【導讀】GEDI國家甲級證書號:190101. 廣東省電力設計研究院。臺山電廠一期5號機組煙氣脫硝工程可行性研究報告

　　

【正文】 煙氣 容積 流量 m3/h 4509074 4304379 1270387 煙氣 重量 流量 kg/s 煙氣含塵量 g/m3 煙氣壓力 kPa 2 煙氣溫度 0C 366 361 265 過?？諝庀禂?shù) 表 42 SCR 入口 煙氣參數(shù)：校核煤種條件 (實際含氧量 ,濕態(tài) ) 項 目 單 位 機組運行工況 BMCR TMCR 30% MCR 煙氣流量 m3/h 4554734 3996686 煙氣流量 kg/s 煙氣含塵量 g/m3 煙氣壓力 kPa 煙氣溫度 0C 367 355 過剩空氣系數(shù) 表 43 煤微量元素分析 項目 單位 數(shù)據(jù) F ppm 27 CI % As ppm 6 Cu ppm 10 Pb ppm 10 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 19－ Zn ppm 20 Cr ppm 0 Cd ppm 0 Ni ppm 30 Hg ppm 幾種脫硝工藝簡介 氮氧化物（ NOx） 形成原因 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 其總反應式為： N2+O2←→2NO NO+1/2O2←→NO 2 燃料中的氮化合物在燃燒過程中氧化反應而生成的 NOx 在燃料進入爐膛被加熱后，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)份 一起從燃料中析出，它們被稱為揮發(fā)份 N。揮發(fā)份 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)份 N 的比例增大，焦炭 N 的比例減小。揮發(fā)份 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)境中進一步氧化成 NO，同時又能與生成的 NO 進行還原反應，使 NO 還原成 N2，成為 NO 的還原劑。主要反應式如下： 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+H 2 NH+NO←→N 2+OH 如 NH 在氧化性環(huán)境中： NH+O2←→NO+OH NH+OH←→NO+H 2 NH3氧化生成 NO： NH3+OH←→NH 2+H2O NH3+O←→NH2+OH NH 2+O←→NO+H 2 脫除氮氧化合物的方法 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 20－ 要降低煙氣中氮氧化合物的濃度，可采用燃燒控制和煙氣脫硝 的方式。 燃燒控制 由 氮氧化物（ NOx） 形成原因可知 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。低 NOx 燃燒技術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 量 的目的。對低 NOx 燃燒技術的要求是，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。 (1) 燃燒優(yōu)化 燃燒優(yōu)化是通過調(diào)整鍋爐燃燒配風，控制 NOx 排放的一種實用方法。它采取的措施是通過控制燃燒空氣量、保持每只燃燒器的風粉 (煤粉 )比相對平衡及進行燃燒調(diào)整，使燃料型 NOx 的生成降到最低，從而達 到控制 NOx 排放的目的。 煤種不同，燃燒所需的理論空氣量亦不同。因此，在運行調(diào)整中，必須根據(jù)煤種的變化，隨時進行燃燒配風調(diào)整，控制一次風粉比不超過 :1。調(diào)整各燃燒器的配風，保證各燃燒器下粉的均勻性，其偏差不大于 。二次風的配給須與各燃燒器的燃料量相匹配，對停運的燃燒器，在不燒火嘴的情況下，盡量關小該燃燒器的各次配風，使燃料處于低氧燃燒，以降低 NOx 的生成量。 (2 )空氣分級燃燒技術 空氣分級燃燒技術是目前應用較為廣泛的低 NOx 燃燒技術，它的主要原理是將燃料的燃燒過程分段進行。該技 術是將燃燒用風分為一、二次風，減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量(一次風 )，提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，推遲一、二次風混合時間，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，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混合，使燃料完全燃燒。 該技術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。它的關鍵是風的分配，一般情況下，一次風占總風量的 25～ 35%。對于部分鍋爐，風量分配不當，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，該技術較多應用于新鍋爐的設計及燃燒器 的改造中。 (3) 燃料分級燃燒技術 該技術是將鍋爐的燃燒分為兩個區(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，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 量 。 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 21－ (4) 煙氣再循環(huán)技術 該技術是將鍋爐尾部的低溫煙氣直接送入爐膛或與一次風、二次風混合后送入爐內(nèi)，降低了燃燒區(qū)域的溫度，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。該技術的關鍵是煙氣再循環(huán)率的選擇和煤種的變化 (5 )技術局限 這些 低 NOx 燃燒技術 設法建立空氣過量系數(shù)小于１的富燃區(qū)或控制燃燒溫度，抑制NOx 的生成，在燃用煙煤、褐煤時可以達到國家的排放標準，但是在燃用低揮發(fā)分的無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時還遠遠不能達到國家的排放標準。需要結(jié)合煙氣凈化技術來進一步控制氮氧化物（ NOx） 排放 。 煙氣脫氮 在煙氣凈化技術上控制氮氧化物（ NOx） 排放目前主要方法有 選擇性非催化還原SNCR、選擇性催化還原 SCR，和電子束照射法 (可同時脫硫 )等。 選擇性非催化還原 SNCR、選擇性催化還原 SCR 等技術 已 商業(yè)化 。 (1) 選擇性非催化還原 SNCR 法 原理： SNCR 法又 稱 高 熱脫硝 (Thermal De Nox)法，它是利用 注入的 NH3與煙氣 中的 NO 反 應 生成 N2和 H2O； 該反應必須在高溫下進行 。其 反應式如下 ： 4NO+4NH3+O2→4N 2+6H2O (1) 4NH3+5O2→4NO+6H 2O (2) 應應 式 (1)發(fā) 生的反 應溫度 在 1070～ 1270176。K；而反 應 式 (2)則發(fā)生 在 1370176。K 以上的溫度 。所以 SNCR 法的 溫 度控制必須在 1200～ 1400176。K 之間。 (2 )選擇性催化還原 SCR 法 原理： SCR 法除了 多 一個催化劑的 作用外，其他 化學 原理均 與 SNCR 法相同。 反應溫度對于不同的催化劑其適宜的溫度也不同，催化劑形狀有圓柱狀 、球 狀 、 環(huán)狀 、 平板狀 、或者 蜂巢形 (Honeyb)。在 SCR 反 應 器方面，可分垂直和水平 氣流兩種 。 因為催化劑 在使用一段時間 后會 老化，所以 必須定期更換 ， 更換時間與操作以及運行情況以及煙氣成份有很大關系 ，一般在 2～ 5 年。 催化劑的更換最好采用分階段的更換方式 ，每一次更 換 1/3 的 催 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 22－ 化劑 。造成 催化劑老化 的原因可能有以下 幾種： (1)燒結(jié)作用 ， 減少空隙度 ； (2)微小固體顆粒沉積 在孔上； (3)被 堿 金屬 (如鉀 )或重 金屬 所毒害； (4)被 SO3所毒害； (5)被 飛灰侵蝕 。系統(tǒng)中還原劑 NH3的用量一般需要根據(jù)期望達到的脫硝效率，通過設定 NOx 與 NH3的摩爾比來控制。催化劑的活性不同，達到相同的轉(zhuǎn)化率時，所需要的 NOx 與 NH3的摩爾比不同。各種催化劑都有一定的 NOx 、 NH3 摩爾比范圍，當摩爾比較小時， NOx 與 NH3的反應不完全， NOx 轉(zhuǎn)化率低。當摩爾超過一定范圍時， NOx 轉(zhuǎn)化率不再增加，造成 NH3的浪費，并與 SO3反 應 而形成 硫酸氫銨 ， 容易 造成下游 設備的堵塞 。 (3) 電子束照射法（可同時脫硫） 原理： 此種方法是 利用 一 電子 光束射透 煙氣氣流 ，使 電子與氣體分子碰撞產(chǎn)生離子 ； 離子與氣體反應產(chǎn)生 原子和自由基。 這些 原子或自由 基與煙氣 中 的污染物反應 ，其 方應 式如下： H20 → H+OH O2 → 2O OH+NO → HNO 2 O+NO → NO OH+NO2 → HNO 3 SO2+O → SO 3 上式 反應過程中產(chǎn)生的酸 可用 堿 (如 Ca(OH)2)進行 中和，反 應 式如下： 2HNO3+Ca(OH)2→Ca(NO3) 2+2H2O SO3+H2O+Ca(OH)2→CaSO4 ． 2H2O 除了上述 3 種 脫氮 方法外 , 還有“吸附法” ，“氧化吸收法”等。 主要的煙氣脫氮方式列于 表 41 ： 表 41 主要煙氣脫氮方式 名稱 凈化劑 反應產(chǎn)物 反應條件 脫 氮 效率 選擇性非催化劑脫氮 法（ SNCR） NH3 CO（ NH） 2 N2 、 H2O 950－ 1000℃ 40～ 50％ 選擇性催化劑脫 氮法（ SCR） NH3 CO（ NH） 2 N2 、 H2O 300～ 400℃ , 催化劑 50～ 95％ 電子束法 NH3 （ NH4） 2SO4 吸附法 NH3 N2 、 H2O 活性炭在 120℃ 50％ 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 23－ NaOH CaOH CaSO 下吸附 氧化吸收法 NH3 （ NH4） 2SO4 50－ 60℃ ～ 50％ 選擇性催化還原 煙氣脫氮法 （ SCR） 選擇性催化還原 煙氣脫氮法 （ SCR）是國際上應用最多，技術最成熟的一種 煙氣脫氮技術。 SCR 原理圖見圖 ，主要反應式如下： 4ＮＯ +4ＮＨ 3+Ｏ 2— 4Ｎ 2+6Ｈ 2Ｏ 6ＮＯ 2+8ＮＨ 3— 7Ｎ 2+12Ｈ 2Ｏ ＮＯ +ＮＯ 2+2ＮＨ 3— 2Ｎ 2+3Ｈ 2Ｏ 或者 2ＮＯ 2+4ＮＨ 3+Ｏ 2＝ 3Ｎ 2+6Ｈ 2Ｏ 由于在鍋爐煙氣中還有 SO2 等氣體存在 , SCR反應的催化劑通常對 SO2 等的部分氧化也起到了一定作用 , 根據(jù)下式： SO2 +1/2 O2 = SO3 反應 生成的 SO3在進一步同 SCR 反應中未 反應 的氨 反應 ，生成硫酸氨和硫酸氫氨。 2NH3＋ SO3＋ H2O =（ NH4） 2SO4 NH3＋ SO3＋ H2O =NH4HSO4 圖 SCR 反應原理圖 臺山電廠一期 5 號機組煙氣脫硝工程 可行性研究報告 － 24－ 而 NH4HSO4是一種 粘性很大 的一種物質(zhì) ， 會附著在催化劑上，隔絕催化劑與煙氣，使得反應無法進行。而 NH4HSO4的分解溫度為 230℃，因此，反應的溫度一定要大于 230℃，一般來說，溫度取在 300℃以上。 對于 天然氣等含硫量特別低的燃料，反應溫度可稍低。同時 ，催化劑能夠長期承受的溫度不得高于 400℃，超過該限值，會導致催化劑燒結(jié)。因此， SCR 最佳的反應溫度 300～ 400℃ 。 按照 SCR 安裝位置的不同 SCR 可以分為高飛灰（ High－ Dust）和低飛灰（ Low－ Dust）兩種（詳見圖 和 ）。 高飛灰：電除塵器之前 優(yōu)點：在機組正常工作的時候，可以滿足反應需要的溫度，但在低負荷時，仍需要額外的熱源（蒸汽 /省煤器旁路）來提高煙氣溫度 缺點：飛灰有一定程度的磨損，其中的一些有害物質(zhì)也會導致催化劑中毒 ，飛灰含量大，柵格橫截面積大，有效反應面積減小，催化劑用量增加。 低飛灰方式：布置于除塵器之后 或者 煙氣脫硫裝置之后。 優(yōu)點：可以幾臺鍋爐共用一套脫硝裝置； 飛灰中有害物質(zhì)已除去，延長了催化劑的使