【正文】 3；用于脫硝的還原劑通常采用 20%～25%濃度的氨水。無色透明液體，易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。與強氧化劑和酸劇烈反應(yīng)。與鹵素、氧化汞、氧化銀接觸會形成對震動敏感的化合物。接觸下列物質(zhì)能引發(fā)燃燒和爆炸：三甲胺、氨基化合物、1氯2，4二硝基苯、鄰—氯代硝基苯、鉑、二氟化三氧、二氧二氟化銫、鹵代硼、汞、碘、溴、次氯酸鹽、氯漂、氨基化合物、塑料和橡膠。腐蝕銅、黃銅、青銅、鋁、鋼、錫、鋅及其合金等等。 尿素的特性：尿素是白色或淺黃色的結(jié)晶體，易溶于水，水溶液呈中性反應(yīng)。不同尿素濃度的水溶液有不同結(jié)晶溫度，40%(重量)尿素水溶液結(jié)晶溫度約 2℃、50%(重量)尿素水溶液結(jié)晶溫度約 18℃。固體的尿素，吸濕性較強，因在尿素生產(chǎn)中加入石蠟等疏水物質(zhì)、或用防濕薄膜形成 Methylene Diurea(MDU)，其吸濕性大大下降。與無水氨及有水氨相比，尿素是無毒、無害的化學(xué)品，是農(nóng)業(yè)常用的肥料，無爆炸可能性，完全沒有危險性。尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性的考量，更不須任何的緊急程序來確保安全。 還原劑特點 在燃煤電廠脫硝工藝中直接參加化學(xué)反應(yīng)的是還原劑氨氣。氨氣有二種制備方法，即直接法和間接法。直接法通過液氨或氨水汽化制取氨氣；間接法即為水解或熱解尿素法制取氨氣。因此，選擇還原劑原料主要有三類：液氨、氨水、尿素。主要特點如下： (1) 液氨的投資、運輸和使用成本為三者最低，但液氨屬于易燃易爆物品，必須符合國家有關(guān)的法規(guī)和勞動安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，其運輸、存儲涉及應(yīng)有嚴(yán)格的安全保證和防火措施。 (2) 脫硝所用氨水的質(zhì)量百分比一般在 20～30%，較液氨安全，但運輸體積大，運輸成本相對液氨高。 (3) 尿素是一種顆粒狀的農(nóng)業(yè)肥料，安全無害，但用其制氨的系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備多，初投資大，大量尿素的存儲還存在潮解的問題。 在這三種還原劑原料中，最早的 SNCR 系統(tǒng)是采用液氨作為還原劑的，不管是液氨還是氨水都可以使用。液氨為高壓儲存，氨水濃度達到 28%時，也有相當(dāng)大的儲存壓力，使得氨水的儲存系統(tǒng)變得復(fù)雜和昂貴。如果使用氨水，一般也是用 20%濃度的氨水，然而隨著濃度的減小，所需的儲存容積會增加，從而提高了投資費用。 還原劑選擇 本項目 1～3 號爐若采用的是 SNCR 脫硝工藝，還原劑氨水和尿素比較，見表 。 表 SNCR 脫硝還原劑液氨和尿素比較項目氨水尿素品質(zhì)要求質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥20/25%，殘渣含量≤，色度/號≤80號%以上合格品技術(shù)工藝成熟成熟成熟占地較大小系統(tǒng)復(fù)雜性較簡單簡單還原劑的消耗高低還原劑的費用低高運輸費用低較高安全性有毒無害存儲條件陰涼通風(fēng)處常壓、干態(tài)存儲方式儲罐(液態(tài))料倉(微粒狀)制備方法2025%濃度的氨水溶液10%濃度的還原劑系統(tǒng)響應(yīng)性快慢最佳反應(yīng)溫度850～1050℃900～1100℃管道堵塞現(xiàn)象無有初投資費用低低運行費用低低設(shè)備安全要求應(yīng)符合GB150《危險化學(xué)品安全管理條例》等相關(guān)規(guī)定 由表 可以看出，采用 SNCR 噴入爐膛的還原劑應(yīng)在最佳煙氣溫度區(qū)間內(nèi)與煙氣中的 NOx 反應(yīng)，并通過噴槍的布置獲得最佳的煙氣－還原劑混合程度以達到最高的脫硝效率。如采用氨水作為還原劑，最佳反應(yīng)溫度是 850℃～1050℃。如采用尿素作為還原劑，最佳反應(yīng)溫度是 900℃～1100℃，而現(xiàn)熱電廠爐膛溫度在830℃～900℃,可以滿足要求。 國內(nèi)采用 SNCR 脫硝還原劑多采用尿素，尿素運輸、儲存、輸送都無需特別的安全防護措施,只需用普通的聚丙烯編織袋內(nèi)襯塑料薄膜包裝運輸即可，但受溫度影響很大，溫度低會因熱量不足而反應(yīng)緩慢，造成還原劑不能完全反應(yīng)，其后果是一方面使得脫硝效率降低，另一方面使大量未完全反應(yīng)的氨隨煙氣逃逸進入大氣。 本項目考慮到所處區(qū)域及場地限制，SNCR 脫硝如采用液氨，對安全要求較高，所以建議采用氨水和尿素共用的脫硝系統(tǒng)。 公用工程系統(tǒng)及配套設(shè)施現(xiàn)狀 供水 熱電廠現(xiàn)有 1 條供水管線，供水管管徑為 DN400，供水能力可達 1400m3/h，供水能力能滿足熱電廠全廠最大耗水量。 供電 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)有熱電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計時未考慮脫硝裝置的用電負荷，但因為脫硝系統(tǒng)用電負荷很小，所以無需重設(shè)脫硝電源。本項目煙氣脫硝供電為低壓負荷，可從附近區(qū)域引接。 氣源 公司原有的螺桿式空壓機，排氣壓力 ，主要用于鍋爐微油點火系統(tǒng)、鍋爐吹灰調(diào)節(jié)閥控制氣源及檢修使用，用氣量很小，但是如采用SNCR 脫硝，用氣量較大，在 8m3/min 左右，原產(chǎn)氣量不能滿足煙氣脫硝改造工程壓縮空氣的使用。 蒸汽 脫硝系統(tǒng)的蒸汽主要供尿素溶解用，而鍋爐自用蒸汽壓力為 ～，可滿足脫硝工藝用汽要求。因此，脫硝工藝用汽可就近從熱電廠輔汽聯(lián)箱引接。 4 脫硝工藝方案的選擇 燃煤鍋爐 NOx 的生成機理 通常所說的氮氧化物 NOx 有多種不同形式：N2O、NO、NON2ON2O4 和 N2O5，其中NO 含量超過 90%，NO2 占 5～10%，N2O 只有 1%左右。煤燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，這二種統(tǒng)稱為氮氧化物(NOx)，在煤燃燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件有關(guān)。研究表明，在煤的燃燒過程中生成 NOx 的主要途徑有三個： (1) 熱力型 NOx，它是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的 NOx。 (2) 快速型 NOx，它是燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如 HC 等反應(yīng)生成的 NOx。 (3) 燃料型 NOx，它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的 NOx。 這三種類型的 NOx，其各自的生成量和煤的燃燒溫度有關(guān)，在電廠鍋爐中燃料型NOx 是最主要的，其占 NOx 總量的 60～80%，熱力型其次，快速型最少。 熱力型 NOx 的生成機理 熱力型 NOx 是空氣中的氧(O2)和氮(N2)在燃料燃燒時所形成的高溫環(huán)境下生成的NO 和 NO2 的總和，其總反應(yīng)式為： N2+O2←→2NO NO+O2←→NO2 熱力型氮氧化物的生成與燃燒溫度、氧分解后的氧原子濃度、停留反應(yīng)時間的關(guān)系很大，當(dāng)燃燒區(qū)域溫度低于 1000℃時，NO 生成量很??；當(dāng)溫度在 1300～1500℃時，NO的濃度在 500～1000ppm，而且隨著溫度的升高，氮氧化物生成速度按指數(shù)規(guī)律增加。因此，溫度對熱力型氮氧化物的生成具有決定作用。一般煤粉爐熱力氮氧化物占 10～20%。 根據(jù)熱力型 NOx 的生成過程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛中燃燒溫度，并避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型 NOx 的生成。 燃料型 NOx 的生成機理 燃料型 NOx 的生成是燃料中的氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化反應(yīng)而生成的 NOx，稱為燃料型 NOx。在 600～800℃時就會生成燃料型 NOx。燃煤電廠鍋爐中產(chǎn)生的 NOx 中有 75～90%是燃料型 NOx。因此，燃料型 NOx 是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的 NOx 的主要途徑。研究燃料型 NOx 的生成和破壞機理，對于控制燃燒過程中 NOx的生成和排放，具有重要的意義。 燃料型 NOx 的生成和破壞過程不僅和煤種特性、燃料中的氮化合物受熱分解后在揮分和焦炭中的比例、成分和分布有關(guān)，而且其反應(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)。研究它的生成機理，大約有以下規(guī)律： 燃料在進入爐膛被加熱后，燃料中的氮有機化合物首先被熱分解成氰(HCN)、氨(NH4)和 CN 等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)分一起從燃料中析出，它們被稱為揮發(fā)分 N。揮發(fā)分 N 析出后仍殘留在燃料中的氮化合物，被稱為焦炭 N。隨著爐膛溫度的升高及煤粉細度的減小(煤粉變細)，揮發(fā)分 N 的比例增大，焦炭 N 的比例減小。揮發(fā)分 N 中的主要氮化合物是 HCN 和 NH3，它們遇到氧后，HCN 首先氧化成 NCO，NCO 在氧化性環(huán)境中會進一步氧化成 NO，如在還原性環(huán)境中，NCO 則會生成 NH，NH 在氧化性環(huán)境中會進一步氧化成 NO，同時又能與生成 NO 進行還原反應(yīng)，使 NO 還原成 N2，成為 NO 的還原劑。 主要反應(yīng)式如下： 在氧化性環(huán)境中，HCN 直接氧化成 NO： HCN+O←→NCO+H NCO+O←→NO+CO NCO+OH←→NO+CO+H 在還原性環(huán)境中，NCO 生成 NH： NCO+H←→NH+CO 如 NH 在還原性環(huán)境中： NH+H←→N+H2 NH+NO←→N2+OH 如 NH 在氧化性環(huán)境中： NH+O2←→NO+OH NH+OH←→NO+H2 NH3 氧化生成 NO： NH3+OH←→NH2+H2O NH3+O←→NH2+OH NH2+O←→NO+H2 以上反應(yīng)生成的 NOx 燃燒過程中如遇到烴(CHm)或碳(C)時，NO 將會被還原成氮分子 N2，這一過程被稱為 NO 的再燃燒或燃料分級燃燒。根據(jù)這一原理，將進入鍋爐爐膛的煤粉分層分級引入燃燒的技術(shù)，可以有效的控制 NOx 的生成排放。 在一般情況下，燃料型 NOx 的主要來源是揮發(fā)分 N，其占總量的 60～80%，其余為焦炭 N 所形成，占到 20～40%。在氧化性環(huán)境中生成的 NOx 遇到還原性氣氛時，還會還原成 N2。因此，鍋爐燃燒最初形成的 NOx，并不等于其排放濃度，而隨著燃燒條件的改變，生成的 NOx 可能被還原或稱被破壞。煤中的 N 在燃燒過程中轉(zhuǎn)化為 NOx 的量與煤的揮發(fā)份及燃燒過量空氣系數(shù)有關(guān)，在過量空氣系數(shù)大于 1 的氧化性氣氛中，煤的揮發(fā)分越高，NOx 的生成量越多，若過量空氣系數(shù)小于 1，高揮發(fā)分燃煤的 NOx 生成量較低，其主要原因是高揮發(fā)分燃料迅速燃燒，使燃燒區(qū)域氧量降低，不利于 NOx 的生成。 快速型 NOx 的生成機理 快速型 NOx 主要是指燃料中的碳氫化合物在燃料濃度較高區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的烴與燃燒空氣中的 N2 分子發(fā)生反應(yīng)，形成的 CN、HCN，繼續(xù)氧化而生成的 NOx。因此，快速型 NOx 主要產(chǎn)生于碳氫化合物含量較高、氧濃度較低的富燃料區(qū)，多發(fā)生在內(nèi)燃機的燃燒過程。而在燃煤鍋爐中，其生成量很小。 脫硝工藝簡介 目前，控制 NOX 排放的措施大致分為三類，第一類是低氮燃燒技術(shù)，通過各種技術(shù)手段，抑制或還原燃燒過程中生成的 NOX，來降低氮氧化物排放；第二類是爐膛噴射脫硝技術(shù)；第三類是煙氣凈化技術(shù)，包括濕法脫硝技術(shù)和干法脫硝技術(shù)。這些技術(shù)可單獨或組合使用。 低氮燃燒技術(shù)(簡稱 LNB) 由 NOx 的形成條件可知，對 NOx 的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過量空氣量。因此，低氮燃燒技術(shù)就是通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，以達到阻止 NOx生成及降低其排放的目的。 現(xiàn)代低氮燃燒技術(shù)將煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)、燃燒器、二次風(fēng)及燃盡風(fēng)等技術(shù)作為一個整體考慮，以低氮燃燒器與空氣分級為核心，在爐內(nèi)組織適宜的燃燒溫度，氣氛與停留時間，形成早期的、強烈的、煤粉快速著火欠氧燃燒，利用燃燒過程產(chǎn)生的氮基中間產(chǎn)物來抑制或還原已經(jīng)生成的 NOx。目前，對低氮燃燒技術(shù)的要求是，在降低 NOx的同時，使鍋爐燃燒穩(wěn)定，且飛灰含碳量不能超標(biāo)，并兼顧鍋爐防結(jié)渣與腐蝕等問題。常用的低 NOx 燃燒技術(shù)有如下幾種： (1) 燃燒優(yōu)化燃燒優(yōu)化是通過調(diào)整鍋爐燃燒配風(fēng)，控制 NOx 排放的一種實用方法。循環(huán)流化床鍋爐在這一點上已經(jīng)做到了改進，可以有效的抑制氮氧化物的產(chǎn)生。煤種不同燃燒所需的理論空氣量也不同。因此，在運行調(diào)整中，必須根據(jù)煤種的變化，隨時進行燃燒配風(fēng)調(diào)整。 (2) 空氣分級燃燒技術(shù) 空氣分級燃燒技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的低 NOx 燃燒技術(shù)，它的主要原理是將燃料的燃燒過程分段進行。該技術(shù)是將燃燒用風(fēng)分為一、二次風(fēng)，減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量(一次風(fēng))，提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，推遲一、二次風(fēng)混合時間，這樣煤粉進入爐膛時就形成了一個富燃料區(qū)，使燃料在富燃料區(qū)進行缺氧燃燒，充分利用燃燒初期產(chǎn)生的氮基中間產(chǎn)物，提高燃燒過程中的 NOx 自還原能力，以降低燃料型 NOx 的生成。缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風(fēng)混合，使燃料完全燃燒。 該技術(shù)主要是通過減少燃燒高溫區(qū)域的空氣量，以降低 NOx 的生成技術(shù)。它的關(guān)鍵是風(fēng)的分配，一般情況下，一次風(fēng)占總風(fēng)量的 25～35%。對于部分鍋爐風(fēng)量分配不當(dāng)，會增加鍋爐的燃燒損失，同時造成受熱面的結(jié)渣腐蝕。因此，該是技術(shù)多應(yīng)用于新鍋爐的設(shè)計及燃燒器的改造中。 (3) 燃燒分級燃燒技術(shù) 該技術(shù)是將鍋爐的燃燒分為二個區(qū)域進行，將 85%左右的燃料送入第一級燃燒區(qū)進行富氧燃燒，生成大量的 NOx，在第二級燃燒區(qū)送入 15%的燃料(天然氣為主)，進行缺氧燃燒，將第一區(qū)生成的 NOx 進行還原，同時抑制 NOx 的生成，可降低 NOx 的排放。 (4) 煙氣再循環(huán)技術(shù) 該技術(shù)是將鍋爐尾部的低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t膛或與一次風(fēng)、二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，降低了燃燒區(qū)域溫度，同時降低了燃燒區(qū)域的氧的濃度，所以降低了 NOx 的生成量。該技術(shù)的關(guān)鍵是煙氣再循環(huán)率的選擇和煤種的變化。 (5) 低 NOx 燃燒器 將空氣分級及燃料分級的原理應(yīng)用于燃燒器的設(shè)計，盡可能的降低著火區(qū)的氧濃度和溫度，從而達到控制 NOx 生成量的目的，這類特殊設(shè)計的燃燒器就是低 NOx 燃燒器，一般可以降低 NOx 排放濃