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浅谈分级燃烧与SNCR脱硝技术蔡胜发2013年9月27日内容目录1、NOx的危害及排放情况2、氮氧化物的产生机理3、降低NOx排放的主要措施4、燃料分级燃烧脱氮技术5、SNCR脱硝技术6、分级燃烧+SNCR组合模式7、环保核查及NOx浓度转换燃煤窑炉排放的NOx中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大，是在大气中NO可以氧化生成NO2，其毒性是NO的4～5倍。1.1NOx的危害NOx还导致光化学烟雾和酸雨的形成，易加速区域性酸雨的恶化。氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物燃煤窑炉排放的NOx中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大，但是在大气中NO可以氧化生成NO2，其毒性是NO的4～5倍。空气中NO2含量高对人体器官会产生强烈的刺激作用。2.1NOX的种类热力型NOX燃料型NOX快速型NOX2.2热力型NOx生成的机理热力型NOx是空气中的N2在高温下氧化而生成的N2+O=NO+NN+O2=NO+ON+OH=NO+H温度高于1500℃，热力型NOx的生成反应明显。温度对热力型NOx的生成浓度具有决定性的影响●降低燃烧温度，避免产生局部高温区；●缩短烟气在炉内高温区停留时间；●降低烟气中氧浓度。NH3氧化的主要反应途径挥发分N中HCN氧化的主要反应途径2.3燃料型NOx的生成机理空气中的氮和燃料中的碳氢离子团反应，反应产物进一步氧化形成NOX.CH+N2=HCN+NCH2+N2=HCN+NH2.4快速型NOx的生成机理其生成量较少，一般占总NOx的5%以下在高温窑炉内热力型NOx占NOx总生成量的60％~80％以上；燃料型NOx可占到NOx总量的20％；快速型NOx的生成量很小。2.5各类型NOx的生成量和温度的关系2.6影响水泥窑NOx生成量的因素(一)烧成温度：温度对热力型NOx的生成量影响十分明显，当燃烧温度低于1500℃时，热力型NOx生成量极少，随着温度的升高，NOx的生成量急剧上升。回转窑燃烧器火焰温度高达1700-2000℃，这种高温下会促使热力型NOx的大量生成。过剩空气系数：热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比，即氧浓度越大，在较高的温度下会使氧分子分解所得的氧原子浓度增加，使热力型NOx生成量增加火焰的形状：从理论上由于火焰拉长降低了高温点温度，可以减少NOx的生成量，但实际生产中通常是短火焰虽然温度较高，产生的NO量却比长火焰的少，因为火焰核心部位缺少空气，产生还原气氛，且烟气在高温区停留时间短。2.6影响水泥窑NOx生成量的因素(二)废气在窑内的停留时间：气体在高温区的停留时间对NOx生成量也产生较大的影响。NOx浓度随着停留时间的延长而增大。3.1低NOx燃烧技术措施◆降低燃烧区内火焰的峰值温度（Tmax）；◆减少气体在火焰区的停留时间（t）；◆降低火焰区的氧气浓度（O2）；◆加入NOX还原剂等分级燃烧脱氮（25~30%）采用低氮燃烧器（10~15%）SCR脱硝技术（85~90%）41233.2低NOx燃烧技术措施SNCR脱硝技术（50~80%）空气分级燃烧燃料分级燃烧指在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。还原剂与窑尾烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生指将燃烧所需的空气（三次风）分成两部分送入，一部分送入第一级燃烧区内，使过剩空气系数α在0.8左右，燃料先在缺氧富燃料条件下燃烧，形成还原剂，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。另一部分空气输入二级燃烧区内，保证燃料的完全燃烧3.3分级燃烧脱氮技术SNCRSCR选择性催化还原（SCR）技术是众多的脱硝技术中脱硝效率最高，最为成熟的脱硫技术。目前SCR技术已成为国内外电厂脱硝的主流技术。SCR脱硝技术采用氨作为还原剂，喷入温度约300~420℃的烟气中，在催化剂的作用下，选择性地将NOx还原成N2和H2O，而不是被O2所氧化。将氨水（20%～25%）或尿素溶液（30%~50%）通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域（850~1050℃），雾化后的氨与NOx（NO、NO2等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOx转化成无污染的N2。当反应区温度过低时，反应效率会降低；当反应区温度过高时，氨会直接被氧化成N2和NO。3.4还原脱硝技术3.5燃料分级燃烧与SNCR优劣燃料分级燃烧SNCR脱硝•操作控制要求高•脱氮效率有限且波动较大无运行成本无二次污染有效降低NOx排放（25~30%）单独使用，很难达到环保要求！单独使用，熟料成本上升（5~8元/吨）运行成本高产生二次污染•脱硝效率高，稳定（50~80%）操作控制简单3.6燃料分级燃烧与SNCR组合脱硝两种脱硝方式调控互补，脱硝效率可靠（50~80%），运行成本低！优势分级燃烧SNCR脱硝1POLYSIUS采用窑尾烟还原区。还原区空间小，停留时间短，对烟气中O2要求严格（1.0%），否则易产生结皮。2FLS和南京院采用烟室上升烟道还原区。风速高，停留时间短，可采取分料控制高温，同样对O2要求严格。3日本川崎采用分解炉锥部还原区。还原空间大，旋流作用可遏制边壁高温，停留时间长，烟气中O2要求较低（3.0%）4.1燃料分级燃烧技术上部燃烧器下部燃烧器缩口延长增设跳台4.2分级燃烧改造示意图（一）还原区4.2分级燃烧改造示意图（二）缩小三次风管入风口尺寸燃料分级燃烧缩口延长：提高整流效果，形成稳定流场增设跳台：防止炉内局部塌料现象发生缩小三次风管入风口截面积：提高三次风入炉风速，增强旋流作用4.3分级燃烧改造说明4.4分级燃烧操作控制思想上下部燃烧器粉煤调整，原始设计为4：6，在实际过程中应适当增大下部燃烧器用煤量（3：7），确保预热器出口CO（0.05~0.1%），维持分解炉还原区缺氧燃烧状态。506高温风机转速下调，由710rpm680rpm，严格控制预热器出口O2（1.0%左右），窑尾O2（3.0%左右）；三次风挡板开度上调，由25%40%，增大三次风量，提高入炉旋流效应，避免边壁高温现象；操作控制思想4.5分级燃烧改造相关参数变化项目喂料量t/h窑尾负压506转速C1出口压力C1出口温度预热器出口O2预热器出口CO预热器出口NOX技改前395-550710-59603321.80.01650技改后395-390680-56003201.20.06470项目三次风挡板三次风负压三次风温度炉中温度炉出口温度C5溜子温度窑尾CO窑尾O2技改前80-3209008908858750.0045.5技改后125-2609708408808720.0043.5关注原煤变化还原区高温结皮是制约分级燃烧技术推行的主要因素，运行中要加强对该区域的检查清理避免煤粉在富氧下燃烧，高温结皮，影响脱硝效率分级燃烧正常运行1243精心操作是关键原煤热值、挥发份变化会直接影响炉内燃烧状况，应重点关注换煤后炉内变化做好系统漏风治理加强结皮清理4.6分级燃烧改造影响因素避免大风大料操作，尽量降低空气过剩系数，保持预热器出口适当的CO浓度4.7分级燃烧改造应关注几个问题分煤比例顾忌分解炉会出现结皮，比例偏小控制；其实炉内风煤料配合，保证三次风旋流效应和缺氧燃烧才是预防结皮的关键三次风挡板随着窑工况及煤质变化，为匹配窑炉用风，保证分级燃烧效果，三次风挡板经常性调整炉锥结皮中控操作控制不当、风煤料匹配不合理等因素都可能造成炉锥结皮，运行过程中要重点跟踪检查，否则会影响回转窑正常运行主窑皮随着三次风挡板开度增大，主窑皮可能会偏短，影响回转窑耐火材料使用周期关注几个问题4.8分级燃烧改造后窑皮状况主窑皮22米左右5.1选择性非催化还原(SNCR)技术（一）选择性非催化还原(SNCR)技术属于燃烧后控制技术,是将带有氨基物质在没有催化剂的情况下,由泵喷射入炉内，在一定条件下,与NOx反应还原生成无毒无害的氮气和水。尿素溶液的喷入点的温度合适的范围在850℃～1050℃。脱除效率可以达到50%～80%。4.4CO再燃降低NOx排放的反应机理（四）反应温度是影响SNCR过程的主要因素。氨水会直接被氧化成N2和H2O。喷氨后炉内发生的化学反应有：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O5.1选择性非催化还原(SNCR)技术（二）5.2SNCR脱硝基本流程SNCR（喷氨）系统主要由卸氨系统、罐区、加压泵及其控制系统、分配与调节系统、喷雾系统等组成。其流程如下图所示：5.3SNCR脱硝效率与温度关系脱硝效率与温度关系曲线温度超过1100℃，NH3发生氧化，NOx去除率降低。温度低于850℃，反应不完全，逃逸NH3增加，NOx去除率降低。尿素氨水5.4影响SNCR脱硝效率主要因素•温度过高或过低，都会影响NOx•去除率和NH3逃逸增加•还原剂在最佳窗口温度停留时间越•长，NOx去除率越高！最低需要0.3~0.5s•反应区域气体流场稳定，脱硝喷枪雾化效果良好，NOx去除率越高！反应温度停留时间雾化效果6.1分级燃烧+SNCR脱硝运行模式分级燃烧+SNCR脱硝组合运行模式虽然一次性投入大，不易于操作控，但此两种模式可以互为调控，相互取长补短，既实现了NOx减排，又有效控制了生产成本，是生产与环保最佳平衡点。可实现氮氧化物减排50~80％，NOX：450mg/Nm3（10%氧含量，NO计），达到国家最新污染物排放标准。吨熟料运行成本可控制在1.0元/吨，比单独使用SNCR脱硝成本要低4~7元/吨，效益十分可观！组合脱硝模式优势：6.2分级燃烧+SNCR脱硝管理思考分级燃烧操作控制难度大SNCR控制简单SNCR一旦投用，效率相对稳定分级燃烧效率干扰因素多，不稳定如何低成本、高效率运行组合式脱硝模式，需要我们不断思考与摸索！7.1环保核查相关注意事项(一)2011年全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，提出将氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求“十二五”期间工业氮氧化物排放减少10%，氮氧化物减排已经成为我国下一阶段污染治理和减排的重点；氮氧化物活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。继火电行业脱硝工作大规模推广后，我国已推进以水泥行业为主的其它行业氮氧化物排放控制，我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右，是我国氮氧化物排放的第三大源。作为水泥企业龙头企业，海螺集团积极响应国家号召，大力开展水泥窑系统的脱氮脱硝改造，实现水泥窑减排、环境保护和可持续发展！面对日益严峻的环保减排压力，各公司要转变观念，看清形势，积极推进环保减排改造工程，承担社会责任。公司要高度重视环保管理在线监测数据要真实可靠脱氮脱硝运行要稳定有效环保台帐要完善健全ABCD7.1环保核查相关注意事项(二)环保已成为企业做大做强的根本保障，也是应尽的责任！7.2NOx两种浓度方式的转换关系(一)水泥厂烟气中的氮氧化物（NOx）主要有一氧化氮（NO）和少量二氧化氮（NO2），其中一氧化氮（NO）占95%以上（通过水泥生产线的实际检测和标定情况看，在预热器出口二氧化氮（NO2）含量只占0.5%左右，在618风机出口二氧化氮（NO2）含量也小于2%）。CNOx（mg/Nm）=—————×CNOx（PPm）=————×CNOx（PPm）=2.05×CNOx（PPm）22.4NO2分子量4622.4《水泥工业大气污染物排放标准》中明确指出，氮氧化物（NOx）“以NO2计”，任何气体在标准状态下的摩尔体积均为22.4（L/mol）7.2NOx两种浓度方式的转换关系(二)《水泥工业大气污染物排放标准》中规定，NOx浓度的排放限值为800mg/Nm（烟气中O2含量为10%状态下）。因此，我们需要将工况O2含量下的NOx浓度值转化为10%O2含量状态下的浓度值。C（mg/Nm10%O2）=C（