火电厂烟气脱硝技术概论

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1.4.5燃料分级——再燃

我国在元宝山发电厂600MW机组上完成直吹式制 粉系统的超细化煤粉再燃技术示范工程，脱硝效 率达到50%。 在宝钢发电厂350MW机组上完成 气体燃料作为再燃燃料的再燃技术示范工程。
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哈尔滨工业大学研究水平浓淡燃烧与垂直空气 分级燃烧相结合的低NOx燃烧技术，降低NOx 排放显著，尤其对于大型锅炉低NOx燃烧改造 具有较好的应用前景。
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几乎各大公司都有自己品牌的低NOx燃烧器。包括直 流和旋流，基本上都是根据空气分级浓淡燃烧降低 NOx排放机理来实现的，可降低NOx30%~60%。 浓淡燃烧的基本思想是将一次风分成浓淡两股气流， 浓煤粉气流是富燃料燃烧，挥发分析出速度加快，造 成挥发分析出区缺氧，使己形成的NOx还原为氮分子。 淡煤粉气流为贫燃料燃烧，会生成一部分燃料型NOx， 但是由于温度不高，所占份额不多。 浓淡两股气流均偏离各自的燃烧最佳化学当量比，既 确保了燃烧初期的高温还原性火焰不过早与二次风接 触，使火焰内的NOx还原反应得以充分进行，同时挥 发分的快速着火，使火焰温度能维持在较高的水平， 又防止了不必要的燃烧推迟，从而保证煤粉颗粒的燃 尽。 比较典型的低NOx燃烧器有三菱公司的PM燃烧器， CE公司的WR燃烧器，FW公司的旋风分离式燃烧器 等。

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1.4.1低氧燃烧


通过燃烧调整，减少氧气浓度，使燃烧过程在尽可能接近 理论空气量的条件下进行，一般可降低15%~20%的NOx 排放。 四角燃烧及墙式燃烧烟煤锅炉采用低氧燃烧技术，满负荷 时省煤器出口氧量由4%降为3%，NOx下降20%。 但是烟气中CO浓度和飞灰可燃物含量可能上升，燃烧经 济性下降。 此外，低氧浓度会使炉膛内的某些区域成为还原性气氛， 从而降低灰熔点引起炉壁结渣和腐蚀。 采用低氧燃烧技术需要运行经验，兼顾燃烧效率和NOx排 放两个因素，需综合考虑确定最佳氧量。
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1.4.2空气分级燃烧


通过送风方式的控制，降低燃烧中心的氧气浓 度，抑制主燃烧区NOx的形成，燃料完全燃烧 所需要的其余空气由燃烧中心区域之外的其它 部位引入，使燃料燃尽。 在主燃烧区，由于风量减少，形成了相对低温， 贫氧而富燃料的区域，燃烧速度低，且燃料中 的氮大部分分解为HCN、HN、CN、CH等， 使NOx分解，抑制NOx生成。
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1.4.4低NOx燃烧器

燃烧器是锅炉设备的重要组成部分，一方面它 对锅炉的可靠性和经济性起着决定性的作用， 另一方面，从NOx的生成机理来看，占NOx绝 大部分的燃料型NOx的生成是在煤粉着火阶段 完成的。因此，通过对燃烧器进行特殊设计， 改变燃烧器内的风煤比，尽可能的降低着火区 氧的浓度和温度，可抑制燃烧初期NOx的生成。




氮氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等，其中 NO和NO2所占比例最大，是重要的大气污染物。燃煤电站氮氧 化物（NOx）指NO和NO2 ； NO在大气中可以氧化生成NO2； NOx还参与光化学烟雾和酸雨的形成，光化学烟雾会使大气能见 度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激作用，并会产生头痛、呼 吸道疾病恶化，严重的会造成死亡；空气中允许的最高浓度 5mg/m3(以NO2计)； 研究表明，HNO3对酸雨的贡献呈增长之势，降水中NO3— /SO42—比值在全国范围内逐渐增加。
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1.2脱硝政策法规（续）
《火电厂氮氧化物防治技术政策》
2010年1月27日环保部发布(环发[2010]10号),包括总则、防治技术路线、低 氮燃烧技术、烟气脱硝技术、新技术开发、运行管理、监督管理等.



防治技术路线 2.1倡导合理使用燃料与污染控制技术相结合、燃烧控制技术 和烟气脱硝技术相结合的综合防治措施，以减少燃煤电厂氮氧化 物的排放。 2.2燃煤电厂氮氧化物控制技术的选择应因地制宜、因煤制宜 、因炉制宜，依据技术上成熟、经济上合理及便于操作来确定。 2.3低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。 当采用低氮燃烧技术后，氮氧化物排放浓度不达标或不满足总量 控制要求时，应建设烟气脱硝设施。
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1.5.2选择性非催化还原烟气脱硝技术

选择性非催化氧化还原法工艺，也被称为热力 DeNOx工艺，最初由美国的Exxon公司发明并 于1974年在日本成功投入工业应用。
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1.4.2空气分级燃烧 （续）



垂直分级常用的方法是将部分二次风移到燃烧器上部， 并拉开适当的距离，从而造成下部主燃烧区的过量空 气减少，提高煤粉浓度，使其处于缺氧燃烧状态，在 上部的二次风（OFA）的加入会进一步使燃料燃尽。 垂直空气分级可降低NOx30%。 水平空气分级，使部分二次风射流偏离炉膛，远离燃 烧中心，延迟煤与空气的混合，减少火焰中心氧量， 降低NOx生成，同时还可避免水冷壁附近形成还原性 气氛，减弱水冷壁的高温腐蚀。 空气分级减少了NOx的生成同时保证了锅炉的燃烧效 率，但是前提是必须合理设置分段风量的位置和分配 比例。如果风量分配不当，会增加锅炉的燃烧损失， 造成受热面结渣。
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1.4低NOx燃烧技术

煤燃烧过程中影响NOx生成的主要因素有：
（1）燃料、煤种特性，如煤的含氮量、挥发分含量、燃 料中固定碳/挥发分之比以及挥发分中含氢量与含氮量之 比； （2）锅炉燃烧温度、燃烧区域的温度峰值； （3）锅炉过量空气系数，影响反应区中氧、氮、一氧化 氮和烃根等的含量；可燃物在反应区中的停留时间。 （4）锅炉负荷，负荷增大，燃料量增大，燃烧温度增大， NOx生成量增加。
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1.2脱硝政策法规
《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）

2003年12月23日发布 2004年1月1日执行，规定不同时段的火电厂NOx最高允许 排放浓度按下表规定执行。 2003年2月28日《排污费征收 使用管理条例》由第369号国务院令发布，自2003年7月1日 起实施。氮氧化物排污费自2004年7月1日开始征收，标准 为0.63元/千克。
火电厂烟气脱硝技术
目录
第一章 概论 第二章 选择性催化还原脱硝原理与工艺 第三章 选择性催化还原脱硝系统与设备

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第一章 概论

1.1燃煤氮氧化物危害 1.2脱硝政策法规 1.3燃煤氮氧化物排放现状 1.4低NOx燃烧技术 1.5烟气脱硝技术
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1.1燃煤氮氧化物危害

NOx的危害
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NOx生成与还原途径
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1.4低NOx燃烧技术（续）
针对NOx形成机理和影响因素，与之对应的低NOx燃 烧技术原理为： 1．减少燃料周围的氧浓度。包括：降低炉内过剩空气 系数，以减少炉内空气总量；减少一次风量和减少挥 发分燃尽前燃料与二次风的掺混，以减少着火区氧浓 度，如空气分级，低NOx燃烧器。 2．在氧浓度较少的条件下，维持足够的停留时间，使 燃料中的氮不易生成NOx，而且使生成的NOx经过均 相或多相反应而被还原分解，如燃料分级（再燃）， 低NOx燃烧器。 3．在过剩空气的条件下，降低温度峰值，以减少热力 型NOx的生成，如采用降低热风温度和烟气再循环等。

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1.3燃煤电厂氮氧化物排放现状（续）




我国燃煤电站锅炉的排放范围为600~1200 mg/Nm3 （固态排渣煤粉炉）、850~1150 mg/Nm3（液态排 渣煤粉炉）。 对于300 MW四角切圆的燃烧炉，NOx排放量为 610~830 mg/Nm3； 而旋流器墙式布置的锅炉，一般增大25%左右。 燃用烟煤的300 MW机组切圆燃烧锅炉采用低NOx措 施后，其NOx排放量较少，能在允许的标准范围内。 但燃用贫煤时NOx排放量普遍超标，燃用烟煤的旋流 燃烧器墙式锅炉也往往超标，W火焰锅炉大多超标。18源自 1.4.3烟气再循环

空气预热器抽取部分烟气，直接送入炉膛或者与一、 二次风混合后通过燃烧器进入炉膛，减少炉膛氧浓度， 降低燃烧温度，从而降低NOx排放； 技术的关键是烟气再循环率的选择和燃料种类的变化。 燃气锅炉上可取得50%的NOx降低效率，对于燃煤锅 炉，FGR降低NOx的效率小于20%。 烟气再循环率越高，降低NOx的效果越明显，但是再 循环率受到再循环风机出力的限制，且影响火焰稳定， 煤粉燃尽等，通常再循环率控制在20-30%。
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1.5.1选择性催化还原烟气脱硝技术



选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，以NH3作为还原剂， “有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2。 和H2O。 原理首先由Engelhard 公司发现并于1957年申请专利，后来日 本在本国环保政策的驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的 V2O5/TiO2催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅 炉上成功投入商业运用。 SCR目前已成为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种 烟气脱硝技术。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著， 占地面积小，技术成熟，易于操作，可作为我国燃煤电厂控制 NOx污染的主要手段之一。同时SCR技术消耗NH3和催化剂， 也存在运行费用高、设备投资大的缺点。
1.3燃煤电厂氮氧化物排放现状
NOx生成途径主要有三种： ①“热力型”NOx（Thermal NOx），为燃烧用空气中 的N2在高温下氧化而产生的氮氧化物；低于1350℃几 乎不生成，1500 ℃少量生成，超过1500 ℃大量生成。 ②“快速型”NOx（Prompt NOx），为碳化氢燃料过浓 时燃烧产生的氮氧化物；锅炉燃烧生成量微不足道， 受压力影响较大。 ③“燃料型”NOx（Fuel NOx），为燃料中含有的氮的 化合物（如杂环氮化物）在燃烧过程中氧化而生成的 氮氧化物。 一般，当燃料中氮的含量超过0.1%时，所生成的NO 在烟气中的浓度将会超过260mg/Nm3，90%的NOx是 “燃料型”NOx，“燃料型”NOx是煤燃烧时产生 NOx的主要来源。