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工艺说明书范本模板
3×130t/h+1×240t/h循环流化床锅炉
烟气脱硝工程
工艺说明书
编制:
审核：
批准：
2013年8月
1概述
1.1项目概况
根据2011年发布的《GB13223-2011火电厂大气污染物排放国家标准》，NOx排放浓度必须小于100mg/Nm³.
本项目工程范围为EPC交钥匙工程，包括3×130t/h+1×240t/h循环流化床锅炉SNCR脱硝工程系统的设计、土建（不含施工）、供货（不含4＃NOx在线检测）、运输、安装、调试、性能考核、人员培训、技术服务等内容，保证该工程的安全实施以及在施工过程中不对环境构成不良影响。
工程完工后，由业主方委托相关环保局组织性能验收。
1.2排出烟气成分指标分析
治理前烟气NOx浓度：
最高240mg/m³，脱硝效率在67%以上，脱硝系统正常运行时烟气NOx浓度小于100mg/m³。
2工艺方案选定
2。
1概述
目前,该锅炉烟气排放的污染物主要是氮氧化物指标超标，氮氧化物主要包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化二氮（N2O）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）等几种化合物，氮氧化物中污染大气的主要是NO和NO2,这两者一般统一表示为NOx。
2。
2NOx产生的机理
NOx按其生成起源和用途，可分为热力型、快速性、燃料性三大类.
a）热力型——热力型NOx是指空气中N2和O2在高温下反应生成的，他的生成量和生成速度随着温度的升高呈指数增长。
热力型NOx主要是指在燃烧过程中参与燃烧的空气中的氮气被氧化生成的NOx，其中的生产过程是一个不分支连锁反应.其生成机理是前苏联科学家捷里多维奇（Zeldovich）于1946年提出的。
总反应式如下:
（1）
（2）
图1燃烧中NOx生成和脱除的反应途径
图2热力型NO与温度的关系
根据Zeldovich实验结果，通过推导计算可以得到Zeldovich机理的NO生成速率的简化表达式：
由式
（2）和图2可以看出，热力型NOx的生成速率受到有效反应成分浓度以及温度的影响。
在燃烧温度低于1773K（1500℃）时，几乎观察不到NOx的生成，只有当温度高于1773K（1500℃）时才变得明显，能占到NOx生成总量的20%以上，而且温度每增加100K（100℃）时，反应速率增大6~7倍。
因此热力型NOx的控制原理就是降低高温火焰区的氧浓度、降低燃烧温度以及缩短在高温区的停留时间，在工程实践中体现为利用低NOx燃烧器、贫氧强化扩散燃烧、浓淡燃烧、水蒸气喷射以及高温空气燃烧等措施来有效控制热力型NOx的生成.
（b）快速性——快速性NOx，即瞬时反应型，其生成的速度极快，多发生在内燃机的燃烧过程，燃煤锅炉中快速性的NOx生成量要少得多,不列为主要控制目标。
其生成机理是根据碳氢燃料预混火焰轴向NO分布的实验结果得出，碳氢自由基（CHi）在燃烧过程中撞击空气中的N2分子生成HCN、NH、CN和N等中间产物，这些中间产物再进一步氧化生成NOx，称为快速型NOx.快速型NOx中的氮虽然也是来自空气中的氮气,但是同热力型NOx的生成机理却不相同，其主要生成路径如图3所示。
快速型NOx的生成对温度的依赖性很低，然而过量空气系数对快速型NOx的影响较大。
燃烧过程中快速型NOx的生成量很少,一般不作为NOx控制的主要考虑对象.
（c）燃料性-—燃料性NOx是指燃料中的氮在燃烧过程中经过一系列复杂的反应而生成的，由于燃料中氮的热分解温度低于煤燃烧温度，在600—800℃时就会产生,所以对煤、重油和其他高氮燃料而言,燃料性NOX是其主要控制的目标。
燃料型NOx是指燃料中的氮化合物在燃烧过程中热分解后又氧化而的NOx，其主要生成路径如图4所示.由于N-H键和N—C键的远比N≡N键要小得多，燃料型NOx的生成要比热力型NOx容易得多，是其生成NOx的最主要来源，约占NOx生成总量的60—80％
图4燃料型NOx生成机理
煤中的燃料氮一部分在高温下转变成挥发分氮,另一部分留在焦炭中焦炭氮.从图4可见,挥发分氮和焦炭氮在一定的条件下又生成NO2。
燃料氮转化成挥发分氮的比例、挥发分氮以及焦炭氮转化生成NO都和燃烧温度、过量空气系数、空气与燃料的混合情况等燃烧特性有关。
2.3氮氧化物减排技术
工业锅炉燃煤烟气中氮氧化物的治理主要分为燃料脱氮技术、燃烧中脱氮技术和燃烧后脱氮技术三种途径,目前燃烧中脱氮技术和燃烧后脱氮技术在燃煤锅炉上应用的较多，燃烧后脱氮技术主要应用到烟气脱硝净化技术更适合旧锅炉设备的改造。
燃料脱氮技术、燃烧中脱氮技术和燃烧后脱氮技术的工艺机理即把已生成的NOx还原为N2从而脱除烟气中的NOx,按其治理工艺又分为湿法和干法。
湿法烟气脱硝，即利用液体吸收剂将NOx溶解的原理来净化燃煤烟气，实现烟气脱硝，其最大的障碍是NO很难溶于水,该工艺应用复杂。
干法烟气脱硝，与湿法烟气脱硝技术相比，干法烟气脱硝技术的优点是：
基本投资低，设备及工艺过程简单，脱出NOx的效率也较高，无废水和废弃物处理，
目前有多种NOx控制技术应用于燃煤锅炉。
①选择性催化还原技术（SCR）
SCR技术使用SCR催化剂，NOx脱除效率最高（超过90％），是当前NOx控制技术中最广泛应用的技术，但是SCR技术需要使用昂贵的SCR催化剂和建设单独的SCR反应器，其投资成本在各种NOx控制技术中也最高。
其昂贵的成本以及占地较大的SCR反应器限制了SCR技术在场地已经较为紧张的中小锅炉上的应用。
②再燃技术
再燃技术通过改变炉内燃烧方式，可以进一步降低燃烧生成的NOx。
在电站锅炉上的经验表明，燃烧方式的改变会引起炉膛热负荷分布的变化,从而影响过热器、再热器以及尾部受热面的热负荷，同时受再燃燃料燃烧特性的限制,不完全燃烧损失增大。
再燃成本不高,以炉膛烟道为反应器，改造相对于SCR较为容易，不完全燃烧损失对中小锅炉影响不大，但是中小锅炉尤其是链条锅炉燃烧方式和电站锅炉差别较大,此外炉膛尺寸较小，常规再燃并不适用，需要开发新的再燃方式，难度较大。
③先进再燃技术
先进再燃在利用再燃燃料还原NOx的基础上,在再燃区后部引入氨基还原剂继续还原NOx,使NOx脱除效率大大提高，但再燃技术中存在的改变锅炉热负荷和降低锅炉效率的问题依然存在，同时由于加入氨基还原剂，还容易造成氨泄漏形成二次污染。
先进再燃在应用于中小锅炉改造上，存在与再燃类似的问题。
④选择性非催化还原技术（SNCR）
选择性非催化还原法（SNCR）。
SNCR技术是一种较为成熟的商业性NOx控制处理技术。
SNCR方法主要使用含氮的药剂（氨水、尿素或液氨等）在温度区域850～1250℃喷入含NO的气体中,发生还原反应，脱除NO，生成氮气和水，如下图所示。
图4-1SNCR反应原理示意图
SNCR技术有如下优点:
（1）脱硝效果满足要求:
SNCR技术应用在煤粉锅炉上,长期现场应用一般能够达到50％以上的NOx脱除率。
循环流化床锅炉的温度、停留时间、混合度均比煤粉锅炉好，脱硝效率完全能达到70％以上。
（2）还原剂多样易得：
SNCR技术中使用的脱除NOx的还原剂一般均为含氮化合物，包括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等）。
其中，实际工程应用最广泛，效果最好的是氨水。
（3）无二次污染：
SNCR技术是一项清洁的脱硝技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成。
（4）经济性好:
由于SNCR的反应热源由炉内高温提供,不需要昂贵的催化剂系统，因此投资和运行成本较低。
（5）系统简单、施工时间短：
SNCR技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和喷射系统，主要设备包括储罐、泵、喷枪及其管路、测控设备。
（6）对电厂生产无影响：
SNCR技术不需要对循环流化床锅炉的结构进行改动，仅需在合适的位置开孔即可。
也不需要改变锅炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数不会有显著影响。
⑤层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术
针对燃煤工业锅炉的燃烧特性和NOx生成规律，山东大学国家工程实验室开发了层燃锅炉低NOx燃烧系列集成技术.根据不同煤种、不同炉型、不同运行方式、不同控制指标，选择单元方案,协同实现煤层燃过程的NOx经济高效控制。
单元技术包括如下内容：
Ⅰ）煤层燃过程N元素前移途径改变技术
研究表明，煤中的含氮结构相对比较稳定，对于高挥发分煤，主要的氮析出一般在温度高于950℃时才会发生,此时煤己失重10％。
在温度低于700℃时，基本没有HCN和NH3等前驱产物析出,焦油氮是主要的氮析出物。
在高温下脱除挥发分时，氮的释放速率大于其余挥发分，导致焦炭中的N/C比小于原煤中的N/C比。
在挥发分热解过程中,燃料中的氮一部分随挥发分析出,这部分氮被称为挥发分氮；而另一部分留在焦炭中，被称为焦炭氮。
燃料中的氮在挥发分和焦炭中的分配比例受多种因素的影响，主要包括：
煤种、温度、加热速率、停留时间、压力和氧气水平。
对于低阶煤，氮组分的析出远慢于挥发分的析出，这主要是由于在低阶煤热解早期水分和小分子热解产物的迅速析出。
对于中等煤阶的煤种，氮析出速率基本与挥发分析出速率相同;而对于高阶煤如低挥发分的贫煤和无烟煤，氮的析出速率反而要快于煤的失重速率。
由于煤脱除挥发分的程度随温度升高不断增大，初级脱挥发分放出的焦油等物质，其含氮量与原煤接近；次级脱挥发分放出甲烷、氢气等气体，导致半焦N/C比升高;而随热解温度进一步升高，挥发分氮大量析出，导致煤焦N/C比趋于下降。
基于上述理论研究，提出了与关键参数：
煤种、温度、加热速率、停留时间、压力和氧气水平等关联的N元素前移途径改变技术.通过匹配调整上述关键参数，实现煤层燃过程的自主低NOx排放过程.
Ⅱ）低过量空气系数与贫氧燃烧结合的低NOx燃烧技术
针对燃料型NOx控制机理的研究已开展了近半个世纪,有试验表明,HCN是热解首先析出的物质，而NH3则在焦炭氧化及低阶煤的高温热解过程中析出。
煤热解过程中释放的HCN量很少，但其余含N组分在高化学当量比气氛下会迅速转化为HCN。
因此可以认为煤在高温主燃烧区域燃烧过程中，HCN是最稳定的含N产物。
具体过程如下：
HCN
NH3
燃料N
O2
NO
NO
N2
N2+O
NO+N
O2+N
NO+O
N+OH
NO+H
可以看出，燃料N首先以HCN和NH3的形式析出,在氧化性气氛下被氧化成NO；如果在还原性气氛下，HCN和NH3起到还原作用而将NO还原成N2；同时NO也可以在焦炭的表面被还原成N2。
HCN是进一步反应生成NO还是N2主要取决于反应气氛下的化学当量比。
如果在富燃料气氛下，且保证充足的反应时间,燃料N会生成少量的NO和大量的N2。
基于上述理论研究,提出了协同考虑煤层燃过程燃尽与低NOx生成的“低过量空气系数与贫氧燃烧结合的低NOx燃烧技术”。
Ⅲ）气固异相催化还原NOx技术
图5为煤燃烧或气化过程中N组分的反应机理示意图。
煤在热解的过程中，挥发分N会生成中间产物HCN和NHi（R1）,然后中间产物会被氧化为NOx（R2）或把NOx还原为N2（R3），而焦炭N在燃烧或者气化过程中则会被氧化为NOx（R4）。
值得一提的是,NOx（高温下主要是NO）在焦炭表面又会被还原为N2（R5）。
R9
+O2,CO2,H2O
R4
1-η
η
XN
（HCN,NHi）
+CHi
R6
R2
R3
+NOx
+Ox（OH）
焦炭
灰
挥发分
热解
R1
NOx
N2
+焦炭
R5
图5煤燃烧/气化过程中NOx生成和还原的反应示意图
基于上述理论研究,采用固定床催化反应与气固流态化催化反应耦合实现的“气固异相催化还原NOx技术"，利用层燃炉内丰富的焦炭颗粒催化表面，在适宜的条件下
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