【正文】 停留時間 因為任何反應(yīng)都需要時間，所以還原劑必須和 NOx 在合適的溫度區(qū)域內(nèi)有足夠的停留時間，這樣才能保證煙氣中的 NOx 還原率。溫度高，還原劑被氧化成 NOx，煙氣中的 NOx 含量不減少反而增加；溫度低，反應(yīng)不充分，造成還原劑流失，對下游設(shè)備產(chǎn)生不利的影響甚至造成新的污染。 SNCR 也可以采用尿素或者氨水為還原劑，加水配成一定濃度的溶液，直接噴入 800～1100℃的煙氣中，達到與噴氨一樣的效果。 主要技術(shù)特點 (1) 選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR) 1) 反應(yīng)機理選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)是當(dāng)前 NOx 治理中采用且具有一定前途的爐內(nèi)脫硝技術(shù)之一。根據(jù)《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》規(guī)定，燃用煙煤或褐煤且投運時間不足 20 年的在役機組，宜選用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)或其他煙氣脫硝技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)主要有：選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)、SNCR－SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)及其他煙氣脫硝技術(shù)。在役燃煤機組氮氧化物排放濃度不達標(biāo)或不滿足總量控制要求的電廠，應(yīng)進行低氮燃燒技術(shù)改造。 脫硝工藝的選擇 主要技術(shù)路線 根據(jù)熱電廠提供資料，熱電廠 1～3 號鍋爐實際氮氧化物排放監(jiān)測濃度在 ，由以上數(shù)據(jù)可以看出：NOx 排放濃度 1～3 號鍋爐均不滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)中 200mg/Nm3 的要求。 (8) 檢修和維護費用小。 (6) 脫硝還原劑有穩(wěn)定可靠的來源。 (4) 根據(jù)項目的實際情況，盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資、運行費用。 (2) 脫硝工藝要適用于項目已經(jīng)確定的煤質(zhì)條件、并考慮燃煤來源變化的可能性。應(yīng)該指出，同時脫硫脫硝技術(shù)雖說具有良好的發(fā)展前景，但目前還遠不如單獨脫硫、脫硝技術(shù)成熟，且脫硝率也低于單獨方式，還有待于進一步的研究。下面簡單介紹同時脫硫脫硝的濕式系統(tǒng)： 1) 石灰/石膏法 采用生石灰、消石灰和微粒碳酸鈣制成吸收液，并加入少量硫酸將吸收液的 pH值調(diào)到 4～，則在洗滌反應(yīng)塔里會發(fā)生下面的反應(yīng)： Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O CaSO3+SO2+H2O→Ca(HSO3)2 NO+2Ca(HSO3)2+H2O→1/2N2++2SO2 O2+2Ca(HSO3)2+H2O→1/2N2++2SO2 2）氨/石膏法 在洗滌反應(yīng)器中在加入 NH3，則會發(fā)生下面的反應(yīng)： 2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+SO2+H2O→NH4HSO3 NH4HSO3+2Ca(OH)2→+2NH3+7/2H2O+CaSO3 NO+2NH4HSO3→1/2N2+(NH4)2SO4+SO2+H2O NO2+4NH4HSO3→1/2N2+2(NH4)2SO4+2SO2+2H2O 傳統(tǒng)濕式系統(tǒng)的普遍缺點是結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復(fù)雜運行成本和初投資較高。另一類是單純的濕法洗滌脫硝。該方法的 NOx 脫除率相當(dāng)可觀，其投資和運行費用也相對較低，但目前由于脈沖電源等技術(shù)尚不成熟，因此，距離大面積工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。 電暈放電法與電子束輻照法是類似的方法，只是獲得高能電子的渠道不同，電子束法的高能電子束(500～800keV)是由加速器加速得到。采用 ESP 或布袋均可，但選擇布袋更優(yōu)。一般增濕后的煙氣含 H20 在 10%左右。之后將煙氣降溫到 70～80℃目前降溫的方法有兩種：一是熱交換器，二是噴霧增濕降溫。產(chǎn)物用常規(guī)方法(ESP 或布袋)收集，完成從氣相中的分離。這些活性物種引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)首先把氣態(tài)的 S02 和 N0x轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r氧化物，然后形成 HNO3 和 H2SO4。 由于該項技術(shù)存在明顯的缺點(系統(tǒng)可用率不高、氨損較大、能耗大、脫硫脫硝效率較低)，因此不作推薦。由于部分相關(guān)技術(shù)的限制，目前在大型鍋爐上應(yīng)用尚有一定困難。 EA—FGD 技術(shù)存在著系統(tǒng)可用率不高、氨損較大、能耗大、脫硫脫硝效率較低、固硫固氮反應(yīng)后生成的化肥能否有效捕集和設(shè)備容易阻塞的問題，加上氨法起步晚、業(yè)績少，主要設(shè)備如大功率的電子束加速器和脈沖電暈發(fā)生裝置還在研制階段。添加氨時，副產(chǎn)品可作為肥料使用。主要反應(yīng)如下： H 2 SO4 + 2 NH 3 =( NH 4 ) 2 SO4 HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO3 SO2 + 2 NH 3 + H 2 O + 1 / 2O2 =( NH 4 ) 2 SO4 為提高脫除率，更好地回收和利用生成物，加入氨、石灰水等添加劑，生成固體化學(xué)肥料硫酸銨和硝酸銨。它們在電子加速器產(chǎn)生的電子束流輻照下，經(jīng)電離、激發(fā)、分解等作用，可生成活性很強的離子、激發(fā)態(tài)分子。 目前采用最多的布置方式是前置式布置。 ② 布置在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間 該法由于靜電除塵器無法在 300～400℃溫度下正常工作，因此很少采用。 優(yōu)點：溫度范圍適合于大多數(shù)催化劑的工作溫度。選擇性催化劑脫硝法的系統(tǒng)主要由催化劑反應(yīng)器、催化劑和氨儲存和噴射系統(tǒng)所組成。 1) 選擇性催化還原脫硝法(SCR) 采用該法脫硝的反應(yīng)溫度取決于催化劑的種類，催化劑室應(yīng)布置在尾部煙道中相應(yīng)的位置。煙氣脫硝分為干法、濕法。 非催化煙氣噴氨脫硝法投資少，運行費用也低，但反應(yīng)溫度范圍狹窄，目前在歐洲和美國的 300MW 燃煤電站鍋爐上已有采用該法運行經(jīng)驗，但市場占有率較低。一般在爐墻上開設(shè)多層氨噴射口。氨的噴入地點一般在爐膛上部煙氣溫度在 850～1050℃(或900～1100℃)范圍內(nèi)的區(qū)域。 噴氨法是一種選擇性降低 NOx 排放量的方法(因噴入的氨只與煙氣中的 NOx 發(fā)生反應(yīng)，而不與煙氣中的其他成分反應(yīng))，當(dāng)不采用催化劑時，NH3 還原 NOx 的反應(yīng)只能在850～1050℃(或 900～1100℃)這一狹窄的溫度范圍內(nèi)進行。但噴水和二次燃料的方法，尚存在著如何將 NO 氧化為 NO2 和解決選擇性非反應(yīng)的問題，因此，目前還不成熟。 爐膛噴射脫硝技術(shù) 爐膛噴射脫硝實際上是在爐膛上部噴射某種物質(zhì)，使其在一定的溫度條件下還原以生成的 NOx，以降低 NOx 的排放量。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。 (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。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。 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)。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。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。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。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。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。這些技術(shù)可單獨或組合使用。而在燃煤鍋爐中，其生成量很小。 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，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。 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%。 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。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。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。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。燃煤電廠鍋爐中產(chǎn)生的 NOx 中有 75～90%是燃料型 NOx。 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。一般煤粉爐熱力氮氧化物占 10～20%。 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。 (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。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。 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。 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。本項目煙氣脫硝供電為低壓負荷，可從附近區(qū)域引接。 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。 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。如采用氨水作為還原劑，最佳反應(yīng)溫度是 850℃～1050℃。 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 。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。 (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。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。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。 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。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。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℃。腐蝕銅、黃銅、青銅、鋁、鋼、錫、鋅及其合金等等。與鹵素、氧化汞、氧化銀接觸會形成對震動敏感的化合物。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。10%＜含氨≤35%的氨溶液，危險貨物編號為82503；用于脫硝的還原劑通常采用 20%～25%濃度的氨水。氨溶液：含氨＞50%的氨溶液，危險貨物編號為 23003。氨蒸氣與空氣混合物爆炸極限 16～25%(最易引燃濃度 17%)和遇高溫(93C 以上)時有爆炸的危險，氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸，如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在，則危險性更高。無色氣體,有刺激性惡臭味。目前，世界上脫硝系統(tǒng)最常用的還原劑有三種：液氨、氨水和尿素。本工程環(huán)評于 2013 年 8 月，由河北省環(huán)保廳批復(fù)。 (2) 公路運輸條件 是京建、津圍公路的必經(jīng)之路，距離