SCR脱硝原理及相关知识Word格式文档下载.docx

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但是CO随之增加，燃烧效率下降。

当空气分级进入时，可有效降低NOx排放量，随着一次风量减少，二次风量增，N被氧人的速度降低，NOx的排放量也相应下降。

锅炉燃烧温度影响

燃烧温度对NOx排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx排放量上升。

锅炉负荷率影响

通常情况下，增大负荷率，增加给煤量，燃烧室及尾部受热面处的烟温随之增高，挥发分N生成的NOx随之增加。

氮氧化物的的危害有哪些?

NO能使人中枢神经麻痹并导致死亡，NO2会造成哮喘和肺气肿，破坏人的心、肺、肝、肾及造血组织的功能丧失，其毒性比NO更强。

无论是NO、NO2或N2O，在空气中的最高允许浓度为5mg/m3（以NO2计）。

NOx与SO2一样，在大气中会通过干沉降和湿沉降两种方式降落到地面，最终的归宿是硝酸盐或是硝酸。

硝酸型酸雨的危害程度比硫酸型酸雨的更强，因为它在对水体的酸化、对土壤的淋溶贫化、对农作物和森林的灼伤毁坏、对建筑物和文物的腐蚀损伤等方面丝毫不不逊于硫酸型酸雨。

不同的是，它给土壤带来一定的有益氮分，但这种“利”远小于“弊”，因为它可能带来地表水富营养化，并对水生和陆地的生态系统造成破坏。

大气中的NOx有一部分进入同温层对臭氧层造成破坏，使臭氧层减薄甚至形成空洞，对人类生活带来不利影响;

同对NOx中的N2O也是引起全球气候变暖的因素之一，虽然其数量极少，但其温室效应的能力是CO2的200-300倍。

控制NOx的措施有那些?

有关NOx的控制方法从燃料的生命周期的三个阶段入手，即燃烧前、燃烧中和燃烧后。

当前，燃烧前脱硝的研究很少，几乎所有的研究都集中在燃烧中和燃烧后的NOx控制。

所以在国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施，把燃烧后的NOx控制措施称为二次措施，又称为烟气脱硝技术。

目前普遍采用的燃烧中NOx控制技术即为低NOx燃烧技术，主要有低NOx燃烧器、空气分级燃烧和燃料分级燃烧。

应用在燃煤电站锅炉上的成熟烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术以（SNCR）及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。

低氮燃烧技术

对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。

因此，低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放的目的。

目前常用的低NOx燃烧技术有如下几种：

燃烧优化：

通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。

它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉（煤粉）比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。

空气分级燃烧技术：

是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。

该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量（一次风），提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。

缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。

低NOx燃烧器：

将前述的空气分级及燃料分级的原理应用于燃烧器的设计，尽可能的降低着火区的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的，这类特殊设计的燃烧器就是低NOx燃烧器，一般可以降低NOx排放浓度的30～60%。

此外，还有燃料分级燃烧、烟气再循环等技术对NOx进行控制。

近几年投运的大型机组，特别是超临界、超超临界机组基本都采用了低氮燃烧技术，较好的控制了NOx的排放浓度。

而早些年投运的机组，NOx排放浓度相对较高。

由于我国对环保的要求越来越高，对氮氧化物排放的限制将越来越严格，因此国内一些大型锅炉厂和一些工程公司等对低氮燃烧技术进行了较多的研究，特别是在已运行的机组上如在一些已运行的电站锅炉上实施低氮燃烧改造的试验和工程应用。

实施低氮燃烧改造基本上是通过采用空气分级、高位燃尽风、浓淡燃烧器和空气浓淡分布技术、降低燃烧器区域热负荷等技术来实现对NOx的有效控制。

低NOx燃烧技术的特点?

在燃烧过程中降低NOx的生成的主要手段是采用分级燃烧，降低燃烧区域的氧浓度和降低火焰温度。

低NOx燃烧技术设计的基本理念是将低过量空气燃烧、空气分级燃烧和特殊设计的低NOx燃烧器相结合，在挥发氮物质形成时、非常关键的早期燃烧阶段中将O2降低，从而达到它把整个炉膛内分段燃烧和局部性空气分段燃烧时降低NOx的能力结合起来，在初始的富燃料条件下促使挥发氮物质转化成N2，因而达到大幅度降低NOx排放的目的。

低NOx燃烧技术在燃用设计煤种的情况下，机组负荷BMCR工况下锅炉的NOx排放浓度保证值可达到不超过200mg/Nm3（O2=6%）;

机组负荷大于60%BMCR工况下锅炉的NOx排放浓度保证可达到不超过250mg/Nm3（O2=6%）。

为什么低氮燃烧技术在低负荷时NOx的排放不易控制?

一般而言，为了保证汽温，锅炉在低负荷运行时通常会适当提高燃烧时的过量空气系数。

过量空气系数的提高使得燃烧中氧量偏高，分级燃烧效果降低，也就是没有有效发挥空气分级的特点以降低NOx的排放，这是锅炉低负荷时NOx不易控制的主要原因。

另外，当机组在低负荷运行时，即使不参与燃烧配风的二次风门全关时，风门挡板仍留有一定的流通空隙，以保证约10%左右的二次风通过，冷却该燃烧器喷嘴。

但由于锅炉在低负荷运行时，总的运行风量较小，而燃烧器停运风门全关时流通空隙的结构，冷却风量占燃烧风量的比例在低负荷时明显增加，低负荷运行时的主燃烧器区域的低氧量无法保证，分级燃烧效果降低，因此低负荷控制NOx的效果不明显。

低NOx空气分级燃烧技术有什么特点?

空气分级燃烧的基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。

空气分级燃烧主要有轴向和径向分级燃烧两种。

轴向分级燃烧指在距燃烧器上方一定位置处开设一层或两层所谓燃尽风喷口，将助燃空气沿炉膛轴向（即烟气流动方向）分级送入炉内，使燃料的燃烧过程沿炉膛轴向分级分阶段进行。

径向分级燃烧指将二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度，形成一次风煤粉气流在内，二次风在外的径向分级燃烧。

空气分级燃烧这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。

在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、起结渣和腐蚀的可能性越大。

因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。

轴向分级燃烧技术的主要通过紧凑燃尽风CCOFA和分离燃尽风SOFA进行控制，而径向分级燃烧技术则通过预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）设计来实现，低NOx燃烧技术能有效地将轴向分级燃烧和径向分级燃烧进行复合。

低NOx燃烧器有什么特点?

采用的是特殊的低NOx燃烧器，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，将前述的空气分级、燃料分级用于燃烧器本身，以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的。

特殊的低NOx燃烧器主要包括预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）设计和强化着火煤粉设计。

低NOx燃烧低过量空气技术有什么优缺点?

使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。

这是一种最简单的降低NOx排放的方法。

一般可降低NOx排放15～20%但如炉内氧浓度过低（3%以下），会造成CO浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。

因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。

另外当锅炉设计时按照较低的过量空气系数时，如果实际运行无法达到设计选取的过量空气系数（实际运行高于设计值），会导致通过锅炉各受热部件的烟气流速偏离设计值，因此将无法到达设计的换热效果和受热面防磨性的要求。

因此必须将降低NOx和提高燃烧效率相结合，在相应的低过量空气系数降低NOx排放的同时兼顾锅炉整体受热面的设计，优化整体锅炉的运行性能。

SCR烟气脱硝技术?

SCR烟气脱硝技术即选择性催化还原技术（SelectiveCatalyticReduction，简称SCR），是向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其它合适的还原剂，利用催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等碱金属）在温度为200-450℃时将烟气中的NOx转化为氮气和水。

由于NH3具有选择性，只与NOx发生反应，基本不与O2反应，故称为选择性催化还原脱硝。

在通常的设计中，使用液态纯氨或氨水（氨的水溶液），无论以何种形式使用氨，首先使氨蒸发，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。

SCR的优缺点

SCR是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。

该法的优点是：

由于使用了催化剂，故反应温度较低;

净化率高，可高达85%以上;

工艺设备紧凑，运行可靠;

还原后的氮气放空，无二次污染。

SCR存在一些明显的缺点：

烟气成分复杂，某些污染物可使催化剂中毒;

高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降;

系统中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的硫酸氨（NH4）2SO4和硫酸氢氨NH4HSO4,同时还会降低氨的利用率;

投资与运行费用较高。

SCR系统里的NOx是如何被反应的?

在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O

当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。

在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOx浓度的5%，NO2参与的反应如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。

在绝大多数锅炉的烟气中，NO2仅占NOx总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。

SCR脱硝法的催化剂如何选择?

SCR中催化剂的选取是关键因素，对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好不产生二次污染。

在以氨为还原剂来还原NOx时，虽然过程容易进行，铜、铁、铬、锰等非贵金属都可起到有效的催化作用，但因烟气中含有SO2、尘粒和水雾，对催化反应和催化剂均不利，故采用铜、铁等金属作为催化剂的SCR必须首先进行烟气除尘和脱硫;

或者是用不易受肮脏烟气污染和腐蚀等影响的，同时要具有一定的活性和耐受一定温度的催化剂，如二氧化钛为基体的碱金属催化剂，其最佳反应温度为300-400℃。

如何保证SCR系统NOx脱除效率?

SCR系统NOx脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOx反应。

有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。

一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。

但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOx脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOx摩尔比。

当不能保证预先设定的脱