【正文】 制備方法，即直接法和間接法。因此，選擇還原劑原料主要有三類：液氨、氨水、尿素。 (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。 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。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。 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)量分數(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。 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)。 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。 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。因此，脫硝工藝用汽可就近從熱電廠輔汽聯(lián)箱引接。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)。 (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。 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。因此，溫度對熱力型氮氧化物的生成具有決定作用。 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。在 600～800℃時就會生成燃料型 NOx。因此，燃料型 NOx 是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的 NOx 的主要途徑。 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)。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。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。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。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。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。 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)。 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。 現(xiàn)代低氮燃燒技術(shù)將煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)、燃燒器、二次風及燃盡風等技術(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。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，控制 NOx 排放的一種實用方法。煤種不同燃燒所需的理論空氣量也不同。 (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。缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與二次風混合，使燃料完全燃燒。它的關(guān)鍵是風的分配，一般情況下，一次風占總風量的 25～35%。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。 (4) 煙氣再循環(huán)技術(shù) 該技術(shù)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。 (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 排放濃度的 30～60%。它包括噴水、噴二次燃料和噴氨等。下面著重介紹噴氨(或尿素)法。因此，這種方法又稱為選擇性非催化脫硝法(SNCR)。當氨和煙氣中 NOx 接觸時，會發(fā)生下面的還原反應(yīng)： 4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2 4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2 4NH3+6NO→6H2O+5N2 8NH3+6NO2→12H2O+7N2 采用該方法要解決好兩個問題：一是氨的噴射點選擇，要保證在鍋爐負荷變動的情況下，噴入的氨均能在 850～1050℃(或 900～1100℃)范圍內(nèi)與煙氣反應(yīng)。二是噴氨量的選擇要適當，少則無法達到預(yù)期的脫除 NOx 的效果，但氨量過大，將在尾部受熱產(chǎn)生硫酸銨，從而堵塞并腐蝕空氣預(yù)熱器，因此，要求尾部煙氣中允許的氨的泄露量應(yīng)小于 10ppm，在這一條件限制下，非催化煙氣噴氨脫硝法的 NOx 降低率為 30～50%。 煙氣脫硝技術(shù) 由于低 NOx 燃燒技術(shù)降低 NOx 的排放是比較低的(一般在 50%以下)，因此，當 NOx的排放標準要求比較嚴格時，就要考慮采用燃燒后的煙氣處理技術(shù)來降低 NOx 的排放量。 (1) 干法煙氣脫硝技術(shù) 干法煙氣脫硝技術(shù)包括采用催化劑來促進 NOx 的還原反應(yīng)的選擇性催化還原脫硝法、電子束照射法和電暈放電等離子體同時脫硫脫硝法。該方法能達到 60～90%的 NOx 降低率。催化劑反應(yīng)器在鍋爐煙道中的布置有三種可能方案： ① 鍋爐省煤器后、空氣預(yù)熱器前溫度在 320～420℃的位置(以下簡稱前置式布置)。 缺點：催化劑宜中毒，催化劑反應(yīng)器宜受飛灰磨損，反應(yīng)器蜂窩狀通道宜堵塞，催化劑宜燒結(jié)，不適合于高活性催化劑。 ③ 布置在 FGD 之后(以下簡稱后置式布置) 當鍋爐尾部煙道裝有濕法脫硫裝置(FGD)時，可將催化劑反應(yīng)器裝于 FGD 之后，使催化劑工作在無塵、無 SO2 的煙氣中，故可采用高活性催化劑，并使反應(yīng)器布置緊湊，但由于煙氣溫度低(50～60℃)，難以達到催化劑的工作溫度，因此，須在煙道內(nèi)加裝燃油或燃氣的燃燒器，或蒸汽加熱器來加熱煙氣，從而增加了能源消耗和運行費用。 2) 電子束照射同時脫硫脫硝技術(shù) 電子束氨法煙氣脫硫脫硝技術(shù)(簡稱 EA—FGD 技術(shù))是一種以氨作為脫硫脫硝劑，燃煤鍋爐(機組)產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后，主要含 SONOX、NH2O。在電子束的作用下，與氨反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨微粒，通過除塵器(副產(chǎn)物收集器)予以除去，從而達到凈化煙氣的目的。電子束輻射處理煙氣技術(shù)地優(yōu)點有：能同時脫硫脫硝，處理過程中不用觸媒，不產(chǎn)生二次污染，不受塵埃影響，因是干式處理法，不影響原系統(tǒng)地熱效率，煙氣可不必再加熱即從煙囪排放。 EA—FGD 技術(shù)國外自 l970 年開始研究，先后有 10 余個國家從事該技術(shù)的研究，現(xiàn)已建成的各類裝置有 30 余座，其中工業(yè)化裝置有 5 座，最大裝置的處理量為 200MW機組產(chǎn)生的煙氣。這些都是制約氨法在煙氣脫硫上推廣的因素，一直沒有被企業(yè)和環(huán)保部門完全接受。國內(nèi)目前的應(yīng)用有：成都熱電廠 ，；北京京豐熱電有限責任公司 150MW 燃煤發(fā)電機組排放煙氣的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程。 3) 電暈放電等離子體同時脫硫脫硝技術(shù) 電暈放電過程中產(chǎn)生的活化電子(5～20Ev)在與氣體分子碰撞的過程中會產(chǎn)生OH、O2H、N、O 等自由基和 O3。在有氨注入的情況下，進一步生成硫酸氨和硝酸氨等細顆粒氣溶膠。 鍋爐排放的煙氣首先經(jīng)過一級除塵，去掉 80%左右的粉塵。INCT 在 Kawecyn 電廠采用了一種干底噴霧技術(shù)。降溫后的煙氣與化學計量比的氨混合進入等離子體反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物由二次除塵設(shè)備收集。最后潔凈的煙氣從煙囪排出。后者的活化電子(5～20Ev)則由脈沖流柱電暈的局部強電場加速得到。 (2) 濕法煙氣同時脫硫脫硝技術(shù) 傳統(tǒng)濕法煙氣脫硝有兩大類，一類是利用燃煤鍋爐已裝有煙氣洗滌脫硫裝置的，只要對脫硫裝置進行適當改造，或調(diào)整運行條件，就可將煙氣中的 NOx 在洗滌過程中除去。由于須加將 NO 氧化為 NO2 的設(shè)備，雖然效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜，用水量大，并有水的污染，因此燃煤鍋爐很少采用。但近年來研究的電化學輔助脫硝、生物輔助脫硝技術(shù)等，有望在脫硝技術(shù)上取得新的突破。 脫硝工藝選擇的原則 根據(jù)以上對脫硝工藝的簡要介紹，本項目控制 NOx 排放有很多種方法，各種脫硝工藝項目投資和脫硝效率各不相同，選擇何種脫硝工藝一般可根據(jù)以下幾個方面綜合考慮： (1) NOx 排放濃度必須滿足國家最新排放標準和當?shù)卣畬Νh(huán)保的要求。 (3) 脫硝工藝要做到技術(shù)成熟、設(shè)備運行可靠，并有較多成功的運行業(yè)績。 (5) 脫硝裝置應(yīng)布置合理。 (7) 脫硝工藝還原劑、水和能源等消耗少，盡量減少運行費用。 (9) 脫硝裝置對電廠鍋爐運行的影響最小。 根據(jù) 2010 年 1 月 27 日實施的《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》(環(huán)發(fā)[2010]10號)規(guī)定，加強電源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，加速淘汰 100MW 及以下燃煤凝汽機組，繼續(xù)實施“上大壓小”政策，積極發(fā)展大容量、高參數(shù)的大型燃煤機組和以熱定電的熱電聯(lián)產(chǎn)項目，以提高能源利用率。對在役燃煤機組進行低氮燃燒技術(shù)改造后，其氮氧化物排放濃度仍不達標或不滿足總量控制要求時，應(yīng)配置煙氣脫硝設(shè)施。 熱電廠現(xiàn)有 1～3 號鍋爐投運日期均在2003年以后。 本項目從國家脫硝技術(shù)路線看，需要采用選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)或 SNCR－SCR 聯(lián)合脫硝技術(shù)。在沒有催化劑，溫度在 850～1050℃范圍內(nèi)，氨為還原劑時，發(fā)生反應(yīng)： 4 NH 3+4 NO+O2=4 N 2+6 H 2 O 當溫度過高時會發(fā)生反應(yīng)： 4 NH 3+5O2=4 NO+6 H 2 O 當溫度低于 800℃時，反應(yīng)不完全，氨的逃逸率高，造成二次污染，導(dǎo)致脫硝效率降低。 2) 影響 SNCR 反應(yīng)的因素 ① 還原劑噴入點的選擇 噴入點必須保證使還原劑進入爐膛內(nèi)適宜反應(yīng)的溫度區(qū)間(850～1050℃)，這個溫度范圍存在與鍋爐燃燒室和省煤室的過熱器區(qū)域。需要利用計算機模擬和流體力學的知識來模擬鍋爐內(nèi)煙氣的流場分布和溫度分布，以此為設(shè)計依據(jù)來合理選擇噴射點和噴射方式。實驗研究表明：停留時間從 100ms 增加到 500ms，NOx 最大還原率從 70%上升到了 93%左右。根據(jù)化學反應(yīng)方程，NH3/NOx 摩爾比應(yīng)該為 1，但實際上都要比 1 大才能達到較理想的 NOx 還原率，已有的運行經(jīng)驗顯示，NH3/NOx 摩爾比一般控制在 ～ 之間，最大不要超過 。根據(jù)美國環(huán)保署 Daniel C. Mussatti 等人做的 NOx 還原率與反應(yīng)溫度和停留時間的關(guān)系的實驗結(jié)果，圖 為 NOx 脫除率與 NH3/NOx 摩爾比的關(guān)系圖，從中可以看出，當 NH3/NOx 摩爾比小于 2，隨 NH3/NOx 摩爾比增加，NOx 脫除率顯著增加，但 NH3/NOx摩爾比大于 2 后，增加就很少。 只有在以上四方面的要求都滿足的條件下，NOx 脫除才會有令人滿意的效果。國外的實際運行結(jié)果表明，應(yīng)用于大型電站鍋爐的 SNCR 的 NOx 還原率只有 40%。 以上四個方面的因素都涉及到了 SNCR 還原劑的噴射系統(tǒng)，所以在 SNCR 中還原劑的噴射系統(tǒng)的設(shè)計是一個非常重要的環(huán)節(jié)。對于電站鍋爐，投資成本和運行成本依據(jù) NOx 排放濃度的不同二有所差異，特別是運行成本與煙氣原始 NOx 濃度關(guān)系十分巨大，