降低煙氣氮氧化物技術

1、降低煙氣氮氧化物技術一、 氮氧化物的介紹NOx對環(huán)境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質之一，也是形成大氣中光化學煙霧的重要物質和消耗O3的一個重要因子。根據國標GB 31573-2015標準規(guī)定了無機化學工業(yè)煙氣氮氧化物排放標準，其中鎳鐵等重金屬行業(yè)氮氧化物最高排放量為200mg/m3,地方可以制定嚴于國家標準的地方標準。廈門市地方排放標準（DB 35323-2011）其中氮氧化物排放量也是200mg/m3,目前尚不知寧德地區(qū)的標準.一般燃燒形成的氮氧化物主要來自兩個方面：一是燃燒所用空氣（助燃空氣）中氮的氧化，二是燃料中所含氮氧化物在燃燒過程中熱分解氧化，燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃

2、燒溫度，在600800時就會生成燃燒型NOx,它在煤粉燃燒的氮氧化物中占60%80%，其中揮發(fā)分燃燒又占燃燒型氮氧化物的一大部分，燃料揮發(fā)分增加NOx轉換量就增大，揮發(fā)分的NOx的轉化率又隨氧濃度的平方增加，火焰溫度越高NOx 的轉換量就越大。二、 選用洗選煤1、 煤炭洗選可脫除煤中50%80%的灰分、30%40%的全硫（或60%80%的無機硫），燃用洗選煤可有效減少煙塵、SO2和NOx的排放，入洗1億t動力煤一般可減排6070萬tSO2，去除矸石16Mt。2、 一些研究表明：工業(yè)鍋爐和窯爐燃用洗選煤，熱效率可提高3%8%； 表（1）我廠使用煙煤成分發(fā)熱量70007600（kca/kg）產地貴

3、州全水分0.5（%）灰分13（%）揮發(fā)分15（%）全硫0.5（%）CAS0.2用途工業(yè)鍋爐用煤發(fā)熱量70007200（kca/kg）產地貴州全水分0.5（%）灰分12（%）揮發(fā)分8（%）全硫0.5（%）CAS0.2用途工業(yè)用、電泳用、噴涂用、鍋爐用煤發(fā)熱量7000（kca/kg）產地貴州畢節(jié)全水分4（%）灰分12（%）揮發(fā)分6.5（%）全硫0.6（%）種類精煤用途發(fā)熱量68007200（kca/kg）產地貴州全水分0.5（%）灰分12（%）揮發(fā)分8（%）全硫0.5（%）CAS0.2用途 表（2）市場上幾種洗選煤成分由表（1）可以得知我廠使用煙煤揮發(fā)分平均含量為29.5%左右、灰分平均含量為15

4、.8%左右、平均含硫量0.7%。由表（2）可以得知市場上的洗選煤成分揮發(fā)分平均含量9.37%、灰分平均含量12%、平均含硫量0.52%。洗選煤的揮發(fā)分僅為煙煤的1/3 、灰分含量比煙煤低3.8%、全硫量比煙煤低0.18%。煤的揮發(fā)分就是煤中有機質的可揮發(fā)的熱分解產物。其中除含有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等氣體外，還有一些復雜的有機化合物。我們知道揮發(fā)分的燃燒占燃料型氮氧化物的大部分，而燃料型氮氧化物又是主要的氮氧化物來源，因此選用洗選煤對減少氮氧化物和硫化物有很大作用。同時通過比較表（1）表（2）可知洗選煤的熱值并不會比煙煤低，相反，而是比煙煤高很多。三、 改進燃燒技術：1. 選

5、用含氮量低的燃料：包括燃料脫氮轉變?yōu)榈偷剂?. 降低空氣過剩系數，組織過濃燃燒，來降低燃料周圍的氧濃度。3. 在過剩空氣少的情況下，降低溫度峰值以減少“熱反應NO”4. 在氧濃度低的情況下，增加可燃物在火焰前峰和反應區(qū)中停留時間。(一) 第一代低氮氧燃燒技術1. 低過?？諝膺M行這是一種優(yōu)化裝置燃燒、降低NOx生成量的簡單方法，它不需對燃燒裝置做結構改造、并有可能在降低NOx排放的同時,提高裝置運行的經濟性。圖（1）是NOx生成量與運行氧量關系的試驗結果。由圖可見,低過?？諝庀禂颠\行抑制NOx生成量的幅度與燃料種類、燃燒方式以及排渣方式有關。需要說明的是,電站鍋爐實際運行時的過?？諝庀禂挡荒茏?/p>

6、大幅度的調整。對于燃煤鍋爐而言,限制主要來自于過剩空氣系數低時會造成受熱面的粘污結渣和腐蝕、汽溫特性的變化以及因飛灰可燃物增加而造成經濟性下降。對于燃氣、燃油鍋爐而言主要限制在于CO濃度超標。 圖1過?？諝庀禂祵Ox的影響2. 降低助燃空氣預熱溫度降低助燃空氣預熱溫度可降低火焰區(qū)的溫度峰值,從而減少熱力型NOx的生成量。這一措施不宜用于燃煤、燃油鍋爐,對于燃氣鍋爐,則有降低NOx排放的明顯效果(圖2)。 圖2空氣預熱系統(tǒng)對燃氣鍋爐NOx生成量的影響3. 濃淡燃燒技術 這種方法是讓一部分燃料在空氣不足的條件下燃燒,即燃料過濃燃燒;另一部分燃料在空氣過剩的條件下燃燒,即燃料過淡燃燒。無論是過濃燃

7、燒還是過淡燃燒,其過剩空氣系都不等于1。前者<1,后者>1,故又稱為非化學當量燃燒或偏差燃燒。 濃淡燃燒時,燃料過濃部分因氧氣不足,燃燒溫度不高,所以,燃料型NOx和熱力型NOx都會減少。燃料過淡部分因空氣量過大,燃燒溫度低,熱力型NOx生成量也減少?？偟慕Y果是NOx生成量低于常規(guī)燃燒。這一方法可以用于燃燒器多層布置的電站鍋爐,在保持入爐總風量不變的條件下,調整各層燃燒器的燃料和空氣量分配,便能達到降低NOx排放的效果。4. 爐膛內煙氣再循環(huán) 把煙氣摻入助燃空氣,降低助燃空氣的氧濃度,是一種降低燃煤液態(tài)排渣爐,尤其是燃氣、燃油鍋爐NOx排放的方法,圖3給出的是這種方法的試驗結果。通

8、常的做法是從省煤器出口抽出煙氣,加入二次風或一次風中。加入二次風時,火焰中心不受影響,其唯一作用是降低火焰溫度,有利于減少熱力型NOx的生成。對固態(tài)排渣鍋爐而言,大約80%的NOx是由燃料氮生成的,這種方法的作用就非常有限。 圖3煙氣再循環(huán)技術對NOx生成量的影響(二) 第二代低氮氧燃燒技術1. 爐膛內整體空氣分級低氮氧直流燃燒技術這種燃燒器與傳統(tǒng)直流燃燒器不同的是在其頂部增設了一層或兩層所謂的燃盡風噴口(OFAOverfireair),一部分助燃空氣通過這些獨立的噴口送入爐膛。這樣燃燒器區(qū)處于過?？諝饬枯^低的工況下,抑制了NOx的生成。頂部投入的燃盡風用于保證燃料完全燃燒。這種燃燒器的技術關

9、鍵有三點：一是要合理確定燃盡風噴口與最上層煤粉噴口的距離。距離大,分級效果好,NOx下降幅度大,但飛灰可燃物會增加。合適的距離與爐膛結構、燃料種類有關。二是燃盡風量要恰當。風量大,分級效果好,但可能引起燃燒器區(qū)域因嚴重缺氧而出現受熱面結渣和高溫腐蝕。三是燃盡風要有足夠高的流速,以保證與煙氣的良好混合。2. 空氣分級低氮氧旋流燃燒技術這種燃燒器的特點是在其出口實現助燃空氣逐漸混入煤粉空氣射流,其難點是要準確地控制燃燒器區(qū)域燃料與助燃空氣的混合過程,以阻止燃料氮轉化為NOx的反應和熱力型NOx的生成同時又要保證較高的燃燒效率。其做法是通過合理的結構設計,控制燃燒器喉部燃料和空氣的動量以及射流的流動

10、方向。圖4可以說明空氣分級燃燒器的基本原理。燃料與空氣混合物(一次風)和二次風形成初始燃燒區(qū)(一次火焰)。由于二次風的旋流作用和燃燒器錐口的作用,形成一個內回流區(qū),加熱并使一次風著火。揮發(fā)分和含氮組分的大部分在此區(qū)中析出,但因處于氧和高CO、CmHn濃度之中,限制了含氮組分向NOx的轉換。 圖4 LNB的分級風四、 使用低氮燃燒器：1. 階段燃燒器，有空氣分階段和空氣燃料分階段燃燒，通過在燃燒器上合理的氣道布局使得燃料在出口先過濃燃燒產生還原氣氛抑制NOx形成，到火焰外圍與分級風低氧緩慢燃盡使燃料燃燒完全。2. 自身再循環(huán)燃燒器，使用燃燒的煙氣抽入燃燒器中作為燃燒空氣使用做到降低燃燒氧含量。3

11、. 濃淡型燃燒器，濃淡燃燒時燃料過濃部分因氧氣不足燃燒溫度不高所以燃料型NO和熱力型NO都會減少。燃料過淡部分因空氣量過大燃燒溫度低熱力型NO生成量也減少?？偟慕Y果是NO生成量低于常規(guī)燃燒。4. 分割火焰型燃燒器，在燒嘴頭部開設一個溝槽，可將火焰分割成細而長的小火焰，降低燃料在火焰高溫區(qū)的停留時間，減少NOx的生成。5. 混合促進型燃燒器，煙氣在高溫區(qū)停留時間是影響NOx生成量的主要因素之一，改善燃燒與空氣的混合，能夠使火焰面的厚度減薄，在燃燒負荷不變的情況下，煙氣在火焰面即高溫區(qū)內停留時間縮短，因而使NOx的生成量降低?；旌洗龠M型燃燒器就是按照這種原理設計的。6. 低NOx預燃室燃燒器，預燃

12、室一般由一次風（或二次風）和燃料噴射系統(tǒng)等組成，燃料和一次風快速混合，在預燃室內一次燃燒區(qū)形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料進行燃燒，燃料在貧氧和火焰溫度較低的一次火焰區(qū)內析出揮發(fā)分，因此減少了NOx的生成。五、 HP型燃燒器除氮效果我們廠所使用的燃燒器為合肥水泥研究設計院的HP強渦流型燃燒器，與老式燃燒器相比風量降低了近一半，NOx排放可減少30%以上。由于燃燒器的噴射效應，僅以46%的凈風就可以獲得足夠的燃燒推力，因此一次風量減少，加之煤粉燃燒充分，系統(tǒng)熱耗降低（最高可降150KJ/KG）(一) 四通道燃燒器的環(huán)保設計四通道除了保證火焰長度外，燃燒器還應保持火焰具有合適的氣體流場，以

13、降低焰峰溫度?；剞D窯內的燃燒過程是受擴散控制的，在燃燒著火溫度較高的燃料時，火焰的氣體流暢是非常重要的，也是降低NOx的保證。故要求設計上應設計上應充分考慮燃燒器出口部分的流場，可采用大速差及穩(wěn)燃腔的結構。對于揮發(fā)分低的煤和無煙煤，在回轉窯內燃燒時，著火點高，溫度低且最大熱量區(qū)靠后，可有效降低NOx生成。為使其揮發(fā)分快速揮發(fā)燃燒，增加燃燒溫度并加快碳粒燃燒，提高火焰溫度，縮短最大熱流距窯頭的位置，保證效率，必須有較強的旋流強度。所以，應增設可調旋流裝置，形成旋流風。故，在燃燒器設計時，中心空氣采用圓形噴口平行射流，最外層的軸向空氣采用環(huán)形射流或圓形噴口平行射流，這兩種射流均能產生氣流回流，因而

14、在火焰的中間形成一個內回流，在火焰外部也形成一個大的回流，這兩種回流有利于煤粉中揮發(fā)分均衡揮發(fā)，減緩峰值陡峭溫度，燃料在內部過濃燃燒，NOx生成量降低，外圍圈卷入外風形成燃盡區(qū)，火焰溫度低也降低了NOx生成，同時也穩(wěn)定了火焰。氮化物的生成量隨溫度增高而增加，在燃燒過程中，氧含量愈高，產生的NOx也愈高。采取措施，通過降低火焰的峰值溫度和促使燃燒在局部還原氣氛內進行，可實現降低NOx排放。(二) 四通道燃燒器效能（1）一次風比例低，僅為5%-7%，節(jié)能降耗顯著，與傳統(tǒng)燃燒器相比節(jié)煤10%以上。（2）噴頭部分采用耐高溫、抗高溫氧化的特殊耐熱鋼鑄件機加工制成，提高了頭部的抗高溫變形能力。（3）易磨損

15、部位，采用獨有的防磨技術處理，耐磨性能優(yōu)異，且易于更換。（4）火焰形狀規(guī)整適宜，活潑有力溫度高，窯內溫度分布合理。（5）熱力集中穩(wěn)定，卷吸二次風能力強，提高冷卻機熱效率。（6）火焰調節(jié)靈活，簡單方便，可調范圍大，可達1：10。（7）熱工制度合理，可提高臺時產量5%-10%，水泥熟料早期強度提高3-5MPa。（8）低NOx排放量，降幅達20%-30%。（9）使用壽命長，對煤質適應性強，可燒劣質煤、低揮發(fā)分煤、無煙煤和煙煤。（10）適用范圍廣，可用于各種窯型的回轉窯。六、 氮氧化物監(jiān)測可以在回轉窯尾端或者靜電除塵器尾端安裝氮氧化物監(jiān)測裝置來實時監(jiān)測生成氮氧化物含量以便對生產進行 圖6 固定式氮氧化

16、物監(jiān)測器調整氮氧化物監(jiān)測需要煙氣溫度低，煙塵小的環(huán)境使用，因此煙氣氮氧化物使用可以安裝靜電除塵后，尾排風機前。 圖7 帶報警的固定式氮氧化物監(jiān)測器七、 尾部脫硝技術 (一) SCR法原理簡介以滿足日趨嚴格的NOx排放標準，是目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術。SCR的發(fā)明權屬于美國，而日本率先于20世紀70年代實現其商業(yè)化應用，目前該技術在發(fā)達國家已經得到了比較廣泛的應用。日本有93%以上的廢氣脫硝采用SCR，運行裝置超過300套。德國于20世紀80年代引進該技術，并規(guī)定發(fā)電量50 MW以上的電廠都得配備SCR裝置。臺灣有100套以上的SCR裝置在運行，它沒有副產物，不形成二次污染，裝置結構

17、簡單，并且脫除效率高（可達90%以上），運行可靠，便于維護等優(yōu)點。SCR 技術原理為：在催化劑作用下，向溫度約280420 的煙氣中噴入氨，將NOX還原成N2和H2O。 其主要反應如下： 4NO+4NH3+O24N2+6H2O 6NO+4NH35N2+6H2O 6NO2+8NH37NO2+12H2O 2NO2+4NH3+O23N2+6H2O如下圖8反應示意圖圖（8） 煙氣脫硝技術反應原理(二) 工藝流程SCR裝置的工藝流程如圖（9）、圖（10）所示，主要由氨氣供應儲存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、煙氣均布裝置、SCR反應器、吹灰器和煙氣檔板等組成。液氨由槽車運送到液氨儲罐，液氨儲槽輸出的液氨在蒸發(fā)器內蒸發(fā)為

18、氨氣，并將氨氣加熱到常溫后，送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經調壓閥減壓后，通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙氣中與煙氣混合，再經靜態(tài)混合器充分混合后進入催化反應器。當達到反應溫度且與氨氣充分混合的煙氣流經SCR反應器的催化層時，氨氣與NOx發(fā)生催化氧化還原反應，將NOx還原為無害的N2和H2O。 圖（9） 脫硝原理圖 圖（10）脫硝流程圖NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑(如V2O5-TiO2)的反應器，NOx與NH3在其中發(fā)生還原反應，生成N2和H2O。反應器中的催化劑分上下多層(一般為34層)有序放置。該方法存在以下問題：催化劑的時效和煙氣中殘留的氨。為了增加催化劑的活性，應在SC

19、R前加高校除塵器。殘留的氨與SO2反應生成(NH4)2SO4, NH4HSO4 很容易對空氣預熱器進行粘污，對空氣預熱器影響很大。在布置SCR的位置是我們應多反面考慮該問題。 圖（11）SCR工藝反應器示意圖(三) 催化劑介紹 催化劑是SCR技術的核心，其形狀一般為板式或蜂窩式。由于蜂窩式催化劑優(yōu)良的耐久性、耐腐性、高可靠性，高反復利用率、低壓降，故使用的較廣泛。常用的催化劑主要成分為V2O5/TiO2。蜂窩式催化劑的斷面尺寸一般為：150 mm×150 mm；長度400 mm1000 mm。 圖（12）SCR催化劑SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命又取決

20、于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活分為物理失活和化學失活。典型的SCR催化劑化學失活主要是堿金屬（如Na、K、Ca等）和重金屬（如As、Pt、Pb等）引起的催化劑中毒。堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面，金屬氧化物（如MgO、KaO等）中和催化劑表面的SO3生成硫化物而造成催化劑中毒。砷中毒是廢氣中的三氧化二砷與催化劑結合引起的。催化劑物理失活主要是指高溫燒結、磨損和固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞。SCR系統(tǒng)所出現的磨損和堵塞可以通過反應器的優(yōu)化設計（設置自動的導流葉片裝置，倒轉氨的噴射方向使之與流動方向相反）加以緩解。如果廢氣中有粉塵，為了保證催化劑表面的潔凈，在反應器中安裝吹灰器是很有必要的。如果廢氣中含有能使催化劑中毒的固體顆粒物，則廢氣需進行預處理，比如采用靜電除塵、加入脫砷劑等，去除催化劑毒物級固體顆粒物，避免催化劑中毒。不同的催化劑具有不同的適用溫度范圍。當反應溫度低于催化劑的適用溫度范圍下限時，在催化劑上會發(fā)生副反應， NH3與SO3和H2O反應生成（NH4）2SO4或NH4HSO4