1、,4.4.6 煙氣脫硝技術(shù), 煙氣脫硝：從煙氣中去除氮氧化物的技術(shù)。需要應(yīng)用液態(tài)或 固態(tài)吸收劑吸收或吸附NOx以達(dá)到脫氮的目的。脫硝技術(shù)的難點(diǎn) 處理煙氣體積大 600MW, 200萬m3/h NOx濃度相對低 500-1000ppm（10002000mg/m3 ） NOx的總量相對較大 數(shù)t/h 1,一.氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理 在煤粉爐產(chǎn)生的氮氧化物中，NO占有90%以上，NO2占 5%-10%，產(chǎn)生機(jī)理一般分為如下三種。 (1) 熱力型NOx 燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過程 是一個不分支鏈鎖反應(yīng)。其生成機(jī)理可用捷里多維奇,(Zeldovich)反應(yīng)式表示。 O+ N 2 O +

2、 N 2 O + N NO + N 2 N + O NO + O 2,在高溫下總生成式為,2,(2)快速型NOx 快速型NOx是1971年弗尼莫爾(Fenimore)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。在碳?xì)浠衔锶剂先紵剂线^濃時，在反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx。 由于燃料揮發(fā)物中CH化合物高溫分解生成的CH自由基可以和空氣中N2反應(yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與O3作用以極快的速度生成，其形成時間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力的0.5次方成正比,與溫度的關(guān)系不大。 上述兩種氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要來 源。,3,(3) 燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于

3、煤粉燃燒溫度，在600-800oC時就會生成燃料型NOx，它在煤粉燃燒NOx產(chǎn)物中占60-80。 在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和NHi等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOx 。 由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型NOx的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。,4,二.降低NOx排放主要技術(shù)措施 1 改變?nèi)紵龡l件：包括低過量空氣燃燒法，空氣分 級燃燒法，燃料分級燃燒法，煙氣再循環(huán)法。 2 爐膛噴射脫硝：包括噴氨及尿素，噴入水蒸汽， 噴入二次燃料。 3 煙氣脫硝： (1)干法脫硝 (煙氣催化脫硝，

4、電子束照射煙氣脫硝) (2)濕法脫硝。,5,低NO燃燒技術(shù)： 凡通過改變?nèi)紵龡l件來控制燃燒關(guān)鍵參數(shù)，以抑制生成或破壞已生成NOx，達(dá)到減少NOx排放的技術(shù)稱為低NOx燃燒技術(shù)。 (1) 低過量空氣燃燒,使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx的生成。這是一種最簡單的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15 -20%。但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%以下），會造成濃度急劇增加，增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。因此在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時，應(yīng)選取最合理的過量空氣系數(shù)。, 此外，低氧濃度會使?fàn)t膛內(nèi)的某些地區(qū)成為還原性氣氛，,從而降低灰熔

5、點(diǎn)引起爐壁結(jié)渣與腐蝕。6,(2) 空氣分級燃燒,基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成。在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?0- 75%（相當(dāng)于理論空氣量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒,降低生成NOx的反應(yīng)率，抑制NOx在這一燃燒中的生成量。,第二階段將完全燃燒所需的其余空氣通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口OFA（Over Fire Air）”火上風(fēng)”噴入爐膛。與第一級燃燒區(qū)在貧氧燃燒條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在1的條件下完成全部燃燒過程。由于整個燃燒過程所需空氣是分兩級供入爐內(nèi)，故稱為空氣分級燃燒法。,7,煤粉爐燃燒器前墻布置時“ 火上風(fēng)”(OFA

6、)噴口在 爐膛上布置的示意圖 “火上風(fēng)”噴口 一次風(fēng)煤粉 和二次風(fēng) 8,(3)燃料分級燃燒，又稱燃料再燃。,在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時，會發(fā)生NO的還原反應(yīng)，利用這一原理，將80-85%的燃料送入第一級燃燒區(qū)，在1條件下，燃燒并生成NOx。送入一級燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料。,其余15-20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOx在二級燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子，二級燃燒區(qū)又稱再燃區(qū)，送入二級燃燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新

7、的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。,9, 采用再燃技術(shù)時，在爐膛內(nèi)可以近似的劃分為三個區(qū)域 ： 主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū) 。 主燃燒區(qū)是主要的燃料釋 熱區(qū)。將總?cè)剂系?0%左,右經(jīng)主燃燒器送入主燃燒區(qū)域，該區(qū)域的過量空氣系數(shù)1。 主燃燒區(qū)產(chǎn)生的NOx和未完全燃燒的燃料隨煙氣一起離開該區(qū)進(jìn)入再燃區(qū)。 在主燃區(qū)的火焰峰面上， NOx的濃度最高。,燃盡風(fēng)20%燃料80%燃料,燃盡區(qū)再燃區(qū)主燃區(qū),10, 再燃區(qū)是爐內(nèi)還原NOx的區(qū)域。在主燃區(qū)的下游，將其余20%左右的燃料噴入再燃燒區(qū)域，該區(qū)域1。 再燃燃料熱解氧化，形成烴 生成物。 進(jìn)入該區(qū)的活性氮類包括來自主燃燒區(qū)中形成的NOx和再燃燃

8、料的燃料氮。,燃盡風(fēng)20%燃料80%燃料,燃盡區(qū)再燃區(qū)主燃區(qū),11, 燃盡區(qū)是爐膛的最終燃燒區(qū)。在再燃區(qū)上部送入相應(yīng)的空氣作為燃盡風(fēng)，該區(qū)域1，以保證剩余燃料的燃盡。 在燃盡區(qū)，一些活性氮類可能又被氧化為NOx，導(dǎo)致NOx的濃度有所回升，但遠(yuǎn)低于主燃區(qū)NOx的濃度。,燃盡風(fēng)20%燃料80%燃料,燃盡區(qū)再燃區(qū)主燃區(qū),再燃技術(shù)，除了可以有效地還原已經(jīng)生成的NOX以外，還擴(kuò)大了爐膛內(nèi)的燃燒區(qū)域，降低了火焰的峰值溫度，NOX的原始生成量也相應(yīng)減少。,12, 國外研究再燃技術(shù)的主要有日本的三菱重工，德國的Babcock公司、steinmuller公司，美國的能源與環(huán)境研究公司（EER）、氣體研究中心（G

9、RI）、匹茲堡能源技術(shù)中心（PETC）、研究工程國際公司（REI）等等。 就再燃燃料而言，主要有天然氣、煤，也有的使用生物質(zhì) 。再燃效率可達(dá)到50%70%，甚至更高。 在美國，再燃技術(shù)主要應(yīng)用于燃煤鍋爐，而在日本和歐洲，在燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t，以及固體廢物焚燒爐中均有應(yīng)用。 在日本、美國和歐洲，近幾年都成功地進(jìn)行了采用再燃技 術(shù)降低燃煤鍋爐NOx排放的示范工程。 13, 美國匹茲堡的一臺148MW機(jī)組，鍋爐燃用煙煤，采用超細(xì)煤粉（80%通過325目篩），在再燃燃料份額為15%的條件下，NOx排放量降低68%。 葡萄牙在Vado-Liguire發(fā)電廠用褐煤做再燃燃料 ，將NOx排放控制在200m

10、g/Nm3以下。 14, 目前，我國300MW以上機(jī)組都采用了空氣分級技術(shù)，各種低NOx燃燒器也得到了大面積推廣應(yīng)用，在控制NOx排放上取得了一定的效果。 采用再燃技術(shù)可以將NOx的排放量降低50%70%具有明顯的優(yōu)勢。它可將煙煤鍋爐的NOx降低到400mg/m3以下，貧煤鍋爐的NOx降低到650mg/m3以下，無煙煤鍋爐的NOx降低到1000mg/m3以下。如果和其它低NOx燃燒技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，可取得更好的NOx控制效果。 適合我國電站鍋爐的再燃燃料有天然氣和超細(xì)煤粉。鑒于煤是電力生產(chǎn)的主要一次能源，如果以煤粉作為再燃燃料，就可以為實(shí)際煤粉爐應(yīng)用再燃技術(shù)提供極為有利的條件。 15,爐膛噴射脫硝

11、： 實(shí)質(zhì)為向爐膛噴射某種物質(zhì)，可在一定溫度條件 下還原已生成的NOx，以降低的排放量。 (1) 噴化學(xué)試劑 但NO氧化較困難，需噴入臭氧或高錳酸鉀，不現(xiàn)實(shí)。 (2)噴二次燃料 即前述燃料分級燃燒，但二次燃料不會僅選擇NO 反應(yīng)，它還會與氧氣反應(yīng)，使排煙溫度上升。,16,（3）噴氨法（尿素等氨基還原劑 ） 由于氨只和煙氣中NO反應(yīng)，而一般不和氧反應(yīng)，這種方法亦稱選擇性非催化吸收（SNCR）法。但不用催化劑，氨還原NO僅在9501050這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)行，故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在爐膛上部對應(yīng)位置。 采用爐膛噴射脫硝，噴射點(diǎn)必須在9501050 之間。 噴入的氨與煙氣良好混合是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行 、使

12、用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件。,17,選擇性非催化脫硝法(SNCR)爐墻上多層氨 噴口位置示意圖,噴入氨/尿素1050oC-950oC,燃燒器煙氣,18, 若噴入的氨未充分反應(yīng)，則泄漏的氨會到鍋爐尾部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易沉積在受熱面，且煙氣中氨遇到SO3會生成硫酸氨（粘性，易堵塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險）。 SNCR噴氨法投資少，費(fèi)用低，但適用范圍窄，要有良好的混合及反應(yīng)空間、時間條件。當(dāng)要求較高的脫除率時，會造成氨泄漏過大。 19,煙氣處理降低NOx排放技術(shù)： 各種低燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐排放值最主要亦較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。但一般只降低排放50%左右。環(huán)保法對排放的要求越來越嚴(yán)格，故應(yīng)考慮

13、燃燒后的煙氣脫硝處理技術(shù)。 (1) 干法煙氣脫硝 包括使用催化劑來促進(jìn)還原反應(yīng)的選擇性催化脫硝法（ SCR）、電子束照射法和同時脫硫脫硝法。 20, 選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如NH3）“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O 催化劑：貴金屬、堿性金屬氧化物 還原反應(yīng) 潛在氧化反應(yīng) 21, 煙氣SCR脫硝法采用催化劑促進(jìn)氨與NOx的還原反應(yīng)。若使用鈦和鐵氧化物類催化劑，其反應(yīng)溫度為300至400，當(dāng)采用活性焦炭時，其反應(yīng)溫度為100至150 。 根據(jù)催化反應(yīng)器在鍋爐尾部煙道的位

14、置,有三種方案 (1)在空氣預(yù)熱器前350攝氏度位置. (2)在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間 (3)布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后 22,SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器(SCR反應(yīng)器) 置于 空氣預(yù)熱器前的高塵煙氣中 NH3 NH3 鍋爐 NH3儲罐蒸發(fā)器 空氣預(yù)熱器 去濕法煙氣脫,靜電除塵器硫系統(tǒng),23,空氣, 此時,煙氣中含有飛灰、SO2,故反應(yīng)器在“不干凈”的高塵煙氣中。但此處溫度在300到500oC之間，適用于多數(shù)催化劑，但壽命受下列因素影響: 煙氣飛灰中Na、K、Ca、Si、As會使催化劑中毒或污染。 飛灰對催化劑反應(yīng)器的磨損和使催化劑反應(yīng)器蜂窩堵塞。 如煙氣溫度升高，會使催化劑燒結(jié)或

15、使之再結(jié)晶失效。 如煙氣溫度降低，氨會和SO3生成硫酸氫銨，堵塞煙道。 高活性V、Fe催化劑會使SO2氧化成SO3。 24,SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器與 電除塵器之間,空氣NH3+空氣,NH3,鍋爐,NH3儲罐 蒸發(fā)器,空氣預(yù)熱器,空氣,去煙囪 25, 該方式可防止煙氣中飛灰對催化劑的污染和對反應(yīng)器的磨損和堵塞，但一般的電除塵器在300 oC 400oC的高溫下很難運(yùn)行，可靠性不高，一般不采用。 26,SCR噴氨法催化劑反應(yīng)器布置在FGD(濕法煙 氣脫硫裝置)之后,空氣NH3+空氣,NH3,鍋爐,NH3儲罐 蒸發(fā)器,空氣預(yù)熱器,靜電除 塵器,空氣, 布置在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)

16、之后其優(yōu)點(diǎn)顯而易見,此時可使用高活性催化劑，且結(jié)構(gòu)緊湊,壽命較長。問題:反應(yīng)器在FGD之后,溫度僅有50-60度,故需加熱升溫。 與SNCR一樣,SCR也應(yīng)注意噴氨量的控制。,28,（2） 濕法煙氣脫硝 同時脫硫脫硝的濕式系統(tǒng) 石灰/石膏法:采用生石灰,消石灰和微粒碳酸鈣制成吸收液,加入少量硫酸,將其PH調(diào)制4-4.5,在洗滌塔內(nèi)反應(yīng)如下:,Ca(OH)2+SO2-CaSO3+H2O,CaSO3+SO2+H2O-Ca(HSO3)2, NO+2Ca(HSO3)2+H2O-1/2N2+2CaSO4.2H2O+2SO2,29,3. 氟化物的治理 隨著煉鋁工業(yè)、磷肥工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)以及氟化學(xué)工業(yè)的發(fā)展

17、，氟化物的污染越來越嚴(yán)重。由于氟化物易溶于水和堿性水溶液中，因此去除氣體中的氟化物一般多采用濕法。 30, 濕法凈化含氟化物煙氣 一般采用石灰石或消石灰水溶液吸收氣體中的氟化物 ，生成CaF2沉淀，效率接近100%。,干法凈化含氟化物煙氣 應(yīng)用固態(tài)氧化鋁為吸附劑，吸附后含氟化物的氧化鋁可作煉鋁的原料。干法凈化應(yīng)用于磷礦石生產(chǎn)磷、磷酸、磷肥等過程所發(fā)生的氟化物治理。干法的凈化效率達(dá)98以上。,31,4. 汽車排氣凈化 汽車排氣中的主要污染物有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮?化物、硫氧化物、鉛化合物、苯并芘等。 目前，大多數(shù)國家已制定的汽車排氣標(biāo)準(zhǔn)中，都把一氧化 碳、碳?xì)浠衔锖偷趸镒鳛橹饕廴疚飦砜刂啤?汽油機(jī)汽車和柴油機(jī)汽車所排放的污染物的種類雖然幾乎相同、但是由于柴油機(jī)汽車是采用壓縮著火，經(jīng)常是在過量空氣下燃燒，所以生成的一氧化碳、碳?xì)浠衔锉绕蜋C(jī)汽車少，而氮氧化物、黑煙和酸性物的生成量則較多，排氣黑度較大。因而對這兩種類型汽車所采取的排氣凈化對策也有所不同。,32, 汽油機(jī)汽車排氣的凈化 汽油機(jī)汽車排氣凈化措施一般可分為燃燒前處理、機(jī)