排途徑，但減排效率較低，一般在30％～60％之內(nèi)，往往難以滿足環(huán)保要求，不過必須強(qiáng)調(diào)無論如何將這一減排措施納入鍋爐的整體設(shè)計(jì)是合理而必要的。101、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(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx的生成，采用低過量空氣燃燒可以降低NOx排放15%~20%11煤粉燃燒時(shí)一次風(fēng)比例和煙氣中飛灰

含碳量與NOx含量的關(guān)系122、空氣分級(jí)燃燒基本原理——將燃料的燃燒過程分階段完成一級(jí)燃燒：

將供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?0%~75%，使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。過量空氣系數(shù)a＜1，降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平，而且在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應(yīng)率，抑制了NOx的生成量。二級(jí)燃燒：

其余空氣與一級(jí)燃燒區(qū)產(chǎn)生的煙氣混合，在a＞1的條件下完成全部燃燒過程。13空氣分級(jí)燃燒中，第二階段完全燃燒所需的其余空氣將通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口OFA（OverFireAir）”火上風(fēng)”噴入爐膛。為了保證既能減少排放，又能保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)、可靠性，必須正確組織空氣分級(jí)燃燒過程。14煤粉爐燃燒器前墻布置時(shí)“火上風(fēng)”(OFA)噴口布置的示意圖“火上風(fēng)”噴口一次風(fēng)煤粉和二次風(fēng)15

空氣分級(jí)燃燒彌補(bǔ)了低過量空氣燃燒的缺點(diǎn)。

但若第一級(jí)和第二級(jí)的空氣比例分配不當(dāng)，則會(huì)增加不完全燃燒損失。

同時(shí)，在煤粉爐第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的還原性氣氛也存在著使灰熔點(diǎn)降低而引起結(jié)渣，或引起受熱面腐蝕的問題。

16一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)燃料中氮含量與NOx生成量的關(guān)系17大型煤粉鍋爐空氣分級(jí)燃燒效果舉例183、燃料分級(jí)燃燒

已生成的NO在遇到烴根CHi和末完全燃燒產(chǎn)物CO，H2，C和CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NO的還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：4NO十CH4→2N2十CO2十H2O2NO十2CnHm十(2n十m/2-1)O2→N2十2nCO2十mH2O2NO十2CO→N2十2CO22NO十2C→N2十2CO2NO十2H2→N2十2H2O19利用這一原理，將80%~85%燃料送入一級(jí)燃燒區(qū)，在>1條件下燃燒生成，送入一級(jí)區(qū)的燃料稱為一級(jí)燃料；其余15%~20%則在主燃燒器上部送入二級(jí)燃燒區(qū)，在<1條件下形成還原性氣氛，使NO還原。二級(jí)燃燒區(qū)又稱再燃區(qū)。20一次燃燒區(qū)：一次燃料，在＞1的條件下燃燒并生成NOx。再燃燒區(qū)：二次燃料，在a＜1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級(jí)燃燒區(qū)中生成的NOx被還原成氮分子(N2)。燃盡區(qū)：最后再送入二次風(fēng)，在a＞1的條件下將未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。

21燃料分級(jí)燃燒原理示意圖

2223煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖244、煙氣再循環(huán)

將鍋爐尾部煙氣再送入爐內(nèi)，降低了氧氣濃度，降低燃燒溫度，從而降低NOx的排放濃度。25鍋爐煙氣再循環(huán)系統(tǒng)示意圖26煙氣再循環(huán)的不足之處

由于循環(huán)煙氣量的增加，燃燒會(huì)趨于不穩(wěn)定，而且末完全燃燒熱損失會(huì)增加。

增加循環(huán)風(fēng)機(jī)、煙道，增大投資，系統(tǒng)也較復(fù)雜。27煙氣再循環(huán)率與NOx降低率的關(guān)系1—燃料為煤氣或輕油；2—重油鍋爐和液態(tài)排渣煤粉爐3—固態(tài)排渣煤粉爐

28不同煤燃燒設(shè)備的低NOx燃燒技術(shù)比較

2930四、爐膛噴射脫硝

向爐膛噴射某種物質(zhì)來還原已生成的NOx，從以降低NOx的排放量。包括噴水、噴射二次燃料和噴氨等1、噴水法

但一氧化氮氧化較困難，需噴入臭氧或高錳酸鉀，不現(xiàn)實(shí)。2、噴二次燃料：

即前述燃料分級(jí)燃燒，但二次燃料不會(huì)僅選擇NO反應(yīng)，還會(huì)與氧氣反應(yīng)，使煙氣溫度上升313、噴氨法（尿素等氨基還原劑）

4NH3十4NO十O2→6H2O十4N24NH3十2NO2十O2→6H2O十3N24NH3十6NO→6H2O十5N28NH3十6NO2→12H2O十7N2

由于氨只和煙氣中NOx反應(yīng)，而一般不和氧反應(yīng)，這種方法亦稱選擇性非催化劑吸收（SNCR）法。但不用催化劑，氨還原NO僅在950℃~1050℃這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)行，故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在爐膛上部對(duì)應(yīng)位置。32采用爐膛噴射脫硝，噴射點(diǎn)必須在950℃~1050℃之間。噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行、使用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件。若噴入的氨未充分反應(yīng)，則泄漏的氨會(huì)到鍋爐爐尾部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易沉積在受熱面，且煙氣中氨遇到三氧化硫會(huì)生成硫酸氨（粘性，易堵塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險(xiǎn)）。33爐內(nèi)噴氨脫硝優(yōu)缺點(diǎn)非催化噴氨脫硝法投資少，運(yùn)行費(fèi)用也低。但反應(yīng)溫度范圍狹窄；要有良好的混合及反應(yīng)空間和反應(yīng)時(shí)間的條件；當(dāng)要求較高的脫除率時(shí)，會(huì)造成NH3泄漏量過大等問題。34

氨儲(chǔ)罐氨的流量分配閥門站MVS35噴入氨/尿素燃燒器煙氣1050oC-950oC選擇性非催化脫硝法(SNCR)爐墻上多層氨噴口位置示意圖36五、煙氣脫硝各種低燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐排放值最主要亦較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。但一般只降低排放50%左右。據(jù)環(huán)保法對(duì)排放的要求，應(yīng)低于40%方可，故應(yīng)考慮燃燒后的煙氣脫硝處理技術(shù)A、干法煙氣脫硝1、使用催化劑來促進(jìn)還原反應(yīng)的選擇性

脫催化硝法SCR(SelectiveCatalyticReduction)2、電子束照射法3、同時(shí)脫硫脫硝法371、煙氣SCR脫硝法

煙氣SCR脫硝法采用催化劑促進(jìn)氨與NO還原反應(yīng)。若使用鈦和鐵氧化物類催化劑，其反應(yīng)溫度為300℃~400℃，當(dāng)采用活性焦炭時(shí)，其反應(yīng)溫度為100℃~150℃根據(jù)反應(yīng)器在鍋爐尾部煙道的位置，有三種方案:(1)在空氣預(yù)熱器前350℃位置(2)在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間(3)布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后38（5）SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程圖圖2-3SCR煙氣脫硝工藝流程圖39SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器(SCR反應(yīng)器)

置于空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)罐蒸發(fā)器去濕法煙氣脫硫系統(tǒng)NH3空氣NH3NH3+空氣40此時(shí)，煙氣中含有飛灰、二氧化硫、故反應(yīng)器在“不干凈”的高塵煙氣中。但此處溫度在300℃~500℃之間，適用于多數(shù)催化劑，但壽命受下列因素影響:煙氣飛灰中Na，K，Ca，Si，As會(huì)使催化劑中毒或污染飛灰對(duì)催化劑反應(yīng)器的磨損和使催化劑反應(yīng)器蜂窩堵塞如煙氣溫度升高，會(huì)使催化劑燒結(jié)或使之再結(jié)晶失效如煙氣溫度降低，氨會(huì)和三氧化硫生成硫酸氫，堵塞煙道高活性催化劑會(huì)使二氧化硫氧化成三氧化硫41SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器

置于空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)罐蒸發(fā)器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣去煙囪空氣42SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器

布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后鍋爐靜電除塵器SCR反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3儲(chǔ)罐蒸發(fā)器NH3NH3+空氣濕法煙氣脫硫系統(tǒng)空氣氣/氣加熱器去煙囪空氣氣/油燃燒器或蒸汽換熱器43布置在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間布置在FGD（濕法煙氣脫硫裝置）之后其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，此時(shí)可使用高活性催化劑，且結(jié)構(gòu)緊湊，其壽命較長。問題：反應(yīng)器在FGD之后,溫度僅有50℃~60℃，故需加熱升溫與SNCR一樣，SCR也應(yīng)注意噴氨量的控制44SCR脫硝－實(shí)例FORMOSAＰLASTICSCO.JP-3(臺(tái)灣）（1）鍋爐容量：100MW45某電廠SCR煙氣脫硝反應(yīng)器外形圖462、同時(shí)脫硫脫硝法硫化物、硝化物和粉塵聯(lián)合控制工藝近年來，美國巴布科克

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威爾科克斯(B&W)公司開發(fā)了一種SNRB技術(shù)。其特點(diǎn)是使用一種高溫布袋除塵器，將脫硫脫硝和除塵結(jié)合到一起。其原理為：將鈣基或鈉基堿性吸收劑噴入煙氣中脫硫，將高溫催化劑噴入耐高溫陶瓷纖維袋內(nèi)并通過噴氨脫硝，高溫脈沖噴射布袋除塵47煙氣入口高溫陶瓷纖維袋清潔煙氣SOx-NOx-RoxBox(SNRB)工藝流程噴入氨噴入堿48B、濕法煙氣脫硝a.同時(shí)脫硫脫硝的濕式系統(tǒng)石灰/石膏法：采用生石灰,消石灰和微粒碳酸鈣制成吸收液，加入少量硫酸，將其pH調(diào)制4~4.5，在洗滌塔內(nèi)反應(yīng)如下:

Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OCaSO3+SO2+H2O→Ca(HSO3)2NO+2Ca(