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火力发电厂烟气脱硝技术及应用2011.2.16·武汉一火力发电厂氮氧化物排放政策二火力发电厂减少氮氧化物排放技术三烟气脱硝工艺方案及国内外应用概况四烟气脱硝工程投资及运行成本五国内运行烟气脱硝装置情况简介火力发电厂烟气脱硝技术及应用火力发电厂氮氧化物排放政策一火力发电厂氮氧化物排放政策火力发电厂氮氧化物排放政策1.目前火力发电厂氮氧化物排放标准2004年1月1日起火电厂建设开始执行新版《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)，其中明确要求“第3时段火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间”。火力发电锅炉及燃气轮机组NOx最高允许排放浓度(mg/Nm3)火力发电厂氮氧化物排放政策时段第1时段第2时段第3时段实施时间2005年1月1日2005年1月1日2004年1月1日燃煤锅炉Vdaf＜10%15001300110010％≤Vdaf≤20%1100650650Vdaf＞20%450燃油锅炉650400200燃气轮机组燃油150燃气802.修订中的火力发电厂氮氧化物排放标准根据最新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-20xx）修订报批稿中的规定：对现有机组：自2011年1月1日起执行表1中第一阶段大气污染物排放标准；自2015年1月1日起执行表1中第二阶段大气污染物排放标准。2004年1月1日以后通过环评的燃煤机组的氮氧化物排放标准为200mg/mg3。重点地区现有电厂2013年1月1日起执行表2中大气污染物排放标准；对新建机组：自2011年1月1日起执行表2中大气污染物排放标准，即燃煤机组的氮氧化物排放标准全部为200mg/mg3；重点地区执行表3中大气污染物排放标准,即燃煤机组的氮氧化物排放标准全部为100mg/mg3。火力发电厂氮氧化物排放政策火力发电厂氮氧化物排放政策火力发电厂氮氧化物排放政策火力发电厂氮氧化物排放政策3.排污费的征收按国家目前的废气排污费征收标准，氮氧化物从2004年7月1日起按每一污染当量（该污染物的排放量（千克）/该污染物的污染当量值（0.95千克））0.6元收费。对超过国家或者地方规定排放标准的污染物，应在该种污染物排污费收费额基础上加1倍征收超标准排污费。火力发电厂氮氧化物排放政策1.烟气中NOx的形成机理2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术二火力发电厂减少氮氧化物排放技术1.烟气中NOx的形成机理火力发电厂减少氮氧化物排放技术电厂燃煤锅炉燃烧时生成的氮氧化物NOx，按生成来源有三种类型：•热力型NOx：空气中的氮气在高温下氧化生成NOx。•燃料型NOx：燃料中的氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化生成的NOx。•速度型NOx：燃烧时空气中氮气和燃料中的碳氢化合物反应生成的NOx。通常热力型NOx占总NOx的25％，燃料型NOx占总NOx的75％，速度型NOx所占份额很少。1.烟气中NOx的形成机理火力发电厂减少氮氧化物排放技术•据研究表明，热力型NOx生成量与燃烧区反应温度、氧浓度和停留时间有关，其中反应温度对生成量的影响超过氧浓度和停留时间对生成量的影响，当燃烧区温度超过1300℃，NOx生成量将与反应温度呈指数关系上升。燃料型NOx生成量随着燃料中的氧氮比、燃烧温度和着火阶段氧浓度的增加而增加。•因此，降低锅炉排烟中的NOx含量，首先是控制锅炉燃烧，降低燃烧过程中的燃烧温度和氧浓度是最有效的方法，但这与锅炉燃烧强度和燃烧效率的要求相矛盾，因此如何协调这对矛盾是降低锅炉烟气NOx生成量的关键技术。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术燃烧控制脱硝技术烟气脱硝技术2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术燃烧控制脱硝技术低NOx燃烧器技术炉膛空气分级燃烧技术燃料分级燃烧技术2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术低NOx燃烧器技术•目前低NOx燃烧器的主要型式是浓淡燃烧器，它把煤粉空气混合物分离成浓煤粉流和淡煤粉流两股气流，这样可在一次风总量不变前提下改变煤粉流中的煤粉浓度。浓粉流中的煤粉在欠空气量（过量空气系数远小于1）下燃烧，因氧浓度不足，氮得不到氧化，NOx生成量降低。淡粉流中的煤粉在过量空气下燃烧，使煤粉充分燃尽，但是由于风量大，此区域温度降低，同时也抑制了NOx的生成。•我国目前广泛使用的浓淡燃烧器有：PM型直流式浓淡燃烧器WR摆动型浓淡燃烧器立式旋风分离型浓淡燃烧器轴向旋流浓淡燃烧器和径向旋流浓淡燃烧器等，•这些燃烧器配合炉膛低过量空气燃烧，能使燃烧烟煤生成的NOx量降低到400～450mg/m3。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术炉膛空气分级燃烧技术•炉膛空气分级燃烧技术是将燃烧所需的空气分级送入燃烧区。•第一级空气量为总空气量的70～75％，由主燃烧器送入炉膛，煤粉在缺氧富燃条件下燃烧，其燃烧区称为一次燃烧区。在此区域煤粉中的氮分解生成大量中间活性产物HN、HCN、CN、NHi等，它们相互复合，或将已有的NOx进行还原分解，从而抑制了NOx的生成。•第二级空气量为总空气量的15～25％，在距主燃烧器有一定距离的上方被送入炉膛，使煤粉进入空气过量区燃烧，直至全部燃尽为止，此区域称为二次燃烧区，第二级空气也称为燃烬风。虽然二次燃烧区空气量较大，但是二次燃烧区温度不高，煤粉中的氮转变成NOx的量也不会太多，使得总的NOx生成量得到控制。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术炉膛空气分级燃烧技术•在炉膛空气分级燃烧技术中，燃烬风喷口距离最高层主燃烧器要有一定距离，保证还原性气氛区有足够的高度，使得煤粉在一次燃烧区燃烧生成的NOx能有充分的停留时间，还原成N2。•空气分级燃烧技术在我国应用较为广泛，据资料显示，我国300MW及其以上机组80％应用了空气分级燃烧技术。国外应用更为广泛，其中美国应用基于空气分级燃烧的低NOx燃烧器改造燃煤锅炉工程达到380台，应用炉膛空气分级改造的燃煤锅炉工程达120台，机组容量分别为130GW和50GW。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术炉膛空气分级燃烧技术•在炉膛空气分级燃烧技术中，燃烬风喷口距离最高层主燃烧器要有一定距离，保证还原性气氛区有足够的高度，使得煤粉在一次燃烧区燃烧生成的NOx能有充分的停留时间，还原成N2。•空气分级燃烧技术在我国应用较为广泛，据资料显示，我国300MW及其以上机组80％应用了空气分级燃烧技术。国外应用更为广泛，其中美国应用基于空气分级燃烧的低NOx燃烧器改造燃煤锅炉工程达到380台，应用炉膛空气分级改造的燃煤锅炉工程达120台，机组容量分别为130GW和50GW。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术燃料分级燃烧技术•燃料分级燃烧技术是将两种燃料或同种燃料置于三个区域中燃烧。•第一燃烧区是氧化性区域或稍还原性区域，主燃料在此区域燃烧，并生成NOx。•第二燃烧区是还原区域，二次燃料送入后生成碳氢化合物基团，与来自第一燃烧区烟气中的NOx进行还原反应，将NOx还原为N2。•第三燃烧区是燃尽区，送入燃尽风使燃料全部燃尽。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术燃料分级燃烧技术•二次燃料从主燃烧器上部喷入炉膛，在炉膛中停留时间短，因此要求二次燃料挥发份高、易着火，同时还要求二次燃料含氮量低，以减少NOx排放量。最理想的二次燃料是天然气，它极易着火，又不含氮。油和细煤粉也可以作为二次燃料。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术燃料分级燃烧技术•燃料分级燃烧技术首选由德国在80年代末期提出，称为IFNR技术（in-furnaceNOxReduction）。•在日本，首先是三菱公司在新建大型电站锅炉上采用称为MACT的先进燃烧技术；其次是川崎公司的KVC大容积燃烧技术等。•在德国，除了巴布科克的INFR外，还有斯坦谬勒的NOx-RIF技术。•在美国和欧洲，近年都成功地进行了采用燃料分级燃烧降低NOx排放的示范工程。•燃料分级燃烧技术目前在我国尚未应用过，基本上还停留在试验室研究阶段。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术•为了更好的降低NOX的排放量，很多公司常将低NOx燃烧器和炉膛低NOx燃烧技术，如空气分级、燃料分级等组合在一起，构成一个低NOx的燃烧系统。根据经验，采用改进燃烧技术的方法来控制NOx的生成，可以降低NOx达60％。•对于不同的燃煤锅炉，由于其燃烧方式、煤种特性、锅炉容量以及其他具体条件的不同，在选用不同的低NOx燃烧技术时，必须根据具体的条件进行技术经济比较，使所选用的低NOx燃烧技术和锅炉的具体设计和允许条件相适应。不仅要考虑锅炉降低NOx的效果，而且还要考虑在采用低NOx燃烧技术后，对火焰的稳定性、燃烧效率、蒸汽温度的控制、受热面结渣和腐蚀等可能带来的影响。燃烧控制脱硝技术2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术•对于燃煤锅炉，虽然采用低NOx燃烧技术和设备的方法来控制NOx的生成，能达到一定的效果，但对火焰的稳定性、燃烧效率、过热蒸汽温度的控制、受热面的结渣和腐蚀等可能带来影响，NOx脱除率也有限，NOx脱除率最多不超过60％。难以满足不断提高的环境排放标准要求。•燃用贫煤（挥发分大于10%小于20%）的电厂，目前国内低氮燃烧技术所能达到的氮氧化物排放浓度一般为650mg/Nm3；燃用无烟煤（挥发分小于10%）的电厂，目前国内低氮燃烧技术所能达到的氮氧化物排放浓度一般为1100mg/Nm3。若要在此基础上进一步降低NOx的排放浓度，燃烧控制技术有一定的局限性，必须采取烟气脱硝技术。燃烧控制脱硝技术2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术烟气脱硝技术选择性催化还原法SCR（SelectiveCatalyticReduction）选择性非催化还原法SNCR（SelectiveNon-CatalyticReduction）SNCR/SCR联合脱硝法2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术选择性催化还原法SCR•选择性催化还原技术（SCR）通过在烟气中加入氨气，在催化剂的作用下，利用氨气与NOx的有选择性的反应过程，可以将NOx还原成N2和H2O。其主要反应式为：•2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2•4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O•SCR技术由于有较高的脱硝效率（最高可达90%左右），因此自20世纪80年代以来开始逐渐应用于燃煤锅炉，特别是在那些对NOx排放有严格要求的国家，如日本、德国、北欧等国家的燃煤电厂广泛应用。•采用该技术最大的改造电站锅炉容量为750MW，最大的新建锅炉容量为1000MW。为有效地控制NOx排放，美国也正在应用该技术。•是目前唯一可将NOx排放浓度控制在50mg/Nm3以内的成熟技术。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术选择性非催化还原法SNCR•选择性非催化还原技术是将含有NHx基的还原剂喷入炉膛，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行反应生成N2。•在不使用催化剂的条件下，氨还原NOx仅在900℃~1100℃这一狭窄范围内进行，故喷氨点只能选择在炉膛上部对应位置。•采用SNCR法进行烟气脱硝，烟气中NOx的排放量可以减少30％~50％。•该技术目前在国外多应用于小机组或老厂改造。2.火电厂减少氮氧化物排放技术简介火力发电厂减少氮氧化物排放技术SNCR/SCR联合脱硝法•理论上SNCR脱硝法可以脱除烟气中全部NOx，实际上由于很难准确掌握好炉膛各处喷氨量，因此SNCR脱硝法效率不高。SCR脱硝法效率高，但是投资大，运行费用高，这两种方法各有优缺点。•20世纪70年代日本首次把它们结合起来在一座燃油装置上试验，结果表明该技术是可行的。•SNCR/SCR联合脱硝法先采用投资少的SNCR法脱去烟气中大部份NOx，再采用脱硝效率高的SCR法去除余下的N