【正文】 同時(shí)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的自學(xué)能力和動(dòng)手能力。 通過做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我 受 益 匪淺 ，不僅對(duì)煙氣脫硝技術(shù)有了一定的認(rèn)識(shí)和了解，而且使自己各方面的能力也有了提高。 NOx 燃燒技術(shù)，使排放的 NOx 濃度大多可滿足 2020 年頒布的《 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限值要求，但 “ 十二五 ” 期間， 新的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行之后，迫使火力發(fā)電廠必須進(jìn)行煙氣脫硝 。 目前采用較多的是選 擇性催化 還原法（ SCR）的煙氣脫硝技術(shù)。對(duì)于結(jié)露型堵灰，蒸汽和低壓水沖洗可以取得較好的清洗效果； 對(duì)于硫酸氫氨型堵灰，采用高壓水沖洗才能保證清洗效果。從上述分析可知道，脫硝裝置投運(yùn)后，煙氣中 SO3，含量增加使低溫腐蝕程度增加，因此在空氣預(yù)熱器低溫段火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 30 使用 Corten 鋼或鍍搪瓷的元件。因此，在空氣預(yù)熱器的高溫和低溫段，要選用不同規(guī)格的雙波紋換熱板，低溫段預(yù)熱器要采用防堵灰性能更好的規(guī)格。除了采用適當(dāng)?shù)?SO2氧化率和漏氨率指標(biāo)外，漏氨的濃度分布、脫硝設(shè)備性能對(duì)煤質(zhì)和負(fù)荷的適應(yīng)性、脫硝設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性等因素對(duì)空氣預(yù)熱器的影響很大。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 29 (2) 煙氣中增加了一定濃度的 NH3 在 SCR 中，作為還原劑的 NH3，在反應(yīng)器中并沒有完全和 NOX反應(yīng)，有一部分 NH3 會(huì)離開反應(yīng)器 (稱之為氨的逃逸率，該數(shù)值一般為 3— 5L／ L)進(jìn)入空氣預(yù)熱器。究其原因， 是由于 SCR 脫硝裝置投運(yùn)使進(jìn)入空氣預(yù)熱器的煙氣成分發(fā)生了變化。催化劑對(duì)脫除率的影響與催化劑的活性、 類型、結(jié)構(gòu)、表面積等特性有關(guān)。 該結(jié)果表明，時(shí)間 t 增至 200ms 時(shí)，脫除率達(dá)到最大，隨后有所下降。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 27 NH3 的輸入量過大還將增加凈化煙氣中從未反應(yīng)氨的排放濃度，造成二次污染。 不同的催化劑組的最佳反應(yīng)成成分具有不同的最佳反應(yīng)溫度，不同的還原劑的種類也有溫度，其他一些條件（如煤種）的變化也會(huì)對(duì)最佳反應(yīng)溫度產(chǎn)生影響。 截至 2020 年底，環(huán)評(píng)已批、待批項(xiàng)目脫硝機(jī)組總規(guī)模約為 ；大部分集中在江蘇、浙江等火電密集地區(qū)，以及上海、天津、廈門、長(zhǎng)沙、寧波、濟(jì)南、廣東等人口稠密敏感區(qū)域，下表 為 新建火電 SCR 脫硝項(xiàng)目 。該工程中的關(guān)鍵設(shè)施 — 脫硝反應(yīng)器、噴氨格柵、供氨系統(tǒng)等均由蘇源環(huán)保公司獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)，脫硝催化劑采用日立造船的產(chǎn)品。隨著環(huán)保要求的提高，電廠加裝脫硝裝置已成為趨勢(shì)。 據(jù) 2020 年調(diào)查統(tǒng)計(jì)各 電廠氮氧化物排放濃度結(jié)果如下表 41所示 : 表 41 氮氧化物排放濃度調(diào)查結(jié)果 序號(hào) 廠家 排煙處（ mg/Nm3） 01 民權(quán)電廠 265 02 鶴壁電廠 500 03 沁北電廠 500 04 首陽山電廠 450 05 信陽華豫 電廠 450 06 開封電廠 334 07 三門峽電廠 450 08 新鄉(xiāng)電廠 451 09 姚孟電廠 450 10 禹州電廠 457 11 鴨河口電廠 300 從結(jié)果來看，各電廠氮氧化物排放量基本符合國家環(huán)保要求，但和先進(jìn)水平相差較遠(yuǎn)。 （ 6）氨氣緩沖槽 從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進(jìn)入氨氣緩沖槽，通過調(diào)壓閥減壓到一定壓力，再通過氨氣輸送管線到鍋爐側(cè)的脫硝系統(tǒng)。儲(chǔ)氨罐周圍安裝有工業(yè)水噴淋管線和噴嘴，但儲(chǔ)槽體溫度過高時(shí)自動(dòng)淋水裝置啟動(dòng)，對(duì)槽體自動(dòng)淋水減溫。 但對(duì)于燃用較低 灰分的煤種，同時(shí)在 SCR 反應(yīng)器中安裝吹灰器，以除去覆蓋在催化劑活性表面及堵塞氣流通道的顆粒物，從而使反應(yīng)器的壓降保持在較低水平。 （ 3）灰斗 在鍋爐 BMCR 工況下，省煤器出口煙氣流速約為 10m/s，省煤器灰斗除灰占總灰量的 5％。每個(gè)吹灰器的吹掃時(shí)間約 5min，每個(gè)反應(yīng)器的吹灰時(shí)間約 30min；當(dāng)備用催化劑層投運(yùn)時(shí)，每個(gè)反應(yīng)器火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 21 的吹灰時(shí)間約為 45min。 吹灰器通常為可伸縮的耙形結(jié)構(gòu)，采用蒸汽或空氣進(jìn)行吹掃。反應(yīng)器還設(shè)有門孔、觀察口、單軌吊梁等裝置，用于催化劑的安裝、運(yùn)行觀察和維護(hù)保養(yǎng)。 吹灰器裝在每個(gè)催化劑層的上方，采用過熱蒸汽吹掉催化劑上的積灰。經(jīng)過混合柵后，煙氣與氨氣經(jīng)過折角導(dǎo)流柵，流向發(fā)生變化。 SCR 反應(yīng)器外壁一側(cè)在催化劑層處開有檢修門，用于將催化劑模塊裝入催化劑層。通常，燃煤鍋爐煙氣脫硝的 SCR 反應(yīng)器在很高的位置上垂直放置（燒天然氣或燃油鍋爐的 SCR 反應(yīng)器可以水平放置），煙氣先向上流動(dòng)與氨混合，然后經(jīng)過水平煙道再折轉(zhuǎn)向下經(jīng)過脫硝反應(yīng)器。氨蒸氣被送往 SCR 反應(yīng)器處以供使用。 SCR 內(nèi)設(shè)置蒸汽吹灰器或聲波吹 灰器，吹掃介質(zhì)一般為蒸汽，根據(jù) SCR 壓差決定吹掃。N2和 H2O 隨煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器。氨的注入量控制由 SCR 進(jìn)出口 NOX、 O2監(jiān)視分析儀測(cè)量值、稀釋風(fēng)機(jī)流量、煙氣流量來控制、煙氣溫度流量。電廠火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 18 SCR 裝置催化劑一般由三層或兩層組成。煙氣經(jīng)過脫硝過程后經(jīng)空氣預(yù)熱氣熱回收后進(jìn)入靜電除塵器。 ① SCR 反應(yīng)器旁路 系統(tǒng) SCR 反應(yīng)器旁路 系統(tǒng) 設(shè)置的目的有三個(gè)：一是為了機(jī)組在冷啟動(dòng)時(shí)不使催化劑受到損害；二是為了機(jī)組在長(zhǎng)期不脫硝時(shí)節(jié)約引風(fēng)機(jī)的電耗；三是在鍋爐低負(fù)荷低煙氣溫度的時(shí)候?qū)⒋呋瘎└綦x出來，以防止硫酸銨在空氣預(yù)熱器上的沉積。 在每層催化劑之前設(shè)置吹灰器，可隨時(shí)將沉積于催化劑入口火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 17 處的飛灰吹除，防止堵塞催化劑通道。另外，根據(jù)脫硝后的煙氣中 NOX含量對(duì)氨氣流量進(jìn)行修正。 （ 3） SCR 控制系統(tǒng) 控制原理利用固定的 NH3/NO 摩爾比來提供所需的氨氣流量，進(jìn)口 NOX 濃度和煙氣流量的乘積產(chǎn)生 NOX 流量信號(hào)，此信號(hào)乘以NH3/NO 摩爾比就是基本氨氣流量信號(hào)。 （ 2） 氨 /空氣噴 入 系統(tǒng) 氨和空氣在混合器和管路內(nèi)充分混合，再將此混合物導(dǎo)入氨氣分配總管內(nèi)。 （ 1）液氨存儲(chǔ)與供應(yīng)系統(tǒng) ①液氨存儲(chǔ)與供應(yīng)系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽及氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 15 對(duì)于一般燃油或燃煤鍋爐，其 SCR 反應(yīng)器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，因?yàn)榇藚^(qū)間的煙氣溫度剛好適合 SCR脫硝還原反應(yīng)，氨被噴射于省煤器與 SCR 反應(yīng)器間煙道內(nèi)的適當(dāng)位置。這一布置方式的主要問題是 ，當(dāng)將反應(yīng)器布置在濕式 FGD 脫硫裝置后，其排煙溫度僅為 50～60℃，因此，為使煙氣在進(jìn)入催化劑反應(yīng)器之前達(dá)到所需要的反應(yīng)溫度，需要在煙道內(nèi)加裝燃油或燃燒天然氣的燃燒器，或蒸汽加熱的換熱器以加熱煙氣，從而增加了能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用。如圖 31所示， 圖 31 熱段 /高灰布置 此種布置催化劑的壽命會(huì)受下列因素的影響： ①煙氣所攜帶的飛灰中含有 Na、 Ca、 Si、 As 等成分時(shí)，會(huì)使催化劑“中毒”或受污染，從而降低催化劑的效能； ②飛灰對(duì)催化劑反應(yīng) 器的磨損； ③飛灰將催化劑反應(yīng)器蜂窩狀通道堵塞； ④如煙氣溫度升高，會(huì)將催化劑燒結(jié)或使之再結(jié)品而失效，如煙氣溫度將低， NH3 會(huì)和 SO3 反應(yīng)生成酸性硫酸銨，從而會(huì)堵塞催化劑反應(yīng)器通道和污染空氣預(yù)熱器； ⑤高活性的催化劑會(huì)促使煙氣中的 SO2氧化成 SO3。目前已經(jīng)有可靠的氨逃逸監(jiān)測(cè)儀器，但是還達(dá)不到商業(yè)運(yùn)用水平。 （ 5） 氨逃逸 氨逃逸是指過量的反應(yīng)物通過反應(yīng)器排放到煙氣中。 SCR 設(shè)計(jì)必須在氨噴入點(diǎn)和反應(yīng)器入口有足夠的管道長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)混合，混合時(shí)還可通過下面幾點(diǎn)進(jìn)行改善：①在反應(yīng)器上游安裝靜態(tài)混合器；②提高給予噴射流體的能量；③提高噴射器的數(shù)量和 /或噴射區(qū)域；④修改噴嘴設(shè)計(jì)來改善反應(yīng)物的分配、噴射角和方向。對(duì)于固態(tài)排渣爐高灰段布置的 SCR 反應(yīng)器，空間速度選擇一般是 2500～ 3500h1。溫度也影響所需的停留時(shí)間，當(dāng)溫度接近還原反應(yīng)的最佳溫度，所需的停留時(shí)間減少。 煙氣溫度、催化劑量和 NOX脫除率之間的關(guān)系是催化劑配方和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜函數(shù)，每一種催化劑的物理和化學(xué)特性要對(duì)于不同的運(yùn)行條件而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 11 SCR 反應(yīng)參數(shù)及條件 還原反應(yīng)速率決定 了煙氣中 NOX的脫除量，影響 SCR 系統(tǒng) NOX脫除性能的主要設(shè)計(jì)和運(yùn)行因素包括：①反應(yīng)溫度范圍；②在適宜溫度區(qū)間的有效停留時(shí)間；③注入的反應(yīng)物與燃燒煙氣中 NOX的混合程度；④注入的反應(yīng)物與未受控制的 NOX的摩爾比；⑤氨逃逸 。催化劑單元通常垂直布置，煙氣由上向下流動(dòng)。 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 10 圖 2－ 2 SCR 表面反應(yīng)機(jī)理 由于煙氣中氮的氧化物主要是 NO，反應(yīng)式（ 21）無疑是發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)，所需的 NH3/ NOX 比接近化學(xué)計(jì)量關(guān)系。 SCR 技術(shù)也是目前唯一能在氧化氣氛下脫除 NOX的實(shí)用火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 8 方法。非選擇性催化還原（ SNCR） 是一種不用催化劑，在 850～ 1100℃范圍內(nèi)還原 NOX的方法。 (3)等離子體法 等離子體法是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來的一種干法脫硫脫硝技術(shù)，其特點(diǎn)是利用高能電子和高能電子此生的活性基團(tuán)，將 NO氧化為 NO2，然后與 NH3反應(yīng)生成硝酸銨而得以脫除。 （ 2） 干法（ Dry process） ,是指反應(yīng)劑為氣態(tài)的工藝技術(shù)。利用流化床內(nèi)強(qiáng)烈的湍流效應(yīng)和較高的循環(huán)倍率加強(qiáng)固體顆粒間的碰撞以及固體顆粒與煙氣的接觸，靠摩擦不斷地從吸附劑表面去除反應(yīng)產(chǎn)物，以暴露出新鮮的反應(yīng)表面積，從而提高吸附劑的利用率。這一方法可以用于燃燒器多層布置的電站鍋爐，在保持總空氣量不變的條件下，調(diào)整各層燃燒器噴口的燃料與空氣的比例，然后保證濃淡兩部分燃?xì)獬?分混合好并燃盡。 濃淡偏差燃燒技術(shù) 濃淡偏差燃燒技術(shù)的原理是依據(jù) NOX對(duì)過量空氣系 數(shù) a的依賴關(guān)系，使部分燃料在空氣不足條件下燃燒，即燃料過濃燃燒；另一部分燃料在空氣過剩下燃燒，即燃料過淡燃燒。 煙氣再循環(huán) 該技術(shù)是在鍋爐空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t膛或與一、二次風(fēng)混合后送入爐膛，既降低了燃燒區(qū)域的溫度，又降低了燃燒區(qū)域的氧濃度，可抑制 NOX的生成。 燃料分級(jí)燃燒 該技術(shù)的目的是將主燃燒器供入的一次燃料在一級(jí)燃燒區(qū)形成的 NOX在二次燃料的再燃區(qū)重新還原為 氮?dú)?。?dāng)過量空氣系數(shù) a＜ 1，燃燒區(qū)處于“貧氧燃燒” 火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 5 狀態(tài)時(shí)，對(duì)于抑制在該區(qū) NOX的生成量有明顯的效果。 低 NOX燃燒技術(shù) 最常用的低 NOX燃燒技術(shù)是分級(jí)燃燒技術(shù)，它包含了低過量空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)等技術(shù)。燃燒前脫氮主要將燃料轉(zhuǎn)化為低氮燃料，成本太貴，工程應(yīng)用較少。然而，我國環(huán)境的氮氧化物環(huán)境容量只有 1800 萬噸。我國氮氧化物的排放中有70％來自煤炭的直接燃燒，電力行業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是 NOX排放的 主要來源之一。 2020 年環(huán)保部又頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (二次征求意見稿 )》計(jì)劃 2020 年 1 月 1 日開始實(shí)施。 表 01 火電廠燃煤鍋爐 NOX最高排放濃度（ mg/m3） 時(shí)段 第Ⅰ時(shí)段 ① 第Ⅱ時(shí)段 ② 第Ⅲ時(shí)段 ③ 實(shí)施時(shí)間 2020 年 1 月 1 日 2020 年 1 月 1 日 2020年 1 月 1日 Vdaf﹤ 10% 1500 1300 1100 10%﹤ Vdaf﹤ 20% 1100 650 650 Vdaf﹥ 20% 450 注：① 第Ⅰ時(shí)段： 1996 年 12 月 31 日前建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書 審批的新建、擴(kuò)建、改建火電廠建設(shè)項(xiàng)目 ② 第Ⅱ時(shí)段： 1997 年 1 月 1 日起至本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前通過建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的新建、擴(kuò)建、改建火電廠建設(shè)項(xiàng)目 ③ 第Ⅲ時(shí)段：自 2020 年 1 月 1 日起，通過建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的新建、擴(kuò)建、改建火電廠建設(shè)項(xiàng)目（含在第 2 時(shí)段中通過環(huán)境影響報(bào)告書審批的新建、擴(kuò)建、改建火電廠建設(shè)項(xiàng)目，自批準(zhǔn)之日起滿 5 年，在本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前尚未開工建設(shè)的火電廠建設(shè)項(xiàng)目） 國務(wù)院頒發(fā)的《國家環(huán)境保護(hù)“十一五”規(guī)劃》中明確規(guī)定：“繼續(xù)開展氮氧化物控制研究，加快氮氧化物控制技術(shù)開發(fā)與示范，將氮氧 化物納入污染源監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)范圍，為實(shí)施總量控制創(chuàng)造條件”。 2020 年全國氮氧化物排放量達(dá)到 2020 萬噸，成為世界第一氮氧化物排放國。 總體 上我國火電廠氮氧化物排放量隨著火電行業(yè)的發(fā)展呈不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)?；痣姀S煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用分析 1 0 前言 氮氧化物（ NOx）是主要的大氣污染物之一，火電廠排放的 NOx中絕大部分是 NO，其毒性不大，但是 NO 在大氣中可以氧化生成NO2，其毒性是 NO 的 4～ 5 倍，當(dāng)含量達(dá)到 150 10－ 6時(shí)，對(duì)人體器官產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用。 2020~2020 年五年間，火電廠裝機(jī)容量增長(zhǎng)了%，煤耗量增長(zhǎng)了 %，而 2020 年我國火電 NOx 排放量為 萬