電廠脫硝技術(shù)-氮氧化物的排放與控制

氮氧化物的來源、危害及排放現(xiàn)狀氮氧化物的排放與控制1氮氧化物的來源2氮氧化物的危害目錄CONTENTS3氮氧化物的排放現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)氮氧化物的來源通常所說的氮氧化物包括多種化合物,如N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等,一般用NO?表示。職業(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物,主要為NO和NO2,并以NO2為主。而且造成大氣污染的主要是NO和NO2,因此通常所說的NO?是NO、NO2兩者的總稱。1氮氧化物介紹2氮氧化物排放來源自然源人為源NO?污染物來源氮氧化物的來源2氮氧化物排放來源氮氧化物的來源表6-1NO?的成因及主要來源成因（1）高溫燃燒時(shí),空氣中的N:與Oz反應(yīng),燃料中的含氮有機(jī)物熱解;（2）自然界含氮有機(jī)物被細(xì)菌分解,火山噴發(fā)、雷電及海洋釋放;（3）硝酸、化肥等化工生產(chǎn)中的排放和泄漏;（4）某些工業(yè)過程和機(jī)動(dòng)車輛的廢氣散發(fā)主要來源自然源(1)自然界的火山噴發(fā)、雷電，草原及森林失火;(2)細(xì)菌分解含氮的有機(jī)化合物,如土壤中細(xì)菌的活動(dòng)。人為源(1)固定源:火力發(fā)電廠鍋爐燃燒及各種工業(yè)窯爐、垃圾焚燒;(2)移動(dòng)源:機(jī)動(dòng)車、.輪船和飛機(jī)及其他內(nèi)燃機(jī)排氣;(3)工業(yè)生產(chǎn):硝酸生產(chǎn)、冶煉加工、各種硝化過程、電鍍、催化劑制造、硫酸生產(chǎn)、氮肥生產(chǎn)、合成纖維生產(chǎn)、乙二酸生產(chǎn);(4)其他源:民用爐灶,吸煙、飼料的微生物處理。(1)生產(chǎn)產(chǎn)品過程產(chǎn)生的NO?,如HNO3生產(chǎn)、冶煉等過程。0102(2)處理廢物過程產(chǎn)生的NO?,如垃圾和污泥的焚燒等。(3)化石燃料燃燒過程產(chǎn)生的NO.,如燃煤電廠、交通車船、燃?xì)夂惋w機(jī)燃料燃燒等。產(chǎn)生NO?的人類活動(dòng)主要有以下幾種:2氮氧化物排放來源氮氧化物的來源氮氧化物的來源實(shí)際上,人為排放的NO?絕大部分源于化石燃料的燃燒過程,并且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而呈現(xiàn)增長的趨勢。現(xiàn)代火力發(fā)電廠是最大的固定源,機(jī)動(dòng)車輛是主要的移動(dòng)源。2氮氧化物排放來源氮氧化物的危害在NO?中對人體健康危害最大的是NO2,它比NO的毒性高4倍,可引起肺損害,甚至造成肺水腫,慢性中毒可導(dǎo)致氣管及肺部發(fā)生器質(zhì)性病變。吸入NO2,可引起變性血紅蛋白的形成并對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。1NO?對人體的影響氮氧化物的危害1NO?對人體的影響表6-2NO2對人類和動(dòng)物的影響NO2濃度(×10-6)影響NO2濃度(×10-6)影響0.5連續(xù)4h暴露,肺細(xì)胞病理組織發(fā)生變化;連續(xù)3~12個(gè)月,在患支氣管炎部位有肺氣腫感染,抵抗力減弱25人只能短時(shí)間暴露才安全約1聞到臭味501min內(nèi)感到呼吸異常，鼻受刺激2.5超過7h,豆類、西紅柿等農(nóng)作物葉子變白803min內(nèi)感到胸痛3.5超過2h,動(dòng)植物細(xì)菌感染增大100~1500.5～1h就因肺水腫而死5聞到強(qiáng)烈惡臭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氣NO?和揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)達(dá)到一定濃度后,在太陽光照下VOC和NO?經(jīng)過一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng),可能產(chǎn)生以高濃度O3和細(xì)顆粒物為特征的光化學(xué)煙霧,其毒性更強(qiáng)。1NO?對人體的影響氮氧化物的危害2NO?對農(nóng)作物和建筑的影響NO?在空中擴(kuò)散或溶入地表面、水中,最終形成酸雨,將對大面積樹木和農(nóng)作物造成重大傷害,甚至造成大片森林枯死,農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)等。氮氧化物的危害2NO?對農(nóng)作物和建筑的影響酸雨對土壤、農(nóng)作物、森林、湖泊、魚類和其他動(dòng)物以及建筑物等產(chǎn)生極大的影響。氮氧化物的排放現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)1NOX的排放現(xiàn)狀2005年,NOX全國排放總量為1990萬t,其中火電約716.4萬t,是最大來源,占36%左右。2019年底,火電NOX排放總量93萬噸,占全國排放總量的比例7.85%?；痣奛OX歷年排放量氮氧化物的排放現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)2燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)顆粒物排放濃度不高于10mg/m3

0102SO2排放濃度不高于35mg/m3NOX排放濃度不高于50mg/m32018年發(fā)布“103550”排放標(biāo)準(zhǔn)(超低排放)：氮氧化物的排放現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)2燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)地方燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)再加嚴(yán)。2020.11月,江蘇發(fā)布《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》,提出顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度限值為5mg/m3、25mg/m3、30mg/m3,較超低排放（10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3）更加嚴(yán)格。該標(biāo)準(zhǔn)一旦正式發(fā)布,將成為我國目前最嚴(yán)燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。氮氧化物的排放控制技術(shù)氮氧化物的排放與控制1Nox排放控制技術(shù)2低NOX燃燒技術(shù)目錄CONTENTS3煙氣脫硝技術(shù)低氮燃燒燃料脫硝煙氣脫硝NOX的控制方法氮氧化物的排放控制技術(shù)氮氧化物的排放控制技術(shù)燃料脫硝（燃燒前）：將燃料轉(zhuǎn)化為低氮燃料0102低氮燃燒（燃燒中）：主要通過改變?nèi)紵龡l件及燃燒器結(jié)構(gòu)煙氣脫硝（燃燒后）：鍋爐尾部加裝煙氣脫硝裝置NOX的控制方法：進(jìn)行燃料脫硝的難度很大,成本較高,目前還停留在實(shí)驗(yàn)研究階段。廣泛應(yīng)用的是低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)原理：主要通過改變?nèi)紵龡l件及燃燒器結(jié)構(gòu)的方法來降低NOx的排放。所采取的措施原則：①降低過量空氣系數(shù)和氧氣濃度,使煤粉在缺氧條件下燃燒；②降低燃燒溫度,防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；③縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。主要包括：低氧燃燒技術(shù)、空氣分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOx燃燒器。低氮燃燒技術(shù)1低氧燃燒技術(shù)原理：主要通過降低燃燒的過量空氣系數(shù),使燃燒過程盡量接近理論空氣量的條件。由于煙氣中過量氧的減少,可以抑制NOx的生成,是一種最簡單的降低NO2排放的方法。效果：采用該法使NO2的排放減少15%~20%。限制：過量空氣系數(shù)不得低于1.03~1.04,否則,會(huì)使CO濃度急劇增加,造成燃燒不完全,同時(shí)會(huì)導(dǎo)致飛灰含碳量增加,降低燃燒效率。另外,低氧濃度會(huì)使?fàn)t膛局部出現(xiàn)還原性氣氛,從而降低灰熔點(diǎn),致使?fàn)t內(nèi)結(jié)渣和腐蝕。低氮燃燒技術(shù)2空氣分級燃燒原理：將燃燒用的空氣分階段送入。供給各燃燒器的空氣量控制在理論空氣量的90%左右,使煤粉在缺氧的燃燒條件下燃燒。主燃燒區(qū)內(nèi)a=0.9?0.95,在這一燃燒區(qū)域內(nèi)為還原性氣氛,從而抑制NOx的生成。圖6-7空氣分級燃燒示意低氮燃燒技術(shù)2空氣分級燃燒之后煙氣進(jìn)入還原區(qū),主燃區(qū)生成的NOx在還原區(qū)內(nèi)發(fā)生焰內(nèi)分解和還原;另外,由于此處的過量空氣空氣系數(shù)比主燃區(qū)稍高,促進(jìn)了碳的完全燃燒。圖6-7空氣分級燃燒示意為了完成全部燃燒過程,完全燃燒所需的空氣從燃燒器的上方噴入,與第一、二階段的貧氧燃燒條件下的煙氣混合,在a>1的條件下完成全部燃燒過程。低氮燃燒技術(shù)2空氣分級燃燒由于整個(gè)燃燒過程所需空氣是分級供入爐內(nèi)的,使整個(gè)燃燒過程分為兩級或兩級以上進(jìn)行,故稱為空氣分級燃燒。圖6-7空氣分級燃燒示意效果：采用該法一般可使NOx的排放量減少15%?50%。低氮燃燒技術(shù)3煙氣再循環(huán)原理：在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t膛（或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐膛）,這樣既降低了燃燒溫度,也降低了氧氣濃度,因而可以降低NOx的排放濃度。在大型鍋爐中,一般采用空氣煙氣混合器,把煙氣同燃燒空氣混合后送入爐膛。煙氣再循環(huán)法對NOx的減排效果與燃料種類和煙氣再循環(huán)率有關(guān)。低氮燃燒技術(shù)3煙氣再循環(huán)一般把再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時(shí)的煙氣量之比,稱為煙氣再循環(huán)率。當(dāng)煙氣再循環(huán)率為15%~20%時(shí),煤粉爐的NOx排放濃度可降低約25%。理論上,隨著煙氣再循環(huán)率的增大,NOx的降低率也增大,但煙氣再循環(huán)率的增大是有限的,再循環(huán)煙氣量的增大會(huì)使燃燒趨于不穩(wěn)定,而且使不完全燃燒熱損失增加,故電廠鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在10%~20%。采用煙氣再循環(huán)時(shí)要加裝再循環(huán)風(fēng)機(jī)、煙道,還需要場地,從而增大了投資,其系統(tǒng)也較復(fù)雜。低氮燃燒技術(shù)4低NOX燃燒器原理：將前述的空氣或燃料分級原理應(yīng)用于燃燒器的設(shè)計(jì),盡可能降低著火區(qū)氧濃度和溫度,從而達(dá)到控制NOX生成量的目的。這類特殊設(shè)計(jì)的燃燒器就是低NOx燃燒器。效果：一般可使NOx排放濃度降低30%?60%。煙氣脫硝技術(shù)目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為干法、半干法和濕法三類。煙氣脫硝干法選擇性非催化還原法（SNCR）選擇性催化還原法（SCR）電子束法半干法活性炭脫硫脫硝法濕法臭氧氧化吸收法煙氣脫硝技術(shù)NOx與SO2相比,缺乏化學(xué)活性,難以被水溶液吸收;0102NOx經(jīng)還原后成為無毒的N2和H2O,脫硝的副產(chǎn)品便于處理;NH3和尿素是良好的還原劑。干法脫硝占主流地位原因：濕法與干法相比,主要缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜且龐大;排水要處理,內(nèi)襯材料腐蝕,副產(chǎn)品處理較難,電耗大,因而在大機(jī)組的煙氣脫硝上目前沒有應(yīng)用。煙氣脫硝技術(shù)1選擇性催化還原法（SCR）SCR是脫硝效率最高,是最為成熟的脫硝技術(shù)之一。SCR原理：在一定的溫度和催化劑的作用下,還原劑（NH3、尿素等）有選擇地把煙氣中的NOX還原為無毒無污染的N2和H2O。工業(yè)應(yīng)用的還原劑主要是氨和尿素。在SCR反應(yīng)中,催化劑具有選擇性,使還原劑NH3一般只與NOx反應(yīng)生成N2,而不與O2反應(yīng)生成NOx,所以稱為選擇性催化還原反應(yīng)。煙氣脫硝技術(shù)常用的催化劑為V2O5/TiO2,為了保證催化劑的活性,其最佳反應(yīng)溫度為300~420℃,所以SCR脫硝系統(tǒng)在火電廠中常布置在置于鍋爐之后的省煤器與空氣預(yù)熱器之間。煙氣脫硝技術(shù)SCR優(yōu)點(diǎn)脫硝效率較高,可達(dá)80%~90%,技術(shù)成熟。SCR缺點(diǎn)系統(tǒng)復(fù)雜,消耗催化劑,投資高。催化劑的成本約占SCR初投資的50%,且催化劑壽命一般只有2~3年,所以無論初投資還是運(yùn)行成本,催化劑所占的比重都非常大。不需要催化劑的SNCR自然成了人們的的另一選擇。煙氣脫硝技術(shù)2選擇性非催化還原法（SNCR）SNCR原理：SNCR脫硝技術(shù)是用NH3等還原劑噴入爐內(nèi),在沒有催化劑的情況下,在800~1250℃的溫度區(qū)域,該還原劑NH3與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2的技術(shù),在該反應(yīng)中,NH3具有選擇性,基本不與O2作用,所以稱為選擇性非催化還原技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)SNCR法對溫度的要求比較嚴(yán)格：800~1250℃溫度太高,氨的氧化反應(yīng)起主導(dǎo)作用,反而生成NOx,且造成氨的浪費(fèi)；溫度太低,則不能發(fā)生還原反應(yīng)或反應(yīng)不完全,造成氨殘留增加,引起大量氨泄露。還原劑注入位置：多部位由于鍋爐的負(fù)荷不同，最適宜溫度的位置在鍋爐中也有變化。因此只有在多個(gè)部位注入且各部位的注入量不同時(shí)，才能獲得最優(yōu)結(jié)果。煙氣脫硝技術(shù)SNCR優(yōu)點(diǎn)不需要使用催化劑,設(shè)備投資少,占地面積??；適合初始NOX排放濃度不高的新建鍋爐和改造鍋爐。SNCR缺點(diǎn)效率低,還原劑消耗量相對大,氨逃逸大,燃燒高硫煤時(shí)生成NH4HSO4較多等缺點(diǎn)。煙氣脫硝技術(shù)3混合SNCR-SCR煙氣脫硝技術(shù)SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝工藝結(jié)合了SCR高效