電站鍋爐_第五章

1、第五章第五章 燃燒污染控制及新型燃燒技術(shù)燃燒污染控制及新型燃燒技術(shù)煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染 循環(huán)床循環(huán)床N2O的生成機理與控制技術(shù)的生成機理與控制技術(shù) 氮氧化物（氮氧化物（NOx）的生成機理和控制技術(shù)）的生成機理和控制技術(shù) 二氧化硫（二氧化硫（SO2）的生成機理和控制技術(shù)）的生成機理和控制技術(shù) 重金屬（汞）的排放與控制重金屬（汞）的排放與控制 顆粒物的形成及除塵技術(shù)顆粒物的形成及除塵技術(shù) CO2減排技術(shù)減排技術(shù) 新型燃燒技術(shù)新型燃燒技術(shù) 鍋爐原理鍋爐原理 課件課件第一節(jié)第一節(jié) 煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染 我國是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源

2、的國家，煤炭產(chǎn)量一直居世界第一位。我國煤炭中平均含硫量較高，煤炭燃燒每年產(chǎn)生大量的二氧化硫和氮氧化物。我國污染排放強度高，2004年我國單位GDP排放SO2分別是日本、德國、美國的60倍、26倍、8倍，單位GDP排放NOX分別是日本、德國、美國的27倍、16倍和6倍。全國煙塵排放量的70、SO2排放量的90、NOX排放量的67、CO2排放量的70都來自燃煤，是大氣環(huán)境污染的主要原因。 燃煤污染物包括顆粒物質(zhì)和各種各樣的懸浮物等，如煙氣中的煙黑、飛灰、重金屬蒸汽、硫氧化物（SO2和SO3）、未完全燃燒的碳?xì)浠衔?、氮氧化合物（NO和NO2）、溫室氣體N2O和CO2等。 2009年，我國二氧化硫排

3、放量為2214.4萬噸，煙塵排放量為847.2萬噸，工業(yè)粉塵排放量為523.6萬噸，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染煤粉燃燒排放物對環(huán)境的污染 污染物造成的影響污染物造成的影響 l 含碳顆粒物、硫酸鹽、硝酸鹽、有機化合物及二氧化氮的存在，改變含碳顆粒物、硫酸鹽、硝酸鹽、有機化合物及二氧化氮的存在，改變了空氣的性質(zhì)，使空氣中的能見度降低。了空氣的性質(zhì)，使空氣中的能見度降低。l 高濃度的高濃度的SOSO2 2形成了硫酸小液滴，成為凝結(jié)的核心，這將導(dǎo)致霧的形成、形成了硫酸小液滴，成為凝結(jié)的核心，這將導(dǎo)致霧的形成、降雨量的增加、光線輻射的減少、以及改變氣溫和風(fēng)力分布。降雨量的增加、光線

4、輻射的減少、以及改變氣溫和風(fēng)力分布。l 溫室氣體產(chǎn)生溫室氣體效應(yīng)，從而改變?nèi)虻臍夂?，并影響湖泊和土溫室氣體產(chǎn)生溫室氣體效應(yīng)，從而改變?nèi)虻臍夂?，并影響湖泊和土壤。壤。l 植物被植物被SOSO2 2的毒素、硝酸鹽、的毒素、硝酸鹽、C C2 2H H4 4等污染和破壞。這些毒素毀壞葉綠素，等污染和破壞。這些毒素毀壞葉綠素，破壞植物的光合作用。破壞植物的光合作用。l 顆粒物質(zhì)會弄臟衣物、房屋和其它建筑物，破壞了環(huán)境的美麗，并且顆粒物質(zhì)會弄臟衣物、房屋和其它建筑物，破壞了環(huán)境的美麗，并且增加清理環(huán)境污染的費用。增加清理環(huán)境污染的費用。l 一些酸性堿性顆粒，尤其是那些含有硫元素的顆粒，能腐蝕漆料、建一

5、些酸性堿性顆粒，尤其是那些含有硫元素的顆粒，能腐蝕漆料、建筑物的磚石、電線、紡織品等，而臭氧能嚴(yán)重破壞橡膠。筑物的磚石、電線、紡織品等，而臭氧能嚴(yán)重破壞橡膠。l 大氣污染能加大呼吸道疾病的發(fā)病率。在倫敦（大氣污染能加大呼吸道疾病的發(fā)病率。在倫敦（19521952年）、紐約年）、紐約（19661966年）都曾發(fā)生過令人震驚的空氣污染事件，造成大量傷亡和極壞影年）都曾發(fā)生過令人震驚的空氣污染事件，造成大量傷亡和極壞影響。這些事件都是由于空氣中同時含有高濃度的響。這些事件都是由于空氣中同時含有高濃度的SOSO2 2和顆粒物質(zhì)造成的。和顆粒物質(zhì)造成的。l 光化學(xué)煙霧里的一些污染物能夠引起眼的疾病，例如

6、臭氧、有機氮合光化學(xué)煙霧里的一些污染物能夠引起眼的疾病，例如臭氧、有機氮合物、烴化物等。光化學(xué)煙霧最初是由氮氧化合物和各種烴化物之間的反應(yīng)物、烴化物等。光化學(xué)煙霧最初是由氮氧化合物和各種烴化物之間的反應(yīng)造成的。造成的。l 含氮的碳基顆粒可能包含致癌物質(zhì)。一氧化碳對健康也有明顯的危害。含氮的碳基顆?？赡馨掳┪镔|(zhì)。一氧化碳對健康也有明顯的危害。l 燃煤鍋爐等工業(yè)設(shè)備將燃煤鍋爐等工業(yè)設(shè)備將NONOX X排放入大氣同溫層，能夠加速同溫層臭氧層排放入大氣同溫層，能夠加速同溫層臭氧層的破壞，同溫層臭氧的破壞會引起更多有害的紫外線穿透入地球表面。的破壞，同溫層臭氧的破壞會引起更多有害的紫外線穿透入地球表

7、面。污染物造成的影響污染物造成的影響 2009年全國降水pH年均值等值線圖 污染物造成的影響污染物造成的影響 第二節(jié)第二節(jié) SOSO2 2的生成機理和控制技的生成機理和控制技術(shù)術(shù) 燃煤煙氣中的二氧化硫是我國目前最主要的二氧化硫污染源，對大氣二氧化硫的防治仍以煙氣脫硫的方法為主。我國的煙氣脫硫事業(yè)具有巨大的市場前景，但是任務(wù)相當(dāng)艱巨。根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委和電力部門制定的計劃，在我國實施目前最成熟的石灰石石膏煙氣脫硫技術(shù)，并在自主消化吸收基礎(chǔ)上掌握其設(shè)計、制造和維護，投資按500元/KW計。需安裝脫硫裝置的火電機組按2.5億KW計，總計投資需要1250億元。另外，電廠配備煙氣脫硫裝置后，其發(fā)電成本將明顯

8、增加。保守按1KWh增加2.5分錢測算，2.5億KW發(fā)電機組年平均按5000小時的運行時間計算，煙氣脫硫增加的電價成本在我國將超過300億元/年。 高效化、資源化、綜合化、經(jīng)濟化是我國煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展的重要方向。通過燃煤煙氣污染控制工藝和裝置的“高效化”以減少設(shè)備投資和原材料費用；通過污染控制過程中的產(chǎn)物的“資源化”以減少二次污染，同時用副產(chǎn)品的收益沖抵部分污染控制費用；通過變對現(xiàn)有各種污染物分別進行單一的處理為“綜合化”的脫硫、脫硝、脫碳、除塵的系統(tǒng)優(yōu)化的處理，也將使燃煤煙氣污染控制裝置的建造和運行費用大為降低。通過“高效化”、“資源化”、“綜合化”將可能最終實現(xiàn)煙氣脫硫低成本的“經(jīng)濟化

9、”目標(biāo)。SOSO2 2的生成機理和控制技術(shù)的生成機理和控制技術(shù) 燃煤煙氣中燃煤煙氣中SOSO2 2的生成機理的生成機理 煤中的可燃硫有兩種，即有機硫和無機硫。有機硫構(gòu)成煤分子的一部分，在煤中均勻分布。無機硫的主要成分是FeS2(黃鐵礦)，顆粒尺寸小，它在煤中通常呈獨立相彌散分布。據(jù)統(tǒng)計分析，低硫煤中主要是有機硫，約為無機硫的8倍；高硫煤中主要是無機硫，約為有機硫的3倍。 煤在燃燒過程中，其中的硫化物受熱分解，硫與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成SO2，隨煙氣排入大氣中，造成環(huán)境的污染。我國燃煤煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀我國燃煤煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀 我國于20世紀(jì)70年代開始煙氣凈化研究，但仍停留在小試或中試階段，工業(yè)化

10、運行裝置極少，還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的完全國產(chǎn)化的脫硫控制技術(shù)。 90年代后，我國先后引進各種類型的FGD技術(shù)，到1999年底，有10套引進的FGD示范I工程投入運行，結(jié)合大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實施， SO2排放增長趨勢基本得到控制。 目前的形式并不容樂觀，我國62%的城市環(huán)境空氣SO2平均濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)、日平均濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)；從進入市場的國產(chǎn)煙氣脫硫設(shè)備的運行情況看，未使用當(dāng)擺設(shè)者約占15%；設(shè)備運行不正?；驇Р∵\行者約占42%；設(shè)備效果差或無效果者約占38%；設(shè)備穩(wěn)定運行者僅有5%左右。雖然引進示范工程設(shè)備先進、運行穩(wěn)定，但其投資和運行費用昂貴

11、，以我國目前的經(jīng)濟實力根本無法推廣應(yīng)用。因此，加快步伐，堅持自主開發(fā)，研究出適合我國國情的工藝和設(shè)備裝置是解決我國燃煤污染的根本途徑。常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點1 1濕法石灰石石膏脫硫工藝濕法石灰石石膏脫硫工藝 在位于靜電或布袋除塵器煙氣下游的吸收塔中，石灰或石灰石漿液與煙在位于靜電或布袋除塵器煙氣下游的吸收塔中，石灰或石灰石漿液與煙氣接觸。漿液連續(xù)從吸收塔底部流至其頂部再循環(huán)，氣接觸。漿液連續(xù)從吸收塔底部流至其頂部再循環(huán)，SOSO2 2被吸收生成亞硫酸被吸收生成亞硫酸鈣。進一步把空氣注入漿液，亞硫酸鈣轉(zhuǎn)變成硫酸鈣。硫酸鈣從漿液中取鈣。進一步把空氣注入漿液，亞硫酸鈣轉(zhuǎn)變成

12、硫酸鈣。硫酸鈣從漿液中取出即為石膏。這種石膏通?；厥兆鳛橛袃r值的副產(chǎn)品，可售給化學(xué)或建筑出即為石膏。這種石膏通常回收作為有價值的副產(chǎn)品，可售給化學(xué)或建筑工業(yè)?；瘜W(xué)過程如下：工業(yè)?；瘜W(xué)過程如下：在水中，氣相在水中，氣相SOSO2 2被吸收生成硫酸：被吸收生成硫酸： 產(chǎn)生的產(chǎn)生的H H+ +促進了促進了CaCOCaCO3 3的溶解，生成一定濃度的的溶解，生成一定濃度的CaCa2+2+：CaCa2+2+與與SOSO3 32-2-或者或者HSOHSO3 3- -結(jié)合，生成結(jié)合，生成CaSOCaSO3 3和和Ca(HSOCa(HSO3 3) )2 2： 反應(yīng)過程中，一部分反應(yīng)過程中，一部分SOSO3 3

13、2-2-和和HSOHSO3 3- -被氧化成被氧化成SOSO4 42-2-和和HSOHSO4 4- - 通入空氣將最后吸收液中存在的大量通入空氣將最后吸收液中存在的大量SO32-和和HSO3-強制氧化為強制氧化為SO42- ，生成石膏結(jié)晶生成石膏結(jié)晶: :)()(22lSOgSO223( )SO lH OHHSO233SOHHSO3232CaSOSOCa2332)(2HSOCaHSOCa2422321SOOSO42321HSOOHSOOHCaSOOHSOCa24224222常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點2 2爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫 該系統(tǒng)用石灰石等堿

14、性鈣質(zhì)吸收劑，直接向鍋爐爐膛內(nèi)煙氣溫度約為該系統(tǒng)用石灰石等堿性鈣質(zhì)吸收劑，直接向鍋爐爐膛內(nèi)煙氣溫度約為11461146的高溫區(qū)噴入，經(jīng)煅燒后生成有著極高反應(yīng)接觸面的許多的高溫區(qū)噴入，經(jīng)煅燒后生成有著極高反應(yīng)接觸面的許多CaOCaO細(xì)小細(xì)小顆粒，在高速煙氣流的帶動下這些顆粒進入較低溫度區(qū)。在較低溫度區(qū)顆粒，在高速煙氣流的帶動下這些顆粒進入較低溫度區(qū)。在較低溫度區(qū)(700-1000)(700-1000)內(nèi)內(nèi)CaOCaO顆粒不再結(jié)晶，在富氧狀態(tài)下顆粒不再結(jié)晶，在富氧狀態(tài)下CaOCaO吸收煙氣中的吸收煙氣中的SOSO2 2。其化學(xué)反應(yīng)式如下其化學(xué)反應(yīng)式如下: : CaCO3CaO+CO2 CaO+SO

15、2+1/2O2CaSO4常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點3 3鈉堿法鈉堿法 鈉堿法是采用碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)來吸收煙氣中的二氧化硫鈉堿法是采用碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)來吸收煙氣中的二氧化硫. .使用碳酸鈉作為吸收劑使用碳酸鈉作為吸收劑: :使用氫氧化鈉作為吸收劑使用氫氧化鈉作為吸收劑: : 亞硫酸鈉吸收二氧化硫的反應(yīng)是主要的反應(yīng)，溶液中的亞硫酸氫鈉不具亞硫酸鈉吸收二氧化硫的反應(yīng)是主要的反應(yīng)，溶液中的亞硫酸氫鈉不具備吸收二氧化硫的能力，所以當(dāng)備吸收二氧化硫的能力，所以當(dāng)S/CS/C為為0.90.9，即吸收液中亞硫酸氫鈉含量達到，即吸收液中亞硫酸氫鈉含量達到一定值時，吸收液

16、要進行解吸。一定值時，吸收液要進行解吸。分解溫度分解溫度100100左右，解吸反應(yīng)：左右，解吸反應(yīng)： 通過解吸，高純度的二氧化硫得到回收利用。此法中鈉堿吸收劑吸收能通過解吸，高純度的二氧化硫得到回收利用。此法中鈉堿吸收劑吸收能力大，吸收劑用量小，吸收效率高，但是與氨堿和鈣堿相比，鈉堿成本比較力大，吸收劑用量小，吸收效率高，但是與氨堿和鈣堿相比，鈉堿成本比較高。高。 322322NaHSOOHSOSONaOHSONaSONaOH23222OHSOSONaNaHSO22323222322322COOHSONaSONaHCO322322NaHSOOHSOSONa323223222SONaNaHCOO

17、HSOCONa常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點4 4半干法循環(huán)流化床脫硫半干法循環(huán)流化床脫硫 這是較新而且發(fā)展較快的脫硫技術(shù)。該脫硫系統(tǒng)主要由吸收反應(yīng)器、旋這是較新而且發(fā)展較快的脫硫技術(shù)。該脫硫系統(tǒng)主要由吸收反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、石灰漿制備系統(tǒng)和除塵器這幾部分構(gòu)成。風(fēng)分離器、石灰漿制備系統(tǒng)和除塵器這幾部分構(gòu)成。 煙氣在離開鍋爐尾部空氣預(yù)熱器后從反應(yīng)器底部進入反應(yīng)器。在反應(yīng)器煙氣在離開鍋爐尾部空氣預(yù)熱器后從反應(yīng)器底部進入反應(yīng)器。在反應(yīng)器底部，煙氣與表面附著有石灰漿的循環(huán)固體顆粒懸浮床接觸。新鮮石灰漿底部，煙氣與表面附著有石灰漿的循環(huán)固體顆粒懸浮床接觸。新鮮石灰漿通過布置在反應(yīng)器中央

18、的單個兩相流噴嘴進入反應(yīng)器，石灰漿由壓縮空氣通過布置在反應(yīng)器中央的單個兩相流噴嘴進入反應(yīng)器，石灰漿由壓縮空氣進行霧化。煙氣所攜帶的熱量導(dǎo)致石灰漿水分的蒸發(fā)，與此同時，煙氣中進行霧化。煙氣所攜帶的熱量導(dǎo)致石灰漿水分的蒸發(fā)，與此同時，煙氣中的的SOSO2 2與石灰的吸收反應(yīng)也在進行著。石灰漿液滴與干態(tài)固體顆粒發(fā)生碰撞與石灰的吸收反應(yīng)也在進行著。石灰漿液滴與干態(tài)固體顆粒發(fā)生碰撞并附著在其表面，避免了由于漿液碰到反應(yīng)器壁面而引起的固體顆粒的聚并附著在其表面，避免了由于漿液碰到反應(yīng)器壁面而引起的固體顆粒的聚積，循環(huán)固體顆粒對反應(yīng)器壁面的沖刷作用進一步減少了壁面的結(jié)垢。反積，循環(huán)固體顆粒對反應(yīng)器壁面的沖刷

19、作用進一步減少了壁面的結(jié)垢。反應(yīng)器內(nèi)向上流動的煙氣流使固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，湍動強化了應(yīng)器內(nèi)向上流動的煙氣流使固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，湍動強化了氣液間的接觸，使氣液間的接觸，使SOSO2 2被附著在固體顆粒表面的石灰漿薄層吸收。凈化后的被附著在固體顆粒表面的石灰漿薄層吸收。凈化后的煙氣和懸浮狀固體反應(yīng)物顆粒在反應(yīng)器內(nèi)向上流動直至旋風(fēng)分離器，在旋煙氣和懸浮狀固體反應(yīng)物顆粒在反應(yīng)器內(nèi)向上流動直至旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器內(nèi)，大多數(shù)的固體顆粒，包括鈣鹽、飛灰及尚未反應(yīng)的石灰進一風(fēng)分離器內(nèi)，大多數(shù)的固體顆粒，包括鈣鹽、飛灰及尚未反應(yīng)的石灰進一步吸收煙氣中的步吸收煙氣中的SOSO2 2，使石

20、灰耗量降到最低。剩余的約，使石灰耗量降到最低。剩余的約1%1%的固體顆粒隨煙氣的固體顆粒隨煙氣一并離開旋風(fēng)分離器，之后，進入除塵器進行最后除塵，除塵器可以是靜一并離開旋風(fēng)分離器，之后，進入除塵器進行最后除塵，除塵器可以是靜電除塵器或布袋除塵器，除塵后凈煙氣被排入大氣。電除塵器或布袋除塵器，除塵后凈煙氣被排入大氣。 此工藝可用于燃高硫煤的電廠，脫硫率可高達此工藝可用于燃高硫煤的電廠，脫硫率可高達98%98%。常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點常見煙氣脫硫技術(shù)及其特點5 5海水脫硫法海水脫硫法 天然海水含有大量的可溶鹽，主要成分是氯化物和硫酸鹽，也含有一定天然海水含有大量的可溶鹽，主要成分是氯化物和硫酸鹽，

21、也含有一定量的碳酸鹽，因其含有碳酸氫鈉和碳酸氫鎂，使其量的碳酸鹽，因其含有碳酸氫鈉和碳酸氫鎂，使其pHpH值達值達7.5-8.57.5-8.5呈堿性，呈堿性，海水與二氧化硫反應(yīng)最終生成硫酸鹽。海水與二氧化硫反應(yīng)最終生成硫酸鹽。海水海水FGDFGD主要的化學(xué)反應(yīng)為：主要的化學(xué)反應(yīng)為： 煙氣海水脫硫技術(shù)利用天然海水，無需加任何添加劑，也不產(chǎn)生任何附煙氣海水脫硫技術(shù)利用天然海水，無需加任何添加劑，也不產(chǎn)生任何附加產(chǎn)品，具有工藝簡單、技術(shù)成熟、系統(tǒng)運行可靠、脫硫效率高、維護費加產(chǎn)品，具有工藝簡單、技術(shù)成熟、系統(tǒng)運行可靠、脫硫效率高、維護費用低等特點。用低等特點。6 6CuO/A1CuO/A12 2O

22、O3 3煙氣干法脫硫技術(shù)煙氣干法脫硫技術(shù) CuO/AlCuO/Al2 2O O3 3是一種負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑，可以同時脫除是一種負(fù)載型過渡金屬氧化物催化劑，可以同時脫除SOSO2 2和和NONOX X。新鮮的和硫酸鹽化的催化劑的最佳脫硝溫度為新鮮的和硫酸鹽化的催化劑的最佳脫硝溫度為400400左右，其中硫化催化劑左右，其中硫化催化劑的脫硝效率比新鮮催化劑的高。的脫硝效率比新鮮催化劑的高。SOSO2 2與與CuOCuO和和AlAl2 2O O3 3反應(yīng)形成硫酸銅和硫酸鋁，反應(yīng)形成硫酸銅和硫酸鋁，NONOX X在催化劑作用下與注入的氨發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)在催化劑作用下與注入的氨發(fā)生選擇性

23、催化還原反應(yīng)(SCR)(SCR)，被還原為，被還原為N2N2和水，從而達到同時脫除和水，從而達到同時脫除SOSO2 2和和NONOX X的目的。硫化的催化劑通過注入還原的目的。硫化的催化劑通過注入還原性氣體，如性氣體，如H H2 2，CHCH4 4，COCO等。在與硫酸鹽化過程相同的溫度下把等。在與硫酸鹽化過程相同的溫度下把CuSOCuSO4 4還原為還原為單質(zhì)銅，把硫酸鋁還原為穩(wěn)定的單質(zhì)銅，把硫酸鋁還原為穩(wěn)定的AlAl2 2O O3 3。還原后的催化劑在下一個硫酸鹽化。還原后的催化劑在下一個硫酸鹽化過程中被煙氣中的氧氣迅速氧化，從而達到催化劑的再生。過程中被煙氣中的氧氣迅速氧化，從而達到催化

24、劑的再生。22243222221COOHSOHCOOSO第三節(jié)第三節(jié) NOxNOx的生成機理和控制技術(shù)的生成機理和控制技術(shù) 煤燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是NO和NO2。此外，尤其是在流化床燃燒中，由于燃燒溫度較低，還會產(chǎn)生一定量的N2O。在通常的燃燒溫度下，煤燃燒生成的NOx中，NO占90%以上，NO2占5%-10%，而N2O只占1%左右。 由于氮的鍵能不同，以及燃燒過程中與氮進行反應(yīng)的介質(zhì)成分不同，煤燃燒過程中NOx的生成主要有三種不同的機理： 熱力型NOx，它是燃燒過程中空氣里的N2在高溫下氧化而生成的氮氧化物，它占生成氮氧化物總量的20%-50%。 快速型NOx，它是燃料中的碳?xì)浠衔?/p>

25、與空氣中的N2反應(yīng)生成的氮氧化物，在實際燃燒裝置中，快速NOx的量很少，就煤粉爐而言，小于5%。 燃料型NOx，它是燃料中的含氮化合物在燃燒過程中氧化生成的氮氧化物，它占生成氮氧化物總量的60%-80%。熱力型熱力型NOxNOx生成機理生成機理 在高溫火焰中，空氣中的氧分子裂解成氧原子，并與空氣中的氮分子在高溫火焰中，空氣中的氧分子裂解成氧原子，并與空氣中的氮分子反應(yīng)生成反應(yīng)生成NONO和和N N，而，而N N又與又與O O2 2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NONO和和O O。這部分。這部分O O又可與空氣中的又可與空氣中的N N2 2重復(fù)重復(fù)作用生成作用生成NONO和和N N。上述這組不分支的連鎖反應(yīng)機

26、理即為熱力型。上述這組不分支的連鎖反應(yīng)機理即為熱力型NOxNOx的生成機的生成機理，稱為捷里多維奇理，稱為捷里多維奇(Zeldovich)(Zeldovich)機理。機理。 22OMOM2NONO2ONNOONOHNOH (E1=314kJ/mol, E-1=0)上述反應(yīng)中，當(dāng)上述反應(yīng)中，當(dāng)O O2 2不足時不足時( (富燃料火焰富燃料火焰) )，還有以下反應(yīng)發(fā)生：，還有以下反應(yīng)發(fā)生： (E229kJ/mol，E-2165kJ/mol）熱力型熱力型NOxNOx生成機理生成機理 影響熱力型NOx生成的主要因素是溫度、氧濃度以及在高溫區(qū)的停留時間。隨溫度、氧濃度以及在高溫區(qū)的停留時間的增加，熱力型

27、NOx的濃度增加。 溫度對熱力型NOx生成速率的影響最大，熱力型NOx的生成速率與溫度幾乎呈指數(shù)關(guān)系。在溫度小于1500時，熱力型NOx的生成量很小；只有當(dāng)溫度高于1500以上時，NOx的生成量才逐漸增大。當(dāng)燃燒溫度高于1500時，溫度每增加100，熱力型NOx生成反應(yīng)速度將增加6-7倍。在高溫區(qū)停留時間較短時，熱力型NOx隨停留時間的增加而增加，但超過一定時間后，熱力型NOx不再受停留時間的影響。 因此，要控制熱力型NOx的生成，就需要降低燃燒溫度，避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)；縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間；降低煙氣中氧濃度和使燃燒在偏離理論空氣量的條件下進行?？焖傩涂焖傩?NOxNOx生成機理生成機理

28、快速型NOx的生成途徑 快速型NOx是由燃燒空氣中的N2經(jīng)氧化而生成的NOx。從NOx中氮的來源看，它類似熱力型NOx，但其反應(yīng)機理和熱力型NOx很不相同?？焖貼Ox只有在燃燒時碳?xì)浠衔顲Hi類基團較多，氧氣濃度相對較低的富燃料燃燒情況時才發(fā)生。因此在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在5%以下?？焖傩蚇Ox對溫度的依賴性很弱，一般情況下，對不含氮的碳?xì)淙剂显谳^低溫度燃燒時，才考慮快速型NOx。降低快速型NOx，只要保持足夠的氧量供應(yīng)，就能阻止燃燒過程中分解生成的CH、CH2和C2等中間產(chǎn)物與空氣中的N2的反應(yīng)，以減少HCN和NHi等的生成，從而便可降低快速型NOx。燃料型燃料型 NOxNOx生

29、成機理生成機理 燃料型NOx是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成NOx。煤燃燒時約75%90%的NOx是燃料型NOx。因此，燃料型NOx是煤燃燒時產(chǎn)生的NOx的主要來源。燃料型NOx的生成機理非常復(fù)雜，其生成和破壞機理至今仍不是完全清楚。這是因為燃料型NOx的生成和破壞過程不僅和煤種特性、煤的結(jié)構(gòu)、燃料中的氮受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比例、成分和分布有關(guān)，而且大量的反應(yīng)過程還和燃燒條件如溫度和氧及各種成分的濃度等密切相關(guān)。一般當(dāng)揮發(fā)分析出量占煤質(zhì)量的10%15%時，燃料中的氮有機化合物首先熱分解成氰化氫(HCN)、氨(NH3)和CN 等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)分一起從燃料中

30、析出，稱之為揮發(fā)分N。揮發(fā)分N析出后殘留在焦炭中的氮化合物，稱之為焦炭N。煤燃燒時由揮發(fā)分生成的NOx占燃料型NOx的60%80%，由焦炭N所生成的NOx占到20%40%。 控制燃料型NOx的生成量的主要措施就是減少過量空氣系數(shù)、改善燃燒方式、改變鍋爐運行條件、在NOx的生成階段采用富燃料燃燒來降低燃料型NOx的生成。NOxNOx控制技術(shù)控制技術(shù) 針對煤燃燒過程中針對煤燃燒過程中NOxNOx形成和轉(zhuǎn)化機理的不同，國內(nèi)外發(fā)展了許多形成和轉(zhuǎn)化機理的不同，國內(nèi)外發(fā)展了許多控制煤燃燒過程中控制煤燃燒過程中NOxNOx排放的技術(shù)措施。目前主要可分為兩大類：一類排放的技術(shù)措施。目前主要可分為兩大類：一類是

31、通過改變?nèi)剂系娜紵龡l件，從而控制燃燒過程中是通過改變?nèi)剂系娜紵龡l件，從而控制燃燒過程中NOxNOx的生成，即低的生成，即低NOxNOx燃燒技術(shù)；另一類是對燃燒后生成的燃燒技術(shù)；另一類是對燃燒后生成的NOxNOx進行處理，即煙氣脫硝技進行處理，即煙氣脫硝技術(shù)術(shù)。1 1低低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù) 低低NOxNOx燃燒技術(shù)是指通過改變?nèi)紵龡l件，控制燃燒區(qū)的溫度和空氣燃燒技術(shù)是指通過改變?nèi)紵龡l件，控制燃燒區(qū)的溫度和空氣量，以達到阻止量，以達到阻止NOxNOx生成及降低其排放的目的。在各種降低生成及降低其排放的目的。在各種降低NOxNOx排放的排放的技術(shù)中，低技術(shù)中，低NOxNOx燃燒技術(shù)是采用最

32、廣、相對簡單和經(jīng)濟的方法在鍋爐設(shè)燃燒技術(shù)是采用最廣、相對簡單和經(jīng)濟的方法在鍋爐設(shè)備中，目前己經(jīng)使用的低備中，目前己經(jīng)使用的低NOxNOx燃燒技術(shù)主要有低燃燒技術(shù)主要有低NOx NOx 燃燒器、濃淡偏差燃燒器、濃淡偏差燃燒、煙氣再循環(huán)、以及分級燃燒（包括空氣分級和燃料分級）等燃燒、煙氣再循環(huán)、以及分級燃燒（包括空氣分級和燃料分級）等。低低NOxNOx燃燒器技術(shù)燃燒器技術(shù) 對煤粉鍋爐來說，煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，不但煤粉對煤粉鍋爐來說，煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，不但煤粉是通過燃燒器送入爐膛，而且煤粉燃燒所需要的空氣也是通過燃燒器進入是通過燃燒器送入爐膛，而且煤粉燃燒所需要

33、的空氣也是通過燃燒器進入爐膛的。煤粉氣流的著火過程、爐膛中的空氣動力和燃燒工況，主要是通爐膛的。煤粉氣流的著火過程、爐膛中的空氣動力和燃燒工況，主要是通過燃燒器的結(jié)構(gòu)及其在爐膛上的布置來組織的。因此，從燃燒的角度看，過燃燒器的結(jié)構(gòu)及其在爐膛上的布置來組織的。因此，從燃燒的角度看，燃燒器的性能對煤粉燃燒設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟性起著主要作用。另一方面，燃燒器的性能對煤粉燃燒設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟性起著主要作用。另一方面，從從NOxNOx的生成機理看，占的生成機理看，占NOxNOx絕大部分的燃料型絕大部分的燃料型NOxNOx是在煤粉的著火階段生成是在煤粉的著火階段生成的。因此，通過特殊設(shè)計的燃燒器結(jié)構(gòu)，以及

34、通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，的。因此，通過特殊設(shè)計的燃燒器結(jié)構(gòu)，以及通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，可以將空氣分級、燃料分級和煙氣再循環(huán)降低可以將空氣分級、燃料分級和煙氣再循環(huán)降低NOxNOx濃度的原理用于燃燒器，濃度的原理用于燃燒器，以盡可能地降低著火區(qū)氧的濃度，適當(dāng)降低著火區(qū)的溫度，達到最大限度以盡可能地降低著火區(qū)氧的濃度，適當(dāng)降低著火區(qū)的溫度，達到最大限度地抑制地抑制NOxNOx生成的目的。這就是低生成的目的。這就是低NOxNOx燃燒器技術(shù)。研究表明，低燃燒器技術(shù)。研究表明，低NOxNOx燃燒器燃燒器技術(shù)最大可降低技術(shù)最大可降低60%60%的的NOxNOx排放量，將這項技術(shù)應(yīng)用于燃煤鍋爐上時，可

35、以排放量，將這項技術(shù)應(yīng)用于燃煤鍋爐上時，可以使使NOxNOx的排放量達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。的排放量達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。DSDS型低型低NOxNOx旋流燃燒器旋流燃燒器 低低NOxNOx燃燒器技術(shù)燃燒器技術(shù) 濃淡偏差燃燒技術(shù)濃淡偏差燃燒技術(shù) 濃淡偏差燃燒技術(shù)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。無論是過濃燃燒還是過淡燃燒，其過?？諝庀禂?shù)都不等于1。過濃燃燒中1，故又稱為非化學(xué)當(dāng)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生成量都會減少。燃料過淡部分因空氣量過大，燃燒溫度低，熱力型NO

36、x生成量會減少。所以，采用濃淡偏差燃燒技術(shù)總的結(jié)果是NOx生成量低于常規(guī)的燃燒技術(shù)。煙氣再循環(huán)技術(shù)煙氣再循環(huán)技術(shù) 煙氣再循環(huán)技術(shù)通常是指從省煤器后抽取20%30%的煙氣量，將這部分煙氣與燃燒空氣相混合送入爐內(nèi)或燃燒器。這樣就減少了與燃料混合的空氣量，同時也降低了火焰溫度，進而達到了降低熱力NOx生成的目的。由于燃煤鍋爐中熱力NOx在總NOx排放中占的份額較小，所以在燃煤鍋爐中，單獨采用煙氣再循環(huán)技術(shù)措施僅可使NOx排放降低約20%?？諝夥旨壢紵夹g(shù)空氣分級燃燒技術(shù) 爐內(nèi)空氣分級技術(shù)通常又稱之為兩級燃燒TSC（Two Stage Combustion），主要是通過減少燃燒區(qū)空氣量，同時為了保證一

37、定的總過?？諝饬慷鴮⒁徊糠挚諝庠谌紵齾^(qū)后送入爐內(nèi)以完成燃盡過程。通常這部分空氣是從燃燒器上部的燃盡風(fēng)噴口（OFA）送入爐內(nèi)，同時可以防止?fàn)t膛水冷壁腐蝕與結(jié)渣。 爐內(nèi)空氣分級需要將燃燒空氣分成一次風(fēng)與二次風(fēng)兩部分。一次風(fēng)（約占總風(fēng)量的70%90%）與燃料混合反應(yīng)后會形成燃燒溫度較低、氧量不足、燃料富集的燃燒區(qū)域，從而抑制了NOx的生成。二次風(fēng)（約占總風(fēng)量的10%30%）則通過獨立布置在燃燒器上部的燃盡風(fēng)噴嘴送入爐內(nèi)從而實現(xiàn)分級燃燒，在這一區(qū)域完成燃盡過程并使火焰體積增大，從而在溫度相對較低的燃盡區(qū)進一步抑制了NOx的生成。燃料分級燃燒技術(shù)燃料分級燃燒技術(shù) 燃料分級技術(shù)又稱為再燃技術(shù)，其燃燒過程分

38、為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)中已生成的NOx在再燃區(qū)中遇到烴根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，將占入爐熱量80%85%的燃料噴入主燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)大于1的條件下使燃料氮盡可能在燃燒區(qū)上方的再燃區(qū)，在所形成的過量空氣系數(shù)小于1的還原性氣氛下，主燃燒區(qū)中生成的NOx在再燃區(qū)被還原成分子氮。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，同時還抑制了新的NOx的生成，可使NOx排放濃度降低50%以上。 空氣分級燃燒空氣分級燃燒 燃料分級燃燒燃料分級燃燒 燃料分級燃燒技術(shù)燃料分級燃燒技術(shù) 2. 2. 煙氣脫硝技術(shù)煙氣脫硝技術(shù) 低低NOxN

39、Ox燃燒技術(shù)是降低燃煤燃燒技術(shù)是降低燃煤NOxNOx排放值比較經(jīng)濟的技術(shù)措施。但是一排放值比較經(jīng)濟的技術(shù)措施。但是一般情況下，采用低般情況下，采用低NOxNOx燃燒技術(shù)只能降低燃燒技術(shù)只能降低NOxNOx排放值的排放值的50%50%左右，無法滿左右，無法滿足愈加嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。要進一步降低足愈加嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。要進一步降低NOxNOx的排放，就必須采用煙氣的排放，就必須采用煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)按照其作用原理的不同，可分為催化還原、吸收脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)按照其作用原理的不同，可分為催化還原、吸收和吸附和吸附3 3類，按照工作介質(zhì)的不同可分為干法、半干法和濕法類，按照工作介質(zhì)的不

40、同可分為干法、半干法和濕法3 3類。煙氣脫類。煙氣脫硝技術(shù)中得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的有硝技術(shù)中得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的有SCRSCR法和法和SNCRSNCR法。法。Overfire airReburningLow NOxAir HeaterHot-sideAmmoniaPost-FGOCombinedNOx/SOxControlinjectionFGD DeviceSNCRSCRBurnerStack典型的燃煤鍋爐典型的燃煤鍋爐NOxNOx排放控制技術(shù)排放控制技術(shù) 燃料分級燃燒技術(shù)燃料分級燃燒技術(shù) 選擇性催化還原（選擇性催化還原（SCRSCR）技術(shù)）技術(shù) SCR脫硝技術(shù)是將還原劑（主要是NH3）注入煙

41、道與煙氣混合，還原劑在催化劑作用下能在較低溫度選擇NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其還原為氮氣和水，從而使煙氣中NOx含量降低。主要發(fā)生如下反應(yīng)： NH3的噴入量十分重要，NH3量不足會導(dǎo)致NOx的脫除效率降低，但NH3過量又會帶來NH3對環(huán)境的二次污染，通常噴入的NH3量隨著機組負(fù)荷的變化而變化。SCR反應(yīng)主要在催化劑表面進行，所以催化劑是SCR工藝的核心，而貴金屬催化劑使得系統(tǒng)運行成本高昂。32224NH +4NO+O4N +6H O32228NH +6NO7N +12H O 選擇性非催化還原選擇性非催化還原(SNCR)(SNCR)技術(shù)技術(shù) SNCR脫硝技術(shù)是將氨水或尿素等還原劑，噴入到溫度為脫硝技

42、術(shù)是將氨水或尿素等還原劑，噴入到溫度為90011009001100的的煙氣中，然后在不需要催化劑的情況下，還原劑迅速熱分解成煙氣中，然后在不需要催化劑的情況下，還原劑迅速熱分解成NHNH3 3及其它及其它副產(chǎn)物，副產(chǎn)物，NHNH3 3與煙氣中的與煙氣中的NOxNOx進行還原反應(yīng)生成氮氣和水。在向燃燒煙氣進行還原反應(yīng)生成氮氣和水。在向燃燒煙氣噴氨而不采用催化劑的條件下，噴氨而不采用催化劑的條件下，NHNH3 3還原還原NOxNOx的反應(yīng)只能在的反應(yīng)只能在90011009001100這這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進行，因此稱為選擇性非催化還原法。一狹窄的溫度范圍內(nèi)進行，因此稱為選擇性非催化還原法。 在在S

43、NCR法的應(yīng)用中溫度窗口的選擇是至關(guān)重要的，溫度過高或過低都法的應(yīng)用中溫度窗口的選擇是至關(guān)重要的，溫度過高或過低都不利于對污染物排放的控制。溫度低于不利于對污染物排放的控制。溫度低于900900時，反應(yīng)不完全，氨逃逸率高，時，反應(yīng)不完全，氨逃逸率高，造成新的污染。溫度超過造成新的污染。溫度超過11001100時，時，NHNH3 3會被氧化成會被氧化成NONO，反而造成，反而造成NOxNOx排排放濃度增大。放濃度增大。SNCR技術(shù)的脫硝效率一般在技術(shù)的脫硝效率一般在50%50%左右，最高可以達到左右，最高可以達到80%80%，但相對于但相對于SCRSCR技術(shù)來說，該方法不用催化劑，設(shè)備運行費用省

44、，具有一定技術(shù)來說，該方法不用催化劑，設(shè)備運行費用省，具有一定的優(yōu)勢。的優(yōu)勢。第四節(jié)第四節(jié) 循環(huán)床循環(huán)床N N2 2O O的生成機理與控制技術(shù)的生成機理與控制技術(shù) N2O(氧化亞氮，俗稱“笑氣”)，是氮氧化物中另一種重要的污染氣體，對環(huán)境主要有兩個方面的影響：一方面，N2O對紅外輻射有很強的吸收作用，造成溫室效應(yīng)。研究表明，N2O的溫室作用比同濃度的CO2強200-300倍；另一方面，N2O和同溫層中的臭氧破壞有關(guān)，N2O在大氣對流層中相當(dāng)穩(wěn)定，存活期達150年以上，因此N2O有機會進入到同溫層中，和游離態(tài)的氧發(fā)生反應(yīng)生成NO，后者參與了把臭氧轉(zhuǎn)化為O2的化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。 每年人類活動產(chǎn)生的每年

45、人類活動產(chǎn)生的N N2 2O O占每年全世界生成總量的占每年全世界生成總量的31%31%，其中人類活動產(chǎn)生的其中人類活動產(chǎn)生的N N2 2O O中有中有80%80%以上來自化石燃料的燃燒。以上來自化石燃料的燃燒。大氣中大氣中N N2 2O O的濃度逐年增加，目前大氣中的的濃度逐年增加，目前大氣中的N N2 2O O體積濃度已體積濃度已達到達到300ppbv300ppbv，并以每年，并以每年0.2%-0.3%0.2%-0.3%的速度增加。因此，的速度增加。因此，N N2 2O O對于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展目前看來起著決定性的作用，對于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展目前看來起著決定性的作用，能否合理地

46、解決這個問題將會直接制約循環(huán)流化床在我國的能否合理地解決這個問題將會直接制約循環(huán)流化床在我國的發(fā)展。發(fā)展。循環(huán)床循環(huán)床N N2 2O O的生成機理與控制技術(shù)的生成機理與控制技術(shù)CFBCFB鍋爐燃燒條件下鍋爐燃燒條件下N N2 2O O生成機理生成機理 在煤的揮發(fā)分中，NH3和HCN氧化生成的產(chǎn)物不同，NH3氧化生成的氮氧化物主要是NO，而HCN氧化時更容易生成N2O。揮發(fā)分中NH3和HCN之比，與煤中N的存在方式有關(guān)。研究表明，褐煤、煙煤以及生物質(zhì)燃燒揮發(fā)分中NH3較多，而低揮發(fā)分的煙煤和無煙煤揮發(fā)分中HCN較多。NH3和HCN的比例，也與煤熱解析出揮發(fā)分的條件有關(guān)，溫度越高，加熱速度通常會影

47、響煙氣中的NOx和N2O的排放濃度。煤中氮的轉(zhuǎn)化途徑煤中氮的轉(zhuǎn)化途徑 在在N N2 2O O生成的同時，也存在著生成的同時，也存在著N N2 2O O的均相分解和多相分解反應(yīng)。的均相分解和多相分解反應(yīng)。1 1均相分解均相分解 (1) N(1) N2 2O O與與H H或或OHOH基發(fā)生均相反應(yīng)基發(fā)生均相反應(yīng)N N2 2O + H NO + H N2 2 + OH N + OH N2 2O + OH NO + OH N2 2 + HO + HO2 2這是最重要的兩個反應(yīng)，反應(yīng)速率為這是最重要的兩個反應(yīng)，反應(yīng)速率為1.91.910106 6T T2.472.47exp(-13500/RT)exp(

48、-13500/RT)和和2.02.010101212exp(-100/RT)exp(-100/RT)?？梢钥闯觯喝紵郎囟取？梢钥闯觯喝紵郎囟萒 T升高，反應(yīng)速率加快。升高，反應(yīng)速率加快。 (2) (2) 分子與氣體分子碰撞實現(xiàn)熱分解分子與氣體分子碰撞實現(xiàn)熱分解N N2 2O + M NO + M N2 2 + O + M + O + M ，式中，式中M M代表氣體分子，如代表氣體分子，如N N2 2,CO,CO2 2,O,O2 2等。等。2. 2. 多相分解多相分解 在焦炭表面，在焦炭表面，N N2 2O O通過與焦炭中的活性碳通過與焦炭中的活性碳(-C)(-C)和活性原子團和活性原子團(-C

49、O)(-CO)的氣的氣一固反應(yīng)被分解：一固反應(yīng)被分解：N N2 20 + (-C) N0 + (-C) N2 2 + CO 2N + CO 2N2 2O + (-C) NO + (-C) N2 2 + CO + CO2 2 N N2 2O + (-CO) NO + (-CO) N2 2 + CO + CO2 23. 3. 固體表面的催化還原固體表面的催化還原 在流化床運行溫度范圍內(nèi)，許多固體，如在流化床運行溫度范圍內(nèi)，許多固體，如CaOCaO、CaSOCaSO4 4、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO和床和床料等，都能起到催化劑的作用，使料等，都能起到催化劑的作用，使N N2 2O O在

50、其表面發(fā)生還原反應(yīng)。其中，在其表面發(fā)生還原反應(yīng)。其中，CaOCaO活活性最高，可使性最高，可使N N2 2O O還原為還原為N N2 2和和O O2 2。 因此，因此，N N2 2O O的排放濃度，實際上是生成反應(yīng)與分解反應(yīng)達到動態(tài)平衡時的排放濃度，實際上是生成反應(yīng)與分解反應(yīng)達到動態(tài)平衡時的結(jié)果。的結(jié)果。 CFBCFB鍋爐燃燒條件下鍋爐燃燒條件下N N2 2O O分解機理分解機理 N N2 2O O生成量的影響因素生成量的影響因素 影響CFB鍋爐燃燒N2O生成量的因素主要有：燃燒溫度、過量空氣系數(shù)、煤種和煤質(zhì)、石灰石爐內(nèi)脫硫等。1 1 燃燒溫度的影響燃燒溫度的影響 N2O的生成量隨溫度的升高而

51、下降, 而NO的生成量則隨溫度的升高而升高。煤中氮轉(zhuǎn)化成N2O和NO的轉(zhuǎn)化率也具有同樣的變化趨勢。N2O濃度隨溫度升高而下降，其原因是生成反應(yīng)的速率隨溫度升高而減慢，而分解反應(yīng)的速率隨溫度升高而加快。因而，溫度越高，生成量越小。煤粉燃燒由于燃燒溫度高(10001600)，因而N2O的生成量很小，而流化床燃燒溫度為800950，屬低溫燃燒，因而N2O生成量較大。2 2 過量空氣系數(shù)的影響過量空氣系數(shù)的影響 過量空氣系數(shù)小于1.0時，N2O生成量并不大。隨著過量空氣系數(shù)增加，N2O的生成量明顯增加。煤中氮轉(zhuǎn)化為N2O的轉(zhuǎn)化率也明顯升高。因為HCN生成NCO的過程是需氧反應(yīng)，由焦炭通過多相反應(yīng)生成N

52、O、(-N) 和(-CNO)也需要氧參加，氧量不足，直接影響中間產(chǎn)物的生成量，進而影響N2O的生成量。 N N2 2O O生成量的影響因素生成量的影響因素3 3 煤種的影響煤種的影響 研究結(jié)果表明：在流化床燃燒溫度范圍內(nèi)，煤中N轉(zhuǎn)化為N2O的轉(zhuǎn)化率的大小明顯依賴于煤種，即無煙煤煙煤褐煤。在700800，轉(zhuǎn)化率的大小順序是：煙煤褐煤無煙煤；在850950，煙煤無煙煤褐煤。因此，煤種不同，N2O的生成量也不同，而且，其相對大小還受燃燒溫度的影響。 N N2 2O O生成量的影響因素生成量的影響因素4 4 煤質(zhì)的影響煤質(zhì)的影響(1) 含氮量的影響含氮量的影響 煤的含氮量越高，N2O的生成量也越高,具

53、有明顯的依賴關(guān)系。 (2) 含碳量的影響含碳量的影響 煤的含碳量越高，N2O的生成量也越高,具有明顯的規(guī)律性。(3) 揮發(fā)分的影響揮發(fā)分的影響 各種煤的揮發(fā)分含量與N2O的生成量之間沒有明顯的規(guī)律性，揮發(fā)分含量不能作為判斷N2O生成量的指標(biāo)。在7001000的溫度范圍內(nèi)，最重要的4個因素是氮含量、碳含量、固定碳含量和氮在焦炭中的分配。 N N2 2O O生成量的影響因素生成量的影響因素5. 5. 石灰石對石灰石對N N2 2O O的影響的影響 CFB鍋爐電廠在不加入石灰石脫硫和加入石灰石脫硫時，N2O排放濃度的對比如圖所示。數(shù)據(jù)表明，加入石灰石脫硫，CFB鍋爐和實驗裝置煙氣中N2O濃度通常有所

54、減小。在不同的運行條件下，N2O的濃度減少的量不同，減小幅度最大的達到25%。CaO除了引起HCN向NH3轉(zhuǎn)化，抑制燃燒過程中N2O的生成，還能促進N2O的熱分解，造成煙氣中N2O的排放濃度降低。石灰石對石灰石對N N2 2O O排放濃度的影響排放濃度的影響 N N2 2O O生成量的影響因素生成量的影響因素CFBCFB鍋爐燃燒下鍋爐燃燒下NOx/NNOx/N2 2O O控制技術(shù)控制技術(shù) 為了有效減少CFB燃煤過程中NOx/N2O的排放，國內(nèi)外眾多研究者開發(fā)了許多行之有效的技術(shù)。對公認(rèn)較為成熟的抑制NOx/和N2O排放的技術(shù)進行總結(jié)和比較對開發(fā)新型高效抑制CFB燃煤過程NOx/N2O排放技術(shù)或

55、新型CFB燃煤工藝無疑是十分重要的。1 1 低氧燃燒技術(shù)低氧燃燒技術(shù) 過?？諝庀禂?shù)較大，CFB中O2濃度較高，燃燒溫度升高，有助于HCN，NH3以及半焦N的氧化，NO排放濃度較高。過?？諝庀禂?shù)降低時，NO排放明顯下降。在某些場合，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)由l.3變?yōu)?.1時，NO排放濃度可以下降(80150)10-6。2 2 煙氣再循環(huán)技術(shù)煙氣再循環(huán)技術(shù) 將溫度已降低的部分煙氣引入CFB的煙氣再循環(huán)技術(shù)，是通過降低爐內(nèi)O2濃度和火焰溫度實現(xiàn)抑制NOx/N2O的生成。采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，由于煙氣量明顯增加，將引起燃燒狀態(tài)不穩(wěn)定，可能增加未完全燃燒的熱損失。因此，CFB電站鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般不超過20。

56、CFBCFB鍋爐燃燒下鍋爐燃燒下NOx/NNOx/N2 2O O控制技術(shù)控制技術(shù) 3分級燃燒技術(shù)分級燃燒技術(shù) CFB燃煤過程的分級燃燒技術(shù)，旨在使CFB的提升管自下而上形成富燃料(煤)區(qū)、部分燃燒區(qū)、燃燒區(qū)。該技術(shù)有利于抑制CFB燃煤過程，特別是高揮發(fā)分煤燃燒過程的NOx排放。NOx的排放濃度與一次空氣供應(yīng)量有關(guān)。一般一次空氣量為理論燃燒空氣量的65%-85之間時對降低NOx排放最有利。CFBCFB鍋爐燃燒下鍋爐燃燒下NOx/NNOx/N2 2O O控制技術(shù)控制技術(shù) 4 4SNCR和和SCR技術(shù)技術(shù) 在CFB的煙氣出口處注入NH3、尿素、氰尿酸等含N物質(zhì)，不使用固體催化劑就達到降低N排放的選擇

57、性非催化還原(Selective Non-catalytic Reduction，SNCR)技術(shù)主要在9001100溫度范圍進行，通過以下反應(yīng)達到NOx還原生成N2和H2O的目的。6NO+4NH3 N2+6H2O4NO+O2+4NH3 4N2+6H20 SNCR 技術(shù)一般可以脫除30-50的NOx。 SNCR和SCR均有逸氨的缺點，這使燃燒含Cl量較高的煤種時可能從煙囪排出NH4Cl，或泄漏的NH3與尾氣中的SO3生成NH4HSO4堵塞管道。因此，注NH3時應(yīng)十分小心。另外，由于NH3存在儲藏和運輸?shù)确矫娴睦щy，所以通常優(yōu)先應(yīng)用尿素，在小型裝置上更是如此。CFBCFB鍋爐燃燒下鍋爐燃燒下NOx

58、/NNOx/N2 2O O控制技術(shù)控制技術(shù) 5 5再燃技術(shù)再燃技術(shù) 分段供給燃料和空氣到燃燒系統(tǒng)中的再燃技術(shù)，旨在通過在爐內(nèi)形成3個不同的燃燒段，即由下至上分別為富氧區(qū)、富燃料區(qū)和富氧區(qū)，實現(xiàn)降低N 排放的目的。在一次燃燒段，主要燃料煤粉在過量的空氣中燃燒，與空氣中N2形成NOx。二次燃料，又稱為再燃燃料，通常是天然氣或煤粉，在主燃燒段上方噴入，形成富燃料的“再燃”段。從這一區(qū)段的再燃燃料中釋放出來的烴基與主燃燒段中形成的N反應(yīng)，NOx被部分還原為N2，部分轉(zhuǎn)化為HCN。最后，在再燃段上方噴入空氣，形成貧燃料的“燃燼”區(qū)，從而完成了燃燒全過程。通常再燃燃料的熱量占總輸入熱量的10-30，再燃技

59、術(shù)可以減少高達70的NOx。CFBCFB鍋爐燃燒下鍋爐燃燒下NOx/NNOx/N2 2O O控制技術(shù)控制技術(shù) 有前景的減少有前景的減少NOxNOx和和N N2 2O O排放工藝排放工藝 1 1 反向分級燃燒技術(shù)反向分級燃燒技術(shù) 反向分級燃燒技術(shù)的關(guān)鍵是從提升管底部引入絕大部分燃燒空氣，并嚴(yán)格控制燃燒空氣量，使提升管和煙氣分離器中的過?？諝庀禂?shù)接近1，同時在煙氣分離器出口處加入一定量的燃燒空氣以保證完全燃燒，總過?？諝庀禂?shù)保持在1.2左右。提升管內(nèi)O2濃度分布下部較高，上部較低；而且由于整個提升管中過?？諝庀禂?shù)約為1.0，在提升管中自下而上逐漸消耗，因此提升管上部和煙氣分離器處O2濃度較低。 在

60、反向分級燃燒條件下，提升管下部形成的富氧環(huán)境對脫硫有利，對N2O排放無影響，而提升管上部和分離器處的低氧環(huán)境可抑制N2O和NO排放；同時，煙氣分離器出口處的高溫“燃燼”區(qū)可有效分解N2O。2 2CFBCFB解耦燃燒工藝解耦燃燒工藝 在CFB解耦燃燒工藝中，原煤加入熱解區(qū)，用分離器返回的含有一定脫硫劑的高溫灰來加熱原煤。原煤熱解過程中釋放的含硫氣體H2S和COS等被脫硫劑捕獲，熱解產(chǎn)生的半焦進入燃燒區(qū)下部脫硫區(qū)，熱解氣引入到提升管中部，半焦燃燒生成的NOx與熱解產(chǎn)生的含氮化合物NH3在燃燒區(qū)上部反應(yīng)而脫除NOx，同時引入提升管的熱解氣燃燒形成高溫區(qū)域，對N2O進行熱分解，最終實現(xiàn)同時降低SO2，