燃油、燃气锅炉烟气脱硝方案研究报告长沙奥邦环保实业有限公司二零一二年十月燃油、燃气锅炉烟气脱硝技术研究1 国内外脱氮技术介绍目前脱氮技术有两种，一是低氮燃烧技术，在燃烧过程中控制NOx的产生．分为低氮燃烧器技术、空气分级燃烧技术、燃料分段燃烧技术；工艺相对简单、经济，但不能满足较高的NOx排放标准。
另一种是烟气脱硝技术，使NOx在形成后被净化，主要有选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、电子束法等；排放标准严格时，必须采用烟气脱硝。
1．1低氮燃烧技术由氮氧化物（NOx）形成原因可知对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。
低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放量的目的。
对低NOx燃烧技术的要求是，在降低NOx的同时，使锅炉燃烧稳定，且飞灰含碳量不能超标。
1.1.1 燃烧优化燃烧优化是通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。
它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉(煤粉)比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。
煤种不同，燃烧所需的理论空气量亦不同。
因此，在运行调整中，必须根据煤种的变化，随时进行燃烧配风调整，控制一次风粉比不超过1.8:1。
调整各燃烧器的配风，保证各燃烧器下粉的均匀性，其偏差不大于5% 10%。
二次风的配给须与各燃烧器的燃料量相匹配，对停运的燃烧器，在不烧火嘴的情况下，尽量关小该燃烧器的各次配风，使燃料处于低氧燃烧，以降低NOx的生成量。
1.1.2空气分级燃烧技术空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。
该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量(一次风)，提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。
缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。
该技术主要是通过减少燃烧高温区域的空气量，以降低NOx的生成技术。
它的关键是风的分配，一般情况下，一次风占总风量的25～35%。
对于部分锅炉，风量分配不当，会增加锅炉的燃烧损失，同时造成受热面的结渣腐蚀。
因此，该技术较多应用于新锅炉的设计及燃烧器的改造中。
1.1.3 燃料分级燃烧技术该技术是将锅炉的燃烧分为两个区域进行，将85%左右的燃料送入第一级燃烧区进行富氧燃烧，生成大量的NOx，在第二级燃烧区送入15%的燃料，进行缺氧燃烧，将第一区生成的NOx进行还原，同时抑制NOx的生成，可降低NOx的排放量。
1.1.4 烟气再循环技术该技术是将锅炉尾部的低温烟气直接送入炉膛或与一次风、二次风混合后送入炉内，降低了燃烧区域的温度，同时降低了燃烧区域的氧的浓度，所以降低了NOx的生成量。
该技术的关键是烟气再循环率的选择和煤种的变化1.1.5技术局限这些低NOx燃烧技术设法建立空气过量系数小于１的富燃区或控制燃烧温度，抑制NOx的生成，在燃用烟煤、褐煤时可以达到国家的排放标准，但是在燃用低挥发分的无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远远不能达到国家的排放标准。
需要结合烟气净化技术来进一步控制氮氧化物（NOx）排放。
低氮燃烧器技术：主要通过降低火焰温度和氧含量减少NOx产生，可降低NOx生成量．30～60％。
1.2烟气脱硝技术在排放要求较高时，需采用烟气净化技术。
目前应用较广的烟气脱硝技术有：选择性催化还原(SCR)法、选择性非催化还原(SNCR)法、同时脱硫脱硝(如电子束法、活性焦还原法)等。
几种常用烟气脱硝技术的比较如下：1.2.1选择性催化还原(SCR)技术SCR脱硝技术是在催化剂作用下，用选择性还原剂(氨或尿素)将NOx 还原为无害的氮气和水蒸气，是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，NOx脱除效率80～90％。
但投资和运行成本较高。
SCR技术在德国、Et本、奥地利、丹麦、美国等国应用广泛，奥地利AEE、鲁奇、日立、三菱、巴布考克等国外脱氮公司拥有较好的SCR业绩。
AEE公司于2001年投运的丹麦某电厂325MW机组脱氮效率达到95％。
国内已经投运的SCR工程目前仅福建后石电厂600MW机组，由台塑美国公司独资兴建。
1.2.2选择性非催化还原(SNCR)选择性非催化还原脱硝技术是在锅炉上烟温850～1050"C处将还原剂(氨或尿素)均匀喷入炉膛内，生成无害的氮气和水蒸气。
SNCR工艺不需催化荆，但需要较离反应温度；反应系统简单、投资较省、运行成本低；脱氨效率一般仅有20～40％，应用较少。
1.2.3电子束法脱硫脱硝电子束法用高能电子加速器发射电子束激发烟气，产生的多种自由基在常温下将S02、NO等氧化为高价氧化物，与注入烟道的氨气反应，生成硫酸铵和硝酸镀等。
优点是同时脱硫脱硝去除率高；系统简单，建设费用是同等规模FGD的70--80％；不使用催化剂；副产物是出路较好的化肥。
缺点是耗电量大，运行费用高；目前的电子辐射装置还不适用于大机组系统。
成都热电厂采用日本荏原公司电子束法脱硫脱硝，处理烟气量30万Nm3) 法烟气脱硝装置建设,燃机燃烧的天然气成分见表1 ,余热锅炉中烟气脱硝装置入口烟气参数见表2。
表1 天然气成分表2 烟气脱硝装置入口烟气参数2.1.7.1 性能要求本项目烟气脱硝装置主要性能要求见表3主要性能要求：2.1.7.2 工艺流程目前常用的脱硝技术可分为燃烧过程中脱硝和燃烧后烟气脱硝,燃烧过程中脱硝是在燃烧过程中抑制NOX 生成,主要有分级燃烧、燃料再燃、浓淡偏差燃烧、低过剩空气燃烧和烟气再循环等;燃烧后烟气脱硝是对燃烧生成后的NOX 进行脱除,即烟气脱硝技术,主要有SCR 法和SNCR (Selective Non -Catalytic Reduction) 法, 工业应用中采用较多的是SCR 法烟气脱硝技术。
经比较分析,本项目脱硝方案选用SCR 法烟气脱硝工艺,由于项目所在地位于北京市四环之内,综合考虑还原剂的消耗量和不同还原剂的运输和安全成本,本项目还原剂选用20 %(质量) 浓度的氨水。
本项目工艺流程见图主要可分为还原剂供应系统和余热锅炉烟气系统。
运氨槽车运来的20 %浓度的氨水通过氨水卸载泵卸载到氨水储罐中储存,氨水储罐中的氨水经氨水计量泵送到蒸发混合器中被从催化剂层后抽取的再循环高温烟气蒸发并与再循环烟气混合后通过喷氨格栅均匀的喷入到余热锅炉催化剂层上游;从燃机来的烟气经过余热锅炉第一级高温蒸发器换热模组后与喷氨格栅喷入的氨气混合通过催化剂层,烟气中的NOX 在催化剂的作用下,与NH3 发生还原反应,生成无二次污染的N2和H2O ,然后通过余热锅炉的第二级高温蒸发器和省煤器,最后通过烟囱随烟气排放。
2.1.7.3 主要设备选型本项目余热锅炉烟气脱硝装置主要设备有氨水卸载泵、氨水储罐、氨水计量泵、蒸发混合器、喷氨格栅、烟气再循环风机、催化剂等。
各主要设备参数与功能见表4。
2.1.7.4 运行情况本项目脱硝装置随主机整体工程于2008 年3月上旬建成后于3 月底和4 月初对单个设备进行了调试,并于2008 年4 月13 日锅炉机组启动后对1 #炉脱硝装置进行了整体启动和调试,脱硝装置一次启动成功运行,各项参数均达到设计值,脱硝效率达到了61.15 %。
2 # 炉于2008 年5 月14 日进行了启动,脱硝系统运行稳定,脱硝效率达到61.11 %。
到目前为止,本项目两台机组脱硝装置均运行良好.如果机组年利用小时数按3 500 h计算,两台机组每年可减排NOX 约30818 t ,可有效控制NOX 排放,保护环境。
表4 主要设备参数与功能2.1.7.5 经济分析经济分析的目的是计算脱硝装置“折算每度电脱硝费用”。
基于设计条件和性能要求,本脱硝装置的主要费用包含初建费用、运行费用、设备维护费用、运行人员管理费用等,各项费用说明如下。
初建费用包含脱硝装置首次建设的设备、催化剂、安装等各项工程费用,不包含土地征用和使用费、运行费用包含脱硝装置运行的各项消耗费用,主要包含电耗、还原剂消耗、压缩空气消耗、水耗、催化剂消耗等。
对于水耗,本脱硝装置使用20 %浓度氨水,通常不消耗水,此处不计算水耗;对于压缩空气,本项目消耗量较少,折算到运行费用的电耗中,未单独列出;对于催化剂消耗,考虑到催化剂化学寿命为24 000 h ,每隔6～7 年更换一层为消耗材料,本经济分析将此项列入运行费用。
设备维护费用包含脱硝装置所有设备的检修、更换配件和易损件等维护费用。
运行人员管理费用包含脱硝装置运行维护人员的工资、福利等。
本脱硝装置详细的经济分析表见表5。
表5 经济分析表2.1.7.6 工程应用重点考虑燃气余热锅炉SCR 法烟气脱硝与常规火电厂燃煤锅炉或工业锅炉SCR 法烟气脱硝工艺原理相同,但由于余热锅炉脱硝用的催化剂布置在余热锅炉炉内,工程设计还是有较大区别,对于余热锅炉脱硝在工程设计时应重点考虑以下几个方面的内容。
（1）喷氨混合装置喷氨混合装置的关键是要考虑氨气和烟气的混合,另外还要考虑装置阻力问题。
目前常用于烟气脱硝的喷氨混合装置主要有涡流混合装置、静态混合器和喷氨格栅。
涡流混合装置要求的混合距离较大,且引起的烟气阻力较大;静态混合器混合距离较小,但引起的烟气阻力大;喷氨格栅可根据混合距离的远近布置喷嘴的数量,此方法易于设计且混合阻力小,为余热锅炉脱硝混合装置的最佳选择方案。
（2）喷氨装置的位置根据余热锅炉结构型式,喷氨装置可布置在锅炉入口喇叭口段,也可布置在炉内催化剂前的换热模组之间。
喷氨装置布置在入口喇叭口段可节约炉内混合空间,减少喷嘴数量,但对喷氨装置的材质要求高,且氨分布调整困难。
喷氨装置布置在炉内催化剂前的换热模组之间时,对喷氨装置的材料要求较低,氨分布易于调整,能较好的满足机组负荷波动的影响,但要求喷氨装置与催化剂之间有一定的混合距离,加长了炉内烟道。
对于不同的余热锅炉型式,脱硝装置设计时应进行综合比较,合理选取喷氨格栅布置位置。
（3）催化剂选型催化剂从其型式上主要分为平板式、波纹板式和蜂窝式,不同类型的催化剂有其各自的特点,燃气余热锅炉的烟气条件较好,烟气比较清洁,适合于选用比表面积大、活性高的催化剂。
另外,烟气系统阻力对燃气余热锅炉也很重要,对于催化剂的选型也要考虑催化剂层阻力大小。
综合比较,催化剂可优先选用波纹板式或蜂窝式。
2.2 SNCR脱硝技术2.2.1 SNCR技术SNCR工艺技术，又称为热力脱硝技术。
最初由美国的Exxo rl公司发明，并于1974年在日本成功的工业化应用。
SNCR是一种不用催化剂，在850℃’1100℃炉膛温度区域内，喷入还原剂氨或尿素与NOx反应，迅速生成无害的N2和H20的过程进行脱硝。
