工业锅炉NOx减排技术.docx

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工业锅炉NOx减排技术

工业锅炉NOx减排技术

山东铭翔环保科技有限公司

山东大学

二零一三年三月

1•选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术1

1.1技术原理1

1.2技术特点1

1.4设计要求2

1.61艺流程及主要设备说明2

2新型烟气再循环低NOx燃烧技术6

2.1层燃炉烟气再循环减排NOX的技术原理：

6

2.2技术特点7

2.2设计指标7

2.3工艺流程及主要设备7

2.4关于炉排烧坏的问题8

3.前置部分气化低NOx高效层状燃烧技术9

3.1技术原理9

3.2主要技术特点10

3.3主要技术指标11

3.4工作流程及主要设备11

1■选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术

选择性非催化还原（SNCR）是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。

该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原NOx。

还原剂只和烟气中的NOx反应，一般不与氧反应，该技术不采用催化剂，所以这种方法被称为选择性非催化还原法（SNCR）。

由于该工艺不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。

还原剂喷入炉膛温度为850~1100°C的区域，迅速热分解成NH3,与烟气中的NOx反应生成N2和水。

采用氨作为还原剂的SNCR称为DeNOx法，尿素为还原剂的为\OxOUT法。

SNCR的脱硝效率一般为30^80%,受炉膛结构尺寸影响很大。

1.1技术原理

采用NH3作为还原剂，在温度为900°C~1100°C的范圉内，还原NOx的化学反应方程式主要为：

4NH3+4N0+02f4N2+6H20

4NH3+2N0+202-3N2+6H20

8NH3+6N02-7N2+12H20

而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为：

（NH2）2CO->2NH2+CO

NH2+NOTN2+H2O

CO+NOTN2+CO2

1.2技术特点

技术成熟可靠，还原剂有效利用率高，系统运行稳定，设备模块化，占地小，无副产品，无催化剂。

但当温度低于900°C时，NH3的反应不完全，造成氨逃逸；当温度高于1100°C时，

NH3被02氧化为NO,即4NH3+5O2—4NO+6H2。

。

1.3设计指标

（1）NOx脱除效率（还原率）:

30-60%

（2）反应剂与NOx的摩尔比（NSR）：

0.8-1.05

（3）达到NOx脱除效率所需的最大反应剂流量

（4）最大的NH3逃逸

（5）对于多层喷射方式，控制系统适当的负荷跟随能力

1.4设计要求

（1）具有强的穿透力和合理液滴尺寸的还原反应剂充分分布，与烟气中的NOx良好混合。

（2）维护反应区适当温度范围；

（3）在反应区内可获得足够的停留时间

（4）具有良好的响应特性的对负荷变化的敏感能跟随的自控系统

1.5系统组成

SNCR系统烟气脱硝过程是山下面3个系统组成：

接收和储存还原剂系统：

还原剂的讣量、混合稀释系统；还原剂喷入系统；

1.6工艺流程及主要设备说明

工艺流程见图loSNCR系统将细小的尿素溶液雾滴喷入炉膛中并使其均匀分布。

SNCR是一个炉内的燃烧后脱硝反应，尿素洛液雾滴在炉膛内相应温度窗口区域的精细分布程度是该系统性能的重要影响因素。

该系统储存50%质量浓度的尿素溶液并将它循环输送到炉侧，然后利用工艺水箱提供的稀释水将尿素溶液进行稀释到设定的浓度，并通过讣量模块精确讣量脱硝反应所需的尿素洛液输送到喷枪。

喷枪利用机械雾化和携带

风将所需的尿素洛液喷入炉膛中。

在相同优化和调试期间，每只枪的雾化性能和流速等还要根据锅炉的实际运行负荷和NOx浓度进行进一步的调整以便更好地满足系统要求。

冷却空气

图1SNCR烟气脱硝系统工艺流程

（1）干卸料与溶解系统

通过单臂吊车把袋装尿素吊至溶解罐上部平台，自动拆包倒入尿素罐，在溶解罐中尿素将制备成50的尿素溶液，当尿素溶液温度过低式，在线加热器将开始启动并使溶液的温度高于82°Co

（2）尿素溶液储罐

尿素溶液储罐可满足5天的系统用量（50%尿素溶液）要求，储罐曲玻璃钢（FRP）或不锈钢（304SS）制造而成。

储罐为立式平底结构，装有液位、温度显示仪，装有人孔。

梯子，通风孔。

储罐基础为混凝土结构，还原剂储罐露天放置时四周加有隔离防护栏。

储罐设有蒸汽伴热系统，通过温度调节回路使尿素溶液维持在一定温度，并要考虑现场其它情况变量包括地震带、风载荷，雪载荷和无浓度变化等。

（3）高流量和循环装置（HFD）

尿素溶液制备以后，将由高流量和循环装置（HFD）输送给计量和分配装置。

HFD装置是一个独立的高流量传输系统，包括2台全流量的多级SS离心泵，一备一用。

内嵌双联式过滤器、电加热器和用于远程控制和监测的HFD循环系统压力、温度、流动以及浓度仪表等。

该2台泵安装在尿素溶液制备车间。

（4）压力控制站

压力控制回路可以调节HFD装置为计量装置供应尿素所需的压力，以维持适当的流量好压力。

阀门站在计量装置的上游维持了足够的化学剂压力，以确保合适的尿素流量。

（5）尿素溶液稀释设备

尿素溶液稀释设备是利用高流量、高丿E输送控制把过滤稀释水输送到讣量及分配装置。

该装置的主要功能是控制供给喷射区的稀释水的压力和流量。

该装置包括两个多级离心泵、在线过滤器、圧力控制阀及所有的用于就地/远程控制的仪表等。

所有部件、除了在线过滤器是铜制外，均有304或316不锈钢制造。

（6）喷射区计量装置

喷射区计量装置用于精确讣量和独立控制到锅炉内的每个喷射区的反应剂。

该装置釆用独立的化学剂流量控制，通过区域压力控制阀与就地PLC控制器的结合，为复杂的应用情况提供所需的高水平控制。

该装置连续并响应来自继续燃烧控制系统、NOX和氧监视器的控制信号，自动调节反应器流量，对NOx水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其流量。

每一个区子装置可相互独立地进行运行和控制，该特性允许隔离每个子装置进行维修且不会严重影响工艺性能或总体的NOx还原效果。

（7）送风装置

压缩空气或鼓风机可以为SNCR喷枪提供携带风。

该模块包括2台风机（一备一用），入口滤网、出口压力表和节气阀。

（8）喷射器分配装置

喷射器分配装置用于为喷枪提供混合化学剂。

分配装置一般安装在靠近喷枪的位置（通常在同一水平面）。

讣量模块为分配装置提供药剂，分配装置将这些药剂分送给每个喷枪。

雾化空气和冷却空气山此装置注入。

模块包括流速和压力显示和压缩空气和化学还原剂量调阀或表。

所有管道、阀门、检测元件均布置在单元式不锈钢底盘上。

（9）喷嘴组件

尿素溶液枪用于雾化尿素溶液并将其喷入炉膛。

采用机械雾化、低圧力型，釆用风机模块将雾滴带入锅炉。

每个组件包括喷枪及相关组件。

（10）控制系统

控制室的计算机界面系统是一个人机界面（MMI）,它可以在燃料技术公司提供给客户的控制室中做到控制、监视和观察趋势。

1.7SNCR氨逃逸原因分析

SNCR氨逃逸原因主要有两个：

一是喷入点烟气温度低影响氨与NOx的反应；二是喷入的还原剂过滤和还原剂分布不均匀。

还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOx的分布在炉膛对流截面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个截面上的氨不均匀，则会出现较高的氨逃逸量。

在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要相当大的炉内截面。

为保证脱硝反应能充分进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。

若喷入的NH3不充分反应则逃逸的NH3与不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到S03会产生NH4HSO4易造成空气预热器阻塞，并有腐蚀危险。

但是，由于SNCR工艺中没有催化剂，不会使烟气中的S03浓度增加2-6倍。

在相同的逃逸氨浓度时，形成（NH4）2SO4和NH4HSO4的可能性较SCR低2・6倍。

因此,SNCR工艺的逃逸氨一般控制在5-15ppm以下，而SCR工艺则必须控制在l-5ppmo

2新型烟气再循环低NOx燃烧技术

U询使用较多的烟气再循环法，它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。

从空气预热器前抽取温度较低的烟气，通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器，和空气混合后一起送入炉内，再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比，称为烟气再循环率。

烟气再循环法一般用于电站煤粉锅炉，而用于层燃炉较少。

层燃炉烟气再循环就是在锅炉的尾部抽取低温烟气送入炉排底部风箱或与二次风混合送入炉膛上部。

2.1层燃炉烟气再循环减排NOX的技术原理：

其NOx减排原理：

一是降低了煤层区NOx释放；热烟气取代部分空气降低了燃料层的氧浓度降低，在挥发分析出区，有利于挥发分NOx的还原，在氧化区，有利于降低温度减少热力型NOx形成，在还原区，有利于形成更强的还原性气氛促进焦炭NOx的还原,在燃尽区有利于降低氧浓度，减少的释放。

二是有利于气流在煤层区上部炉膛的混合，形成较均匀的还原性气氛，促进炉膛内NOx进一步还原为N2。

烟气再循环技术在煤粉锅炉上得到一定的应用，当烟气再循环率为15%~20%时，NOx排放浓度可降低25%左右。

上世纪80年代美国一些公司将其用于炉排锅炉，以降低烟气污染物排放量和提高锅炉效率。

1983年在一台4t/h炉排锅炉上进行试验，1987年在一台22.7t/h链条炉上试验，均取得成效.烟尘排放量平均降低40%,热效率提高5%。

传统的层燃炉烟气再循环技术是循环烟气送入鼓风机出口，循环烟气和空气一起配送的各个风箱，这样的工艺虽然简单，但没有考虑各区之间的区别，不是最佳选择。

在研究了层燃炉燃烧NOx释放规律和机理的基础上，山东大学开发了将再循环烟气主要送入挥发分析出区和燃尽区的新型烟气再循环低NOX层燃技术，和传统的烟气再循环技术相比，主要在于取消了中间风仓的烟气循环，并优化了一次风、二次风和再循环烟气的流量匹配。

2.2技术特点

（1）再循环烟气主要引入挥发分析出区和燃尽区，提高了NOx减排效率。

（2）优化了一次风、二次风和再循环烟气的流量配比，再循环烟气量可调，促进可燃气体的燃尽。

（3）再循环烟气加快了煤的干燥和挥发分析出，促进了煤的着火，燃尽区流量加大，有利于氧气的扩散，降低了灰渣含碳量，提高锅炉效率4%-6%o

（4）有可能用于炉内脱硫。

采用烟气再循环的层燃炉煤层温度（1200~1370°C）低于传统的均层燃^（1450-1540°C）o这种较低温度比较适合炉内用钙脱硫。

煤中含钙或煤中加入石灰石与煤制成的粒状体时，就会在燃烧中与硫反应。

（3）投资低廉、系统简单、运行费用低。

2.2设计指标

（1）脱硝效率20-50%

（2）提高锅炉热效率：

4-6%

（3）烟气再循环率：

10-20%

2.3工艺流程及主要设备

层燃炉烟气再循环低NOx燃烧技术的工艺流程见图2o系统主要有烟气再循环风机、二次风机和一些管路、风门等组成。

烟气从锅炉对流受热面以后的除尘器出口抽出，经循环风机，送入炉排下的有关风箱内，使新鲜助燃空气和烟气适当混合后，从炉排下供入。

二次风系统需作一些修改,如加大喷口尺寸，在炉膛侧墙增加二次风喷口等。

再循环风机出口处的流量控制挡板，山就地操作机构控制，操作信号来自锅炉控制盘上的控制器，山运行人员手动控制或自动控制，投入自动控制时，此控制器信号跟踪着送风机流量控制器，并可通过调整，改变再循环烟气与空气的流量比率。

手动时，再循环率山运行人员手动调节.

烟气再循环使锅炉在较低助燃空气量状况下运行，但运行人员必须进行调整，经常测量循环回路中的助燃空气和烟气流量，或测定烟气和空气/烟气混合物中的氧量，以调节再循环量。

给煤机

图2新型层燃炉烟气再循环工艺流程

2.4关于炉排烧坏的问题

层燃炉有一个长期存在的缺点，即煤层中燃料与空气通常没有足够时间进行适当的混合。

原因之一是必须有一定的过剩空气量用来冷却床层和防止灰渣结焦。

即使应用二次风和各种不同的炉排设计，问题也未彻底解决，采用烟气再循环，以烟气代替部分助燃空气，可满足混合和冷却的需要。

烟气中的水分通过水/烟气反应还可提高煤中的碳的活性，使燃烧较为完全。

此外，上述反应是吸热的，有助于冷却煤层。

烟气再循环系统还具有直接加热空气的功能，助燃空气温度虽然提高，但对炉排没有不良影响，因煤层的实际运行温度较低，近煤层处烟气温度降低约140°Co再循环烟气还可送入二次风口，使从煤层逸出的燃料挥发分与氧更好地混合。

虽然可全用循环烟气作二次风，但试验表明，烟气和空气各占50%时，较易控制。

3■前置部分气化低NOx高效层状燃烧技术

燃料再燃技术乂称为燃料分级或炉内还原技术，它是降低NO排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一。

再燃技术是少量（15%〜20%）的燃料作为还原剂在主燃烧器的上部某一合适位置喷入形成再燃区，再燃区空气过量系数小于1（再燃区不仅使已生成的NOx得到还原，同时还抑制了新的No的生成，进一步降低NOx）。

再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽。

燃料再燃技术所用的再燃燃料也可以是外来的天然气、煤制气等。

U前燃料再燃技术主要用于煤粉锅炉，工业锅炉的层燃炉山于受燃烧方式和再燃气来源的限制难以实现。

山东大学能动学院成功开发了前置部分气化低NOx高效层状燃烧技术，把煤气化制气与层状燃烧有机结合，气化气作为还原剂，半焦在炉排上正常燃烧，实现了自制气再燃，降低了NOx的排放，提高了燃烧效率。

3.1技术原理

前置部分气化低NOx高效层状燃烧技术是一种高效低污染层状燃烧技术，它能降低层燃炉NOx排放，同时提高燃烧效率。

其原理是将燃烧分为两个阶段：

煤首先在前置气化炉进行缺氧燃烧，缺氧燃烧提供的热量完成气化室煤的气化热解过程。

然后气化炉热解产生的还原性气体，进入炉膛喉部。

此还原性气体主要成分为C02、CO、CH4、H2等，在炉膛喉部这些气体与半焦燃烧产生NOx进行还原反应，把NOx还原成N2,从而减少NOx的排放。

其反应原理如下：

2NO+2CH4—2HCN+2H2O+H2+88kal

6NO+2CH4f2CO+4H2O+3N2+428kal

2NO+2CnHm+（2n+l^m-l）O2^N2+2nCO2+mH2O

NO+CO—CO2+1/2N2

2NO+2C—N2+2CO

2NO+2H2—N2+2H2O

以上各种反应的温度范围为900-1100°C,且为还原性气氛。

在传统的链条锅炉中，原煤在链条炉排上以此经历预热干燥、挥发分析出，挥发分燃烧和焦炭燃烧、炭的燃尽过程。

其中预热干燥、挥发分析阶段大约占有链条炉排1A的长度。

而本技术实际上是把预热干燥、挥发分析出阶段放在前置气化炉内完成，延长了焦炭在炉排山的停留时间，降低了灰渣含碳量。

另外为了降低炉膛出口的气体不完全燃烧损失，在还原区上部加入燃尽风。

如果在燃煤中加入石灰石固硫剂可实现燃烧固硫。

3.2主要技术特点

前置部分气化低NOx高效层状燃烧技术具有以下特点：

（1）前置气化炉产生半焦和煤气，煤气作为NOx的还原剂，通过二次风口喷入炉膛，实现自我产气的再燃燃烧脱硝。

（2）把煤的干燥气化放在前置气化炉内进行，延长了半焦在炉排上的停留时间，降低了灰渣含碳量。

（3）设置燃尽风，形成氧化性气氛，减少炉膛出口气体不完全燃烧损失。

（4）可实现炉内脱硫。

（5）再循环烟气掺入气化风，有利于加快气化过程，减少气化炉的体积。

（6）一次风、二次风（还原气体）和燃尽风配比及送入炉膛的方式，实现系统整体性能最优

（7）锅炉热效率提高大于5%。

（8）系统简单、投资省，特别适合现有的链条锅炉改造。

3.3主要技术指标

（1）脱硝效率:

25%-50%

（2）燃烧效率提高：

大于5%

（3）脱硫效率：

大于50%

3.4工作流程及主要设备

破焦机2■下风箱3TWI风箱4T化炉5-煤斗

6■二次风机7-气化风机8-再循环风机9-链条炉排

10-引射喷口11-炉膛10-二次风喷口10-燃尽风口

图1前置部分气化低NOx高效层状燃烧装置

煤首先进入煤斗，然后经给煤机进入前置半气化炉，半气化炉产生的炽热半焦经半焦破碎设备流到链条炉排上，半焦在在链条炉排上进行层状燃烧；半气化炉产生的煤气进入炉膛喉部；半气化炉的气化介质是空气，也可掺入部分高温烟气。

高温烟气通过烟气再循环风机从除尘器之后引出，一部分烟气与气化风机出口空气混合后，送到半气化炉作为气化用气，另一部分和二次风机出口空气混合后作为引射器用气和作为燃尽风。

系统的核心设备是前置半气化炉，其它是再循环风机、气化风机、二次风机和一些

管道.风门等。