脱硝技术培训版概要

1工业锅炉氮氧化物（NOx）减排技术（培训版）山东铭翔环保科技有限公司山东大学二零一三年三月1目录1.前言.................................................................................................................................21.1我国工业锅炉概况..............................................................................................21.2我国工业锅炉NOx排放与治理现状................................................................21.3燃煤工业锅炉氮氧化物产生特点......................................................................21.4相关国家政策.....................................................................................................32.锅炉大气污染物排放标准.............................................................................................32.1火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）..............................................42.2北京市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB11/139-2007）............52.3广东地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）................62.4山东省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》送审稿（DB37/-2012）......82.5标准对比..............................................................................................................92.6要求的脱硝效率..................................................................................................93煤燃烧NOx生成途径、破坏和转化机理..................................................................103.1NOx的危害......................................................................................................103.2煤燃烧NOx生成类型及热力型、瞬时型生成机理......................................103.3燃料型氮氧化物生成机理...............................................................................123.3.1挥发分氮的氧化转化途径.....................................................................133.3.2焦炭氮的氧化转化途径.........................................................................154.工业锅炉脱硝技术现状...............................................................................................154.1燃煤工业锅炉氮氧化物治理技术....................................................................154.2燃煤工业锅炉氮氧化物控制难点....................................................................164.2.1氮氧化物控制技术储备不足.................................................................164.2.2氮氧化物控制成本大.............................................................................164.3美国燃煤工业锅炉氮氧化物控制技术............................................................162.4适合我国的燃煤工业锅炉的NOx控制技术..................................................182.5SNCR技术在国外的应用..................................................................................195主要脱硝技术介绍.......................................................................................................2021.前言1.1我国工业锅炉概况工业锅炉一般是指单台锅炉压力小于2.45Mpa出力在45.5MW（65t/h）及以下的用于工业生产、居民采暖和热水供应的锅炉。工业锅炉在我国分布的行业广泛，集中在供热、冶金、造纸、建材等行业，布局相当分散，主要分布在大中城市及城镇建成区、工业区及周边地区。目前全国在用的工业锅炉约58万台，总功率约200万蒸t。其中，燃煤锅炉48万台，占总数的83%，年耗煤6t左右；容量小于35蒸t/h的锅炉约占工业锅炉总量的98.9%，其中大于等于20蒸t/h的占不到20%，2-10蒸t/h的占75%，小于1蒸t/h的占5%[9]，平均容量约3.4蒸吨/h。燃煤工业锅炉与电站锅炉相比，炉型构造和燃烧方式有很大不同，燃煤电站煤粒径较细，燃烧主要在炉膛空间进行，燃烧状况好。燃煤工业锅炉多为低参数、小容量锅炉、火床燃烧锅炉，以链条炉为主，炉膛相对较小，燃烧方式为层燃，煤粒径大，燃烧集中在炉膛下部，燃烧条件相对较差，热效率较低，能耗大，设计效率为72-80%，实际运行效率60-65%，远低于设计水平和国际平均水平。1.2我国工业锅炉未来发展趋势我国工业锅炉生产多年来维持在8-10万蒸t的水平，每年拆改和替代的锅炉达到3-4万蒸吨，每年新增总容量7.5-8.5蒸t，到2015年我国工业锅炉总台数将达到52万台，总容量为340万蒸t，单台锅炉容量为6.5蒸t，能源消耗量约7.7亿t标准煤。从2015年到2020年，我国经济发展方式将发生根本转变，能源利用效率提高，工业锅炉单台容量提高到7.6蒸t，总装机容量达到370万蒸t，由于集中供热的发展和城市大气污染物治理措施的实施，小锅炉比重降低，工业锅炉总台数降至49万台，能源消耗约8.8亿t标准煤。1.2我国工业锅炉NOx排放与治理现状工业锅炉每吨煤约可产生7.4公斤的NOx，致使每年产生大约296万吨的NOx，并2且随工业锅炉数量的增加而逐年增加。工业锅炉已经成为仅次于电站锅炉的耗煤大户和污染排放源，位居全国工业行业第二位。我国燃煤的含氮量小于1%，有的高达3%。统计结果表明；工业燃煤锅炉中NOx排放质量浓度小于等于400.00mg/m3的锅炉占76%，NOx平均排放质量浓度为324.60mg/m3，燃油锅炉中NOx排放质量浓度小于等于400.00mg/m3的锅炉占84%，NOx平均排放质量浓度为318.20mg/m3；燃气锅炉中NOx排放质量浓度小于等于400.00mg/m3的锅炉占94%，NOx平均排放质量浓度为243.00mg/m3。表1是不同燃烧方式下未采用NOx控制技术时的NOx排放浓度。表1同燃烧方式下未采用NOx控制技术时的NOx排放浓度（mg/m3）燃烧方式NOx排放浓度（折算氧浓度6%）（mg/m3）煤粉炉（旋流燃烧器对冲或前墙布置）800-2150煤粉炉（四角切圆直流燃烧器）500-1200层燃370-480抛煤机炉450-750常压流化床200-400汽油机1000-4000柴油机500-20001.3燃煤工业锅炉氮氧化物产生特点燃烧过程中生成的氮氧化物中一氧化氮占95%以上，可在大气中氧化生成二氧化氮，二氧化氮比较稳定。燃烧过程中生成的氮氧化物由三部分构成：燃料型、热力型和快速型。一般而言，燃煤锅炉炉膛温度在1000-1500℃之间，生成的氮氧化物以燃料型为主，由燃料中的氮及其化合物在炉内与氧合成的产物，氧的浓度越高，烟气在高温区滞留的时间越长，燃料型氮氧化物生成量越大；当炉膛温度高于1500℃时，以热力型氮氧化物为主，温度越高，氧的含量越大，生成的浓度越大；快速型氮氧化物在燃煤工业锅炉中可以忽略不计。我国燃煤工业锅炉燃煤品质差且差异大，污染物排放强度高，氮氧化物约为3500-1000mg/m3；排放高度较低，污染扩散条件差，污染物最大落地浓度距排放源的距离大约相当于10倍的烟囱高度，因此，工业锅炉对城市环境空气的影响很重要，尤其是在北方的采暖季节。目前针对中小型工业锅炉的NOx控制技术发展相对落后，大部分工业锅炉并未采用任何NOx排放控制措施。这主要是因为：首先，已有NOx排放控制技术大多应用于燃煤电站锅炉，在工业锅炉上尚缺乏实际应用实例；其次，大部分工业锅炉没有预留NOx减排的改造空间，在工程上实现改造具有一定的难度；再者，和燃煤电站锅炉相比，工业锅炉NOx污染问题受到的重视程度不够，国家目前尚未明确出台控制中小型工业锅炉NOx排放的相关政策法规[6]。但是，随着环保要求的日益提高，以及出于减少NOx排放、保护环境的目的，开发适用于中小型锅炉的高效率、低成本NOx排放控制技术势在必行。1.4相关国家政策我国工业锅炉在国民经济和社会发展中的重要地位已经得到全社会的初步认识。国家发改委制定的《节能中长期专项计划》中，已经把燃煤工业锅炉（窑炉）改造列为“十一五”十大重点节能改造工程之首，并制定了相关工程示范实施方案。而《中国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要》也已将工业锅炉技术进步列为节能工作的重要内容。《“十一五”国家科技支撑计划发展纲要》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》中已把“燃煤污染物综合控制和利用的技术与装备等”、“煤的清洁高效开发利用”明确列为优先主题的重点研究内容。燃煤工业锅炉今后还将长期、大量地被应用于各个领域；因此，进一步研究开发工业锅炉污染物减排先进技术，以减少污染物排放显得尤为必要。2.锅炉大气污染物排放标准《锅炉大气污染物排放标准》国标13271-2001已经落伍，代之以地方标准和火电厂大气污染物排放标准。42.1火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）2014年7月1日起：现有火力发电锅炉及燃气轮机组执行表2规定的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和烟气黑度排放限制。2012年2月1日起：新建火力发电锅炉及燃气轮机组执行表2规定的烟尘、二氧化硫、氮氧化物和烟气黑度排放限制。2015年7月1日起燃煤锅炉执行表2规定的汞及其化合物的污染物排放限制。表2火电厂锅炉燃煤大气污染物排放浓度限制