【文章內(nèi)容簡介】 2），將濃淡分離的PM型燃燒器與緊湊型燃盡風(fēng)CCOFA與分離的多層燃盡風(fēng)SOFA相結(jié)合。 圖32 切圓低NOx燃燒技術(shù)演變過程目前，國內(nèi)三大鍋爐廠都擁有了低NOx燃燒技術(shù)，除此之外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國電科環(huán)、X熱工研究院等公司也研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低NOx燃燒技術(shù)。這些技術(shù)具有一定的共性：1) 低NOx直流燃燒器：燃燒器首要任務(wù)是燃燒，濃淡偏差穩(wěn)燃措施也有助于控制NOx。在煤粉噴嘴前，通過偏流裝置（彎頭、百葉窗、擋塊，如圖33）使煤粉濃縮分離成濃淡兩股。噴嘴設(shè)擾流鈍體，一方面可卷吸高溫?zé)煔饣亓?，另一方面使?jié)庀嗝悍墼诶@流時偏離空氣，射入高溫回流煙氣區(qū)域。這樣，在燃燒器鈍體下游，可形成高濃度煤粉在高溫?zé)煔庵械臐獾钋费跞紵瑥亩行Э刂迫紵跗诘腘Ox生成量。2) 爐內(nèi)徑向空氣分級：一次風(fēng)粉射流切圓相對較小或者將水平濃淡燃燒器的濃相煤粉小角度反切，二次風(fēng)射流角度偏離一次風(fēng)或者設(shè)置貼壁風(fēng)（圖34）。一、二次風(fēng)的這種射流方式，可使煤粉集中到爐膛中央，絕大部分的煤粉在爐膛中央欠氧燃燒，極少量的煤粉在大切圓附近燃燒，水冷壁表面附近為氧化氣氛，形成爐內(nèi)徑向空氣分級濃淡偏差燃燒。即，在控制NOx的同時，有效防止水冷壁結(jié)渣或高溫?zé)煔飧g。3) 爐內(nèi)軸向空氣分級：為增加濃相煤粉在欠氧氣氛區(qū)域的停留時間，提高燃燒過程中的NOx自還原能力，部分二次風(fēng)通過頂層燃燒器上部的一層或多層高位燃盡風(fēng)噴口送入爐膛（圖35），在爐內(nèi)軸向形成大范圍的空氣分級燃燒。即，~，并通過燃盡風(fēng)完成焦炭、CO及其它中間產(chǎn)物的燃盡。 圖33 低NOx直流燃燒器 圖34 爐內(nèi)徑向空氣分級 圖35 爐內(nèi)軸向空氣分級對于燃用煙煤老機(jī)組，國內(nèi)已有部分切圓燃燒鍋爐進(jìn)行了以控制燃盡、結(jié)渣與NOx排放為核心的燃燒改造（表31），取得了200~350mg/m3的NOx控制效果。切圓低氮燃燒改造典型案例有京能熱電4200MW、深圳媽灣2300MW、華能銅川2600MW（圖36）、安徽馬鞍山萬能達(dá)2號爐等，這些改造工程基本燃用高揮發(fā)分煙煤，能控制爐膛出口NOx濃度小于300mg/m3。表31 國內(nèi)低氮燃燒鍋爐案例統(tǒng)計電廠名稱容量MW燃燒方式燃用煤種改前NOxmg/m3改后NOxmg/m3承擔(dān)公司國電西固610號50切圓煙煤320~350煙臺龍源大唐高井50切圓煙煤680400~430哈工大國華一熱14號100切圓神華煙煤350浙大京能熱電1號200切圓大同小峪煤和混合煙煤700~800300~350煙臺龍源京能熱電2~4號200切圓大同小峪煤和混合煙煤700~800300~350哈工大國電大同14號200切圓煙煤800~1000380~450煙臺龍源國電靖遠(yuǎn)14號200切圓煙煤380~450煙臺龍源富拉爾基6號200切圓扎賚諾爾褐煤360~400哈工大河南首陽山220切圓煙煤360~400哈工大深圳媽灣1號300切圓晉北煙煤600300煙臺龍源外高橋一廠2號300切圓神華煙煤350~450上鍋利港12號350前墻雁北混煤1200360~400西門子宜興協(xié)聯(lián)7號135切圓煙煤300~350阿米那浙江錢清125切圓貧煤500~700400摩博泰柯華能南京320前后墻貧煤1320850TPRI江蘇利港一期350前墻煙煤1250400ABT華電青島300切圓貧混煤700400哈工大 煙氣脫硝SCRSCR技術(shù)最早于上世紀(jì)70年代用于日本電站鍋爐的NOx控制，其原理是把氨基還原劑氣噴入鍋爐下游300~400℃的煙道內(nèi)，在催化劑作用下，利用氨基還原劑的選擇性將煙氣中NOx還原成無害的N2和H2O。SCR是一種成熟的深度煙氣氮氧化物后處理技術(shù)，無論是新建機(jī)組還是在役機(jī)組改造，絕大部分煤粉鍋爐都可以安裝SCR裝置。典型的煙氣脫硝SCR工藝具有如下特點：1) 脫硝效率可以高達(dá)95%，NOx排放濃度可控制到50mg/m3以下，是其他任何一項脫硝技術(shù)都無法單獨達(dá)到的。2) 催化劑是工藝關(guān)鍵設(shè)備。催化劑在與煙氣接觸過程中，受到氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)毒害、飛灰堵塞與沖蝕磨損等因素的影響，其活性逐漸降低，通常3~4年增加或更換一層催化劑。對于廢棄的催化劑，由于富集了大量痕量重金屬元素，需要謹(jǐn)慎處理。3) 反應(yīng)器內(nèi)煙氣垂直向下流速約4~，催化劑通道內(nèi)煙氣速度約5~7m/s。4) 脫硝系統(tǒng)會增加鍋爐煙道系統(tǒng)阻力約700~1000Pa，需提高引風(fēng)機(jī)壓頭。5) SCR系統(tǒng)的運(yùn)行會增加空預(yù)器入口煙氣中SO3濃度，并殘留部分未反應(yīng)的逃逸氨氣，二者在空預(yù)器低溫?fù)Q熱面上反應(yīng)形成硫酸氫銨，易惡化空預(yù)器冷端的堵塞和腐蝕，需要對空預(yù)器采取抗硫酸氫銨堵塞措施（對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器有影響）。6) 受制于鍋爐煙氣參數(shù)、飛灰特性及空間布置等因素的影響，根據(jù)反應(yīng)器的布置位置，SCR工藝分為高灰型、低灰型和尾部型等三種：高灰型SCR是主流布置，工作環(huán)境相對惡劣，催化劑活性惰化較快，但煙氣溫度合適（300~400℃），經(jīng)濟(jì)性最高；低灰型SCR與尾部型SCR的選擇，主要是為了凈化催化劑運(yùn)行的煙氣條件或者是受到布置空間的限制，由于需將煙氣加熱到300℃以上，只適合于特定環(huán)境。國內(nèi)自福建漳州后石電廠建成第一臺SCR裝置，從2005年期大規(guī)模用于電站鍋爐的NOx控制，這些機(jī)組均采用高灰型SCR布置工藝，脫硝效率約60~90%。與新建機(jī)組相比，老機(jī)組脫硝改造時，面臨布置空間、鍋爐基礎(chǔ)和鋼架的加固等工作，改造難度較大（圖37是典型改造案例之一）。圖36 高灰型SCR脫硝系統(tǒng) 圖37 SCR改造案例 SNCR煙氣脫硝SNCR技術(shù)是利用機(jī)械式噴槍將氨基還原劑（如氨氣、氨水、尿素）溶液霧化成液滴噴入爐膛，熱解生成氣態(tài)NH3，在850~1050℃溫度區(qū)域（通常為鍋爐對流換熱區(qū)）和沒有催化劑的條件下，NH3與NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx還原成N2與H2O（圖39）。噴入爐膛的氣態(tài)NH3同時參與還原和氧化兩個競爭反應(yīng)：溫度超過1050℃時，NH3被氧化成NOx，氧化反應(yīng)起主導(dǎo)；溫度低于850℃時，NH3與NOx的還原反應(yīng)為主，但反應(yīng)速率降低。這是一項十分成熟的脫硝技術(shù)，但相對SCR而言，脫硝效率有限制。但是，由于它的低投資和低運(yùn)行成本，特別適合小容量鍋爐的使用；小容量鍋爐可以做到比較高的效率，因而綜合性價比較好。SNCR整體工藝比較簡潔，具有如下特點：l 隨機(jī)組容量增加，爐膛尺寸增大、機(jī)組負(fù)荷變化范圍擴(kuò)大，增加了SNCR反應(yīng)溫度窗口與還原劑均勻混合的控制難度，致使脫硝效率降低。對于600MW煤粉鍋爐，在控制氨逃逸濃度小于10μL/L條件下，SNCR脫硝效率僅有30%左右。l 還原劑霧化液滴在大于1100℃溫度下分解時，部分被氧化成NOx，增加了NOx原始控制難度，導(dǎo)致還原劑的有效利用率較低。脫硝效率為30~40%時，~，甚至更高，還原劑利用率僅為20~30%。l SNCR裝置不增加煙氣系統(tǒng)阻力，也不產(chǎn)生新的SO3，氨逃逸濃度通?？刂圃?0μL/L以內(nèi)。l 還原劑噴入爐膛前，需要稀釋到10%以下，而霧化液滴蒸發(fā)熱解過程需要吸收一定的熱量，%~%。SNCR脫硝裝置的NOx去除效果受到有效停留時間、投送窗口、混合程度、及化學(xué)當(dāng)量比等多個因素的影響：l 有效停留時間：是指還原劑在爐內(nèi)完成與煙氣的混合、液滴蒸發(fā)、熱解析出NHNH3轉(zhuǎn)化成游離基NH還原反應(yīng)等全部過程所需要的時間。通常要求停留時間超過1s，在850~1050℃，以使NH3與NOx充分?jǐn)U散與反應(yīng)，最大限度減少氨逃逸。此外，如果尿素霧化液滴在離開850~1050℃對流區(qū)間時，仍舊沒有完全熱解完畢，則后期析出的殘余NH3因低溫?zé)o法反應(yīng)也會造成大量氨逃逸，因此，應(yīng)保證有足夠的時間使液滴剛進(jìn)入反應(yīng)區(qū)就能夠完成蒸發(fā)熱解析氨過程。l 投送窗口：尿素溶液噴射點至脫硝還原反應(yīng)區(qū)間的時間越長，越有利于霧化液滴蒸發(fā)析氨，為還原反應(yīng)提供足夠的氣態(tài)氨，但由于液滴蒸發(fā)過程所處溫度較高，這會造成大量NH3被氧化成NOx，不僅降低了還原劑的利用率，且加重了后期的還原反應(yīng)。因此，在保證提供適量氣態(tài)氨進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域的前提下，應(yīng)最大化減少液滴蒸發(fā)期間的NH3氧化量，通常尿素溶液的噴射溫度窗口約為850~1050℃，即，折焰角附近的屏過、再熱器及水平煙道的末級過、再熱器所在的對流區(qū)域。為適應(yīng)負(fù)荷與煤種等因素對爐內(nèi)煙氣溫度分布的影響，SNCR系統(tǒng)通常采取如下兩種措施：在線調(diào)整霧化液滴的粒徑大小與含水量，縮短或延長液滴的蒸發(fā)與熱解時間，使熱解產(chǎn)物NH3投送到合適的脫硝還原反應(yīng)區(qū)域；在爐膛高度上多層布置尿素噴射器，高負(fù)荷時投運(yùn)上層噴射器，低負(fù)荷時投運(yùn)下層噴射器。l 充分混合：在給定還原劑噴射量下，如果進(jìn)入反應(yīng)區(qū)間內(nèi)的NH3分布不均勻，不僅會降低脫硝效率，還會造成局部過高的氨逃逸。為提高反應(yīng)區(qū)間內(nèi)的NH3/NO分布均勻性，尿素溶液噴射系統(tǒng)需要具備高的穿透能力和強(qiáng)的混合性：優(yōu)化墻式霧化噴射器的噴嘴，控制霧化液滴的粒徑、噴射角度、穿透深度及覆蓋范圍；采取高速射流氣體或多噴嘴長槍式噴射器，增強(qiáng)霧化液滴的投送準(zhǔn)確性。l 化學(xué)當(dāng)量比（NSR）：NH3NO理論化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量比為1:1，但由于部分NH3被氧化、反應(yīng)區(qū)間較短的停留時間以及噴射混合均勻性的限制，需要噴入比理論化學(xué)當(dāng)量更多的還原劑。運(yùn)行經(jīng)驗顯示，脫硝效率在50%以內(nèi)時，NH3/~。SNCR脫硝系統(tǒng)通常采用尿素作為還原劑，如何將尿素溶液霧化液滴投送到爐膛的合適溫度區(qū)間，并使之與煙氣充分混合，是決定SNCR裝置脫硝效率的關(guān)鍵。根據(jù)霧化噴槍的結(jié)構(gòu)特點，可將SNCR技術(shù)分為三種：l 墻式SNCR。大量長度較短的墻式尿素噴射器分多層布置在爐膛折焰角高度附近的水冷壁四周，噴嘴伸入爐膛的距離小于5cm，依靠非常多的噴射點來提高還原劑的投送范圍與混合均勻性，主要適用于150MW等級以下小容量鍋爐。國內(nèi)某100MW機(jī)組，在爐膛折焰角附近的水冷壁四周分四層布置了49支墻式蒸汽霧化雙流體噴射器，通常投運(yùn)一層或兩層噴射器就能滿足40%的脫硝效率要求。l 多噴嘴式SNCR。對于容積約200~300MW等級的鍋爐，為提高尿素霧化液滴的投送和混合效果，可采用多噴嘴長槍式尿素噴射器。噴射器類似鍋爐長桿蒸汽吹灰器，桿體布置大量噴嘴，采用壓縮空氣霧化尿素溶液。噴射器長度可以改變，插入爐膛的深度超過3m，主要布置在側(cè)墻折焰角上方墻式噴射器難以有效投送的區(qū)域。當(dāng)噴射器不使用、冷卻水流量不足、冷卻水溫度高或霧化空氣流量不足時，可自動退出。韓國某廠250MW機(jī)組配前后墻對沖方式燃燒，NOx排放濃度約700~950mg/m3。在折焰角上下方布置了三層尿素噴槍，其中22只墻式噴槍，4只多噴嘴噴槍，脫硝效率達(dá)到40%。l 霧化增濕噴射器。除從噴射器角度考慮脫硝還原劑的準(zhǔn)確投送外，還可采用增濕高速射流空氣投送尿素霧化液滴技術(shù)。在折焰角附近側(cè)墻，布置多個尿素溶液控制盒，每個控制盒里有尿素溶液噴嘴、稀釋水噴嘴、增濕水噴嘴及高壓空氣（壓力約10kPa，配單獨的高壓羅茨風(fēng)機(jī)）噴口，增濕后的高速空氣射流能夠多角度多層次地攜帶尿素液滴到合適的地方。這種投送方式可獲得50%以上的脫硝效率，并有效減少還原劑耗量20~30%。SNCR技術(shù)在美國應(yīng)用相對較廣，在國內(nèi)目前已有較多電廠采用了SNCR煙氣脫硝技術(shù)（表32）。這些機(jī)組基本燃用煙煤，均采用了先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，爐膛出口NOx濃度約300~400mg/m3，配合SNCR裝置，可達(dá)到200~260mg/m3的NOx控制水平，能夠滿足未來一段時期內(nèi)部分老機(jī)組的NOx控制要求。 圖38 SNCR系統(tǒng)表32 SNCR業(yè)績統(tǒng)計序號項目單位利港三期萬浦熱電國華北京廣州恒運(yùn)1機(jī)組容量MW6006001002002入口NOx濃度mg/m34004003503002出口NOx濃度mg/m33002602001953脫硝效率%253543354氨逃逸濃度μL/L5101085對鍋爐效率影響%6工程承包商南京龍源大唐環(huán)境浙江大學(xué)同方環(huán)境7技術(shù)來源FuelTechFuelTech浙江大學(xué)GE 混合型煙氣脫硝（SNCR/SCR）混合型SNCR/SCR技術(shù)是將SNCR與煙道型SCR結(jié)合，SNCR承擔(dān)脫硝和提供還原劑NH3的雙重功能，利用煙道型SCR將上游來的NH3與NOx反應(yīng)完全，從而提高整體脫硝效率，彌補(bǔ)SNCR裝置脫硝效率有限的缺陷。技術(shù)特點如下：1) 適應(yīng)于場地空間有限的特定環(huán)境，脫硝效率可達(dá)到75%左右。2) 煙道阻力約增加小于150~500Pa，主要取決于催化劑的用量和煙道形式。3) 整體脫硝效率低于70%時，煙道型SCR不需另設(shè)噴氨AIG裝置，但需要提高煙道型SCR的脫硝效率時，還得增設(shè)單獨的氨噴射系統(tǒng)。4) 早期的煙道型SCR反應(yīng)器布置在水平煙道上，煙氣水平流動，流速較高。改進(jìn)后的煙道型SCR垂直布置，流速降低，以提高催化劑使用壽命。5) 煙道型SCR沒有噴氨混合裝置，依靠上游來的NH3與NOx反應(yīng)，因此NH3在煙道截面的分布情況將嚴(yán)重影響SCR的脫硝效果。SNCR/SCR混合型脫硝技術(shù)是近年來發(fā)展起來的技術(shù)，有其特定的應(yīng)用范圍。圖39 SNCR/SCR混合工藝 脫硝路線選擇對于本工程，脫硝改造時按NOx基準(zhǔn)為500mg/m3進(jìn)行設(shè)計，脫硝改造有以下2種方案可供選擇：方案一：SNCR+煙道型SCR混合法工藝，按原始NOx濃度500