脱硝培训学习.pptx
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1、一、NOx排放状况氮氧化物是主要的大气污染物,也是形成酸雨的主要原因之一。氮氧化物的人为排放量占大气中氮氧化物排放量的1/3。燃煤电厂更是氮氧化物排放的大户。氮氧化物主要是NO和NO2,通常把这两种氮的氧化物称为NOx。在NOX中,NO约占90%,NO2约占5%10%,而N2O只占1%左右。我国对NOx的控制研究已经开始,根据我国电站锅炉(50300MW)调查结果,燃油锅炉排放NOx的浓度为6001400mg/m3,固态排渣煤粉炉为6001200mg/m3,液态排渣炉为8501150mg/m3,旋风炉为10001500mg/m3。计算表明,我国发电量每增加100亿kWh,排放量增加3.98.8
2、万吨。第1页/共50页二、NOx排放控制措施 国内外对燃烧过程中NOx的生成机理做了大量的研究,目前对NOx的生成机理以及影响因素都比较清楚。煤炭燃烧过程中NOx的生成有三种不同的途径。热力NOx(Thermal NOx)它是燃烧过程中空气里的N2在高温下氧化而生成的氮氧化物,它占总的氮氧化物的20%左右。快速NOx(Prompt NOX)它是燃料中的碳氢化合物CHx与空气中的N2,在过量的空气系数为0.70.8时,由于缺氧燃烧生成,其生成地点不是发生在火焰面的下游,而是在燃烧初期的火焰面内部,而且反应时间极短,在实际燃烧装置中,快速NOX量很少,就煤粉炉而言,小于5%。燃料NOx(Fuel
3、NOx)它是燃料中所含氮化合物在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物,它占总生成量的60%80%。第2页/共50页1、热力氮氧化物生成机理 这一机理最初是由原苏联科学家捷里道维奇提出的,依照这一机理,空气中的N2在高温氧化,是通过一组不分枝的连锁反应而生成的,即:高温下NO和NOx总的反应方程式为:N2+O22NO NO+1/2O2NO2 由于氮气分子分解反应所需的活化能较大(941kJ/mol),故改反应所需要的温度也较高。所以影响热力型NOX生成的主要因素是温度、空气中氮和氧浓度以及高温区停留的时间。其中温度对热力型NOx生成速率的影响最大。第3页/共50页2、快速氮氧化物的生成机理 快速NOx
4、的生成机理与热力NOx不同,碳氢化物燃烧时,分解生成CH、CH2、C2等基团,它们会破坏空气中的N2分子键,其反应如下,以CH为例:CH+N2HCN+N 上述反应的活化能很小,故反应速率很快。同时火焰中生成大量的O、OH等原子基团,它们与上述反应的中间产物HCN等反应生成NO。快速NOx只有在富氧燃的情况下,即在碳氢化合物CH较多时,氧浓度相对较低时才能生成,因此在燃煤炉中,其生成量很小,一般在5%以下。欲降低快速NOx,只要保持足够的氧量供应,就能减少快速NOx的生成。第4页/共50页3、燃料NOx的生成 燃料中的N通常以原子状态与各种碳氢化合物相结合,形成环状化合物或链状化合物,如喹啉C9
5、H7N和芳香胺C6H5NH2等。煤中所含氮在较高的热解温度下才会大量释放,在煤粉锅炉内停留时间有限的情况下,煤中氮只有70%90%能释放出来,其余部分留在焦炭中。所释放的氮的中间产物NH可氧化生成为NOx,具体机理如下:NH+ON+OH NH+ONO+H NH+OHN+H2O N+OHNO+H N+O2NO+O第5页/共50页 由此可见,要减少燃料NOx,必须是氮化合物析出后处于缺氧的气氛中,这些中间产物在还原性气氛中可发生一系列还原反应而生成N2。在燃烧过程中,燃料转化为燃料NOx的量随燃料中氮的含量的增加而下降,在正常燃烧条件下,煤中有机氮转化为NOx的转化率25%40%。总结:有上述NO
6、x的生成机理可以看出,NOx生成的最大特点与煤的燃烧方式、燃烧工况有关。NOx生成量强烈依赖于燃烧的温度水平,此外与风煤比、传热及煤、空气和燃烧产物的混合程度有关。正因为这样,可以改变锅炉的燃烧方式、运行条件等来降低氮氧化物的生成量。第6页/共50页4、NOx排放控制措施 对于煤粉炉而言,主要的污染物是粉尘、SO2、NOx,其中前两者一些比较成熟的解决办法,而对于NOx污染则主要从两个方面入手:一是采用低NOX燃烧技术,降低炉内NOX的生成量;二是在烟道尾部加装脱硝装置,把烟气中的NOx转化为N2或有用的肥料。(1)低NOx燃烧技术 低氮燃烧技术是通过燃烧技术降低NOx的生成量的技术,主要途如
7、下:选用氮含量低的燃料,包括燃料脱氮。降低过剩空气系数,组织过浓燃烧,来降低燃料周围氧浓度,即低过量空气燃烧技术(LEA)。在适宜的过剩空气条件下,降低温度峰值,以减少“热力”NOx的生成。第7页/共50页 在氧浓度较低情况下,增加可燃物在火焰前峰和反应区中的停留时间。目前主要采取的方法有空气分级燃烧、燃料分级燃烧、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环、低NOx燃烧器。我厂采用的就是低NOx燃烧器技术。低氮燃烧器技术根据不同的原理可以分为五种,具体见下表。第8页/共50页项目项目原理原理阶段燃烧型根据分级燃烧原理设计的,使燃料与空气分段混合燃烧自身再循环型利用燃烧空气的压力,把部分燃烧烟气吸回,
8、进入燃烧器,与空气混合进行燃烧。浓淡型低NOx燃烧器使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但在整体上空气保持不变。分割火焰型低NOx燃烧器把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热表明大火焰温度降低,使热力NOx下降,此外还缩短了氧、氮等气体在火焰的停留时间。混合型促进型低NOx燃烧器通过改善燃烧与空气的混合,使火焰面的厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面停留时间缩短。低NOx预燃室燃烧器预燃室由一次风和喷射系统组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺氧,只是部分燃料进行燃烧,燃烧在贫氧和温度较低区内析出挥发分,因此减少了NOx的生成。第9页/
9、共50页2、烟气脱硝 采用低氮燃烧技术虽然减少了一部分NOx的排放。但NOx的减低率对燃煤锅炉不超过75%,而国内外对NOx的排放限制有愈来愈严格的趋势,因此必须采用烟气脱硝技术。烟气脱硝技术干法脱硝湿法脱硝SCR技术SNCR技术碱吸收法氧化吸收法吸收还原法第10页/共50页2.1、干法脱硝 采用干法脱硝存在反应温度高,处理后烟气不需要加热;而且由于反应系统不采用水,省略了后续废水处问题。干法脱硝中主要包括催化还原法和无催化还原法两种。催化还原是利用不同的还原剂在一定的温度和催化剂作用下将NOx还原为N2和H20。催化还原法清除烟道中的NOx关键要选用有效的还原剂。可采用的还原剂有甲烷、氨、和
10、一氧化碳。CH4+4NO 2N2+CO2+2H2O 4NH3+6NO5N2+6H2O 2CO+2NON2+2CO2 催化还原法是采用催化剂条件下一句还原剂与气体中NOX和O2发生反应的有限过程可分为选择性催化还原法(SCR)和非选择性催化还原法(SNCR)。第11页/共50页2.2、湿法脱硝 湿法脱硝最大的障碍是NO很难溶于水,往往要求将NO氧化为NO2,为此一般先把NO通过氧化剂O3、ClO2、KMnO2氧化为NO2,然后用水或碱溶液吸收而脱硝。a、臭氧氧化吸收法 把臭氧和烟气混合,是NO氧化,然后用水溶液吸收,即:NO+O3NO2+O2 2NO+O3N2O5 N2O5+H2O2HNO3 浓
11、缩以后可获得60%的HNO3,或者将酸溶液用氨中和,制取肥料。这种方法不会带入其他外来杂质,但是臭氧要用高电压制取,因此耗电量大,费用也高,尚未工业化。第12页/共50页 b、ClO2气相氧化吸收还原法 用ClO2将烟气中的NO氧化为NO2,然后用NaSO3水溶液吸收,使NOx还原为N2,其反应为:2NO+ClO2+H2ONO2+HNO3+HCl NO2+2NaSO31/2N2+2Na2SO4 此法可以脱硫脱硝同时进行,只要反应塔中加入NaOH就可以实现。氧化用的ClO2可以用洗净液中残留的Na2SO3和NaClO3加硫酸获得再生,脱硝率可达95%。本工艺的关键问题是减低ClO2的制备成本,否
12、则运行费用高。c、吸收还原法 吸收还原法是将氮氧化物吸收至液相,再通过还原反应,将其转化为N2。吸收剂可采用尿素CO(NH2)2和亚硫酸盐等。第13页/共50页 2NO+2(NH4)SO32(NH4)2SO4+N2 2NO2+4(NH4)SO34(NH4)2SO4+N2 本工艺采用的吸收剂可以使用氨法脱硫产生的亚硫酸铵和亚硫酸氢铵的溶液,所以本法也可以实现同时脱硫脱氮。总之,湿法脱硝率高,有的还可以同时脱硫,但会带来废水问题。干法和湿法各有优缺点,故在选择脱硝方法时应按具体情况而定。目前,用得较多的是氨选择性催化还原法。第14页/共50页各种脱硝技术比较技术方法技术方法 脱脱NOX效率效率 投
13、资投资运行费用运行费用 改造可实施性改造可实施性 空气分级燃烧空气分级燃烧 2540%较低较低低低 较难较难 燃料分级燃烧燃料分级燃烧 2540%较低较低低低 难难 低低 NOX燃烧器燃烧器 2540%较低较低低低 易易 SNCR技术技术2040%低低 中等中等 一般一般 SCR技术技术最高最高90%高高中等中等 可靠可靠 第15页/共50页三、选择性催化还原法(SCR)技术1、概述 所为选择性是指在催化剂的存在下NH3优先和NO发生脱除反应,而不和烟气中的氧进行氧化反应,从而降低了氨的消耗。其反应式为:4NH3+4NO+O24N2+6H2O 4NH3+2NO2+O23N2+6H2O同时还存在
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