低氮氧化物燃烧技术.ppt

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1、第三章煤粉炉低NOX燃烧技术,3-1 概述 3-2 煤燃烧过程NOX生成机理和降低NOX排 放的理论依据 3-3 燃煤电厂锅炉降低NOX排放的燃烧技术 3-4 NOX排放控制技术改造存在的问题 4-9 烟气脱氮技术,3-1 概述,一、氮氧化物排放现状及控制 与SOX排放不同，燃煤锅炉NOX排放水平与煤种、锅炉和燃烧器形式、炉内温度水平、炉内烟气气氛等因素有关。 不同燃煤锅炉的NOX排放水平见下表,火电厂大气污染物排放标准GB132232003,表3 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度单位：mg/m3,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。液态排渣煤粉炉执行Vdaf1

2、0的氮氧化物排放浓度限值。,二、氮氧化物排放控制技术 常规燃煤粉电站锅炉控制NOX排放的技术措施大致可分为两大类： 低氮氧化物排放燃烧技术。包括低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及烟气再循环技术等。 尾部烟气脱氮氧化物技术。包括选择性催化还原法（SCR, Selective Catalytic Reduction)、非选择性催化还原法(NSCR)、选择性无催化还原法(SNCR)、电子束辐射烟气脱硝等。 本章介绍低氮氧化物排放燃烧技术，另外，也对烟气脱硝技术作简单介绍。,3-2 NOX生成机理和降低NOX排放理论依据,一、煤燃烧过程NOX生成机理 (一) 热力型NOX(Thermal-

3、 NOX) (二) 燃料型 NOX (Fuel- NOX) 、燃料型NOx的生成机理 、燃料型NOx的转化率 、影响燃料型NO转化率的煤质因素 4、 影响燃料型 NOx转化率的运行因素 ( 三 ) 快速型 NOX (Prompt- NOX) 二、抑制NOx 生成的理论依据 (1) 抑制热力型 NO 的基本策略 (2) 抑制燃料型NOx的基本策略 (3)利用二次燃料的燃烧还原NO,一、煤燃烧过程NOX生成机理 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要包括NO、NO2和N2O三种，前两种合成NOX。一般煤粉炉燃烧过程中N2O的生成量很小，可以忽略，但流化床燃烧过程中N2O的生成量很高，不能忽略。在煤粉炉产生

4、的NOX中，主要是是NO，而 NO2所占份额很少。 在煤的燃烧过程中，同时存在着NOX生成的氧化反应和被破坏的还原反应，低氮氧化物燃烧技术就是在燃烧过程中抑制前者的进行而为后者创造有利条件。这需要知道NOX的生成机理。 NOX的生成包括三种不同的类型，即热力型、燃料型和快速型，后面分别介绍。,返回,（一）热力型NOX(Thermal- NOX) 在高温环境下，由燃烧用空气中的氮氧化而生成的NOX，称为热力型NOX。N2在空气中的高温氧化反应为一组不分支的链式反应（M为不参加反应的第三种物质原子）： 在热力型NOX的生成其中，第二步反应的活化能较高，控制了总的反应速度。,热力型 NOX形成的主要

5、控制因素是温度，温度对热力型NOX的生成速率的影响呈指数函数关系。实际上 , 在 1350 以下时，热力型NOX的生成量是很少的，但随着温度的升高 ,其生成量迅速增加，当温度达到1600时, 其生成量可占炉内由 NOX总量的25%30%。 影响热力型NOx生成的另一个主要因素是反应环境中的O2浓度，NOX的生成速率与O2浓度的平方根成正比。,返回,( 二) 燃料型 NOX (Fuel- NOX) 一般认为，燃料型NOX是燃料中含有的氮化合物在燃烧中发生热分解，并进一步被氧化而生成的。它在煤燃烧NOx产物中占6080，是NOX主要的来源。 由于在煤的燃烧过程中不仅有NOX生成的氧化过程，也有分解

6、NO的还原过程，因此最终烟气中NOX量的多少取决于两者共同作用的结果。 影响燃烧产生NOX量的因素非常复杂，主要与煤种的特性、煤中氮化合物的存在形态、燃料中氮热解时在挥发分和焦炭中分配的比例和各自的成分、燃烧气氛中的氧浓度、燃烧温度等有关。,返回,、燃料型NOx的生成机理 在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生NHi、HCN和CN等含N的中间产物基团，然后在氧气存在条件下再氧化成NO 。同时在还原性气氛中NHi、HCN也会与已经生成的NO 进行还原反应。 由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮化合物（挥发份氮）的氧化与还原以及焦

7、炭中剩余稳定氮化合物（焦炭氮）的氧化和还原两部分组成。,燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图,（）由挥发分N转化为氮化合物的主要反应途径,在煤燃烧初始阶段的挥发产物析出过程中 , 大部分的挥发分氮( 气相氮化合物 ) 随煤中其他挥发产物一起释放出来 , 首先形成中间产物，NHi (i=1,2,3)、CH 以及HCN（氰）, 其中主要是NH3和 HCN 。 在氧气存在的条件下 , 含氮的中间产物会进一步氧化而生成 NO； 在还原性气氛中 , 则HCN会生成多种胺(NHi) 。胺在氧化气氛中既会进一步氧化成NO, 又能与已经生成的NO进行还原反应。,焦炭燃烧时,在焦炭表面生成 NO 的反应和 N

8、O 被还原的反应均属于异相反应, 其反应机理非常复杂且尚不完全清楚。一般认为存在以下反应过程。,（）由焦炭N转化为氮化合物的主要反应途径,在煤粉燃烧的一般环境下，挥发分氮生成的燃料型NO占总量的60-70%，而焦炭氮生成的NO占总量的30-40%,返回,、燃料型NOx的转化率,由于燃烧过程存在着NO的还原反应，因此并不是燃料中所有的氮最终会全部转化为NO。 燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃料中氮全部转化成NO时的浓度比为燃料型NOx的转化率 CR最终生成的NO浓度燃料N全部转化成NO的浓度 试验研究表明，影响CR的主要因素是煤种特性以及炉内的燃烧条件。,返回,(1) 燃料中氮的含量 燃料中氮的

9、含量增高时 , 燃料型 NO的转化率呈降低的趋势 。但并不等于燃料氮越高 , 烟气中生成的 NO 浓度也越低 , 通常情况下 , 燃料氮含量越高 , 所生成的燃料型 NO 量也较高。,、影响燃料型NO转化率的煤质因素,(2) 固定碳与挥发分的含量之比 在一定的过量空气系数下 , 煤中固定碳与挥发分的含量比例越高， NO的转化率越低。 （只有在1的情况下成立） (3) 煤的挥发分 挥发分对NO转化率的影响与过量空气系数的大小有关。在1的氧化气氛中 , 煤的挥发分越多 , 燃料型 NO的转化率越高。 在1还原性气氛中, 高挥发分煤种的燃料型NO的转化率反而降低。对高挥发分煤，在煤迅速着火后 , 使

10、局部的氧量更进一步的降低 , 从而抑制了燃料氮向 NO 的转化 , 因此 , 煤中的挥发分含量越高 , 其生成的 NO的浓度越低。并且挥发分氮裂解产生的HCN 和NH3均较多，还原 NO能力较强。 在1还原性气氛中，对低挥发分煤 , 其 HCN 和NH3均较少 , 已经生成的 NO即使在还原气氛中也不容易被还原 , 这也是控制燃烧无烟煤锅炉的NO排放要比烟 煤难的一个重要原因。,返回,4、影响燃料型 NOx转化率的运行因素,(1) 过量空气系数 过量空气系数越高 , 烟气中氧含量越高 , 燃料型 NO 的生成浓度和转化率也越高。 有研究表明，燃料型NO的生成速率与燃烧区氧气浓度的平方成正比。因

11、此 , 控制燃料型 NO的转化率和生成量的主要技术措施是降低过量空气系数 , 在 NO 的生成区域采用富燃料燃烧方式是十分有效且比较方便的减排 NO的技术措施。 但过量空气系数太低会影响锅炉的燃烧效率。,(2) 温度的影响 一般认为：燃料型NO主要生成在挥发分的析出和燃烧阶段，因此，燃料中的气态含氮化合物在达到热解温度时开始分解 , 并最终生成 N0 x。此时，炉内N0 x浓度达到最高； 当煤粉颗粒温度继续上升时，在焦炭表面上NO的还原反应使部分已经生成的NO还原成N2，因而在一定温度范围内，燃料型NO的生成速率与还原速率接近平衡，使 NO 的生成量变化不 大； 当煤粉颗粒温度再进一步升高时，

12、 NO的还原反应速率大于NO 的生成速率，使燃料型NO的生成量有所降低。但温度升高时 , 热力型NOx的生成量也在急剧增加。 由于燃料型NOx的反应机理十分复杂 , 且可靠的实验数据还十分有限，目前还很难确切地说明温度对燃料型 NOx生成量的综合影响规律。,返回,( 三 ) 快速型 NOX (Prompt- NOX) 快速型 NOX的生成机理目前尚有争议，一般认为是通过碳氢化合物燃料产生 CH 原子团撞击 N2 分子 , 生成 CN 类化合物 , 再进一步氧化成 NO 。这个反应进行得很快 , 所以称之为快速型 NOX 以下反应式是控制快速型 NOX 生成速率的重要反应： CH+N2 HCN+

13、N 快速型 NOX的生成对温度的依赖程度很弱。与热力型 NOX 和燃料型 NOX生成量相比 , 它的生成量要少得多 , 在分析计算中一般可以不计人 , 仅在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。,返回,（1）抑制热力型 NO 的基本策略 热力型 NO 生成的影响因素比较明确：降低火焰峰值温度，降低燃料在最高温度区域的停留时间，降低最高温度区域的局部氧浓度，是抑制热力型 NO 生成的基本策略。 大型电站煤粉燃烧锅炉，炉膛内火焰中心的峰值温度接近或超过 1600，热力型 NO占到 25%-30% 的份额，因此，降低火焰的峰值温度和燃料在高温火焰区内的停留时间对抑制热力型 NO 的生成总是十分有效的。

14、另外，降低在高温火焰局部的氧浓度也是有利的。,二、抑制 NOx 生成的理论依据,返回,（2）抑制燃料型NOx的基本策略 为了减少燃料型 NO的排放量 , 不仅要尽可能地抑制其生成, 还要创造有利于NO还原的条件, 以促使已经生成的NO发生还原反应。 在煤粉燃烧的高温条件下 , 燃料氮中的 70%90% 会转化为挥发分氮, 而在1的件下, 如果可以保证一定的停留时间，由挥发分氮生成的NO量会大大减少，而生成分子氮。对采用大型燃烧器的大容量煤粉锅炉，是比较容易实现富燃料燃烧和较长停留时间的。在煤燃烧过程中的一定阶段 , 创造富燃料区， 降低局部氧浓度，不仅对抑制挥发分氮生成的NO，而且对降低热力型

15、 NO也是有效的。 在1的的区域内，在一定的范围内提高温度对促进 NO 的还原反应是有利的，但过高不利于抑制热力型 NO的生成。,返回,（）利用二次燃料的燃烧还原NO 根据 NO的还原机理,对已经生成的NO,利用某种合适的燃料（天然气、生物质以及超细煤粉等）作为NO的还原剂,喷人炉膛内的合适位置, 可以起到还原一部分NO的作用,同时，也作为锅炉的一部分燃料在炉内燃烧放热。,返回,3-3 燃煤电厂锅炉降低NOX排放的燃烧技术,一、锅炉燃烧运行参数的改进 (1) 低过量空气系数运行 (2) 降低燃烧器区域的火焰峰值温度 (3) 部分燃烧器运行方式 二、燃烧空气分级技术 (一) 空气分级技术的基本原

16、理和影响因素 (二) 燃烧器上空气分级的实现 1. 直流燃烧器上的空气分级 (1) 同轴燃烧技术 (2) 浓淡燃烧技术 2. 旋流燃烧器空气分级 (三) 沿炉膛高度的空气分级 三、组织炉内燃料分级再燃与还原NOx,在工程实践中 , 炉内降低 NO 的燃烧技术措施需要体现抑制和还原 NO的基本策略，从合理组织燃烧的角度控制NO 的排放。 具体的降低 N0排放的各种技术措施可归为三个主要方面：锅炉燃烧运行参数的改进，燃烧空气分级技术，组织炉内燃料分级燃烧。,一、锅炉燃烧运行参数的改进 这一类技术措施主要是对锅炉燃烧装置的运行方式和运行参数进行必要、合理的调整和改进，具有简单易行的特点，但此类技术N

17、O措施降低幅度比较有限。 （）低过量空气系数运行 低过量空气系数运行可以抑制 NO的生成量 , 对降低燃料型 NO尤其有效。同时 , 降低锅炉燃烧的总体过量空气系数能降低锅炉排烟损失。 但是锅炉实际运行时, 过量空气条数过低会带来若干运行上的安全和经济性问题, 比如受热面结渣、金属腐蚀、炉内传热变化、汽温特性变化以及飞灰可燃物增加等。,返回,(2) 降低燃烧器区域的火焰峰值温度 降低燃烧器区域的火焰峰值温度可以抑制NO的生成量 , 主要措施有以下两种： 燃烧器区域的烟气再循环 将排烟中的一部分低温烟气（一般占总烟气量的 10% 以上 ) 直接送入炉膛燃烧器区域 , 或与燃烧用的空气混合后送入炉

18、膛 , 因此火焰峰值温度将有所降低 , 使热力型 NO 减少。同时 , 烟气稀释了燃烧空气中的氧气 , 降低了局部的氧浓度 , 也使燃料型NO 降低。 降低预热空气温度 在燃烧气体燃料的条件下 ,可以适当降低预热空气温度 , 起到降低火焰峰值温度的作用, 从而降低热力型NO的生成量。对于燃煤锅炉需要首先考虑煤粉干燥与着火等因素 。,返回,(3) 部分燃烧器运行方式（类似空气分级） 该运行方式适用于燃烧器多层布置的锅炉, 在锅炉正常运行中, 根据情况停投最上一层或两层喷口的燃料供应 , 仅送入空气 , 将全部燃料集中从炉膛下部的燃烧器送入炉内, 从而在下部的燃烧器区域实现富燃料燃烧。上层送入的空

19、气形成分级燃烧, 有利于减少热力型 NO 和燃料型NO的生成量。,返回,二、燃烧空气分级技术,燃烧空气分级技术是国内外燃煤粉锅炉上采用最广泛、技术上比较成熟的低 NO 燃烧的主流技术 , 近年来在我国 300MW 以上的电站锅炉上均已经得到采用 , 并取得了良好的效果。 空气分级技术分为燃烧器上的空气分级和炉内沿炉膛高度的空气分级。,返回,1. 基本原理 空气分级技术的指导思想是通过改进燃烧器的设计或炉膛的配风设计，合理分配和适时地送入燃烧各阶段所需的空气，在维持锅炉总体过量空气系数较低的基础上， 在主燃烧区域进一 步造成局部缺氧燃烧，创造抑制 NOx生成和有利于NOx还原的气氛环境 ，在主燃

20、烧区后则创造富氧燃烧区，以确保燃料的燃尽。 在富燃料区, 燃料在缺氧条件下燃烧, 其燃烧速度和燃烧温度均降低,热力型NOx减少,同时, 燃料中释放的含氮中间产物HCN和NH3等,会将一部分NO还原成氮气,因而抑制燃料型NO的生成。 到了燃尽区,燃料在富氧的条件下燃尽,虽然不可避免地有一部分残留的氮会在燃尽区的富氧条件下氧化成NOx, 但由于此区域的火焰温度较低,N0生成量有限。因此,在空气分级的条件下,总的NOx生成量是降低的。,（一）空气分级技术的基本原理和影响因素,2. 实施空气分级技术的主要影响因素,空气分级对锅炉的燃烧带来的不利影响因素有： 飞灰可燃物含量可能增加 , 使燃烧效率降低

21、; 燃烧器区域的富燃料所造成的还原气氛环境有加剧水冷壁结渣和金属高温腐蚀的可能性 ; 由于火焰变长可能使炉膛出口烟温升高 , 会对过热汽温和再热汽温特性带来影响。 因此 , 空气分级燃烧的设计要在保证锅炉安全经济运行的基础上，实现降低 NO的排放。,在空气分级燃烧的条件下 , 富燃料区的过量空气系数是影响 NO 生成浓度和飞灰可燃 物含量的主要因素。 对降低NO生成 , 一般过量空气系数为0.8左右后NO 生成浓度变化很小。另外 , 对挥发分较高的煤种 , 空气分级燃烧降低 NOx排放的效果比挥发分较低的煤种更明显, 而且高挥发分煤的最佳过量空气系数略低于后者。 对于飞灰可燃物而言 , 总存在

22、过量空气系数降低 , 飞灰可燃物增加的规律 , 并不存在一个最佳值。 因此 , 在实际运行中 , 应综合考虑 NO的降低和煤粉的燃尽率 , 以及可以采取的其它运行措施 ( 比如提高煤粉的细度等 ) 。,返回,( 二 ) 燃烧器上空气分级的实现,燃烧器的空气分级是通过改进传统煤粉燃烧器的设计来实现燃烧所需空气的分级送入，从而在煤粉气流火焰的局部区域造成缺氧燃烧环境。 对于直流煤粉燃烧器和旋流煤粉燃烧器 , 由于组织煤粉燃烧的方式不同 , 因此所采用的空气分级方式也不同。,返回,1. 直流燃烧器上的空气分级 直流燃烧器均采用四角布置切圆燃烧方式 , 这种燃烧方式是我国电站锅炉采用最多的一种传统的煤

23、粉燃烧方式。 它在炉膛内形成一个强烈旋转的整体火焰 , 有利于稳定煤粉气 流的着火和强化后期混合 , 具有结构简单 , 操作方便 , 燃烧效率高等优点。此外 , 四角切圆燃烧时 , 炉内火焰充满较好 , 火焰的峰值温度较低, 有利于减少 NOx的排放。 基于空气分级原理的低 NOx直流燃烧器技术包括同轴燃烧技术、浓淡煤粉燃烧技术两类。,返回,（）同轴燃烧技术 同轴燃烧技术也叫同心圆燃烧技术或径向空气分级燃烧技术。 该技术的特点是将二次风向外偏转一个角度, 形成一个与一次风同轴, 但直径较大的切圆。由于二次风向外偏转后, 在煤粉气流喷口出口处推迟了二次风与一次风的初期混合 , 一次风切圆形成缺氧

24、燃烧的火球 , 从而达到空气分级送入煤粉燃烧火焰的目的，使NOx的排放量降低。 同轴燃烧技术有两种形式：一种是偏转的二次风切圆与一次风切圆的旋转方向相同，另一类则是将二次风偏转一定角度后，与一次风形成同心反切园。,第一种技术有加剧在炉内整体旋转动量的趋势，炉膛出口烟气的残余旋转要比第二种技术强，出口温度偏差也较大。但该技术由于有利于形成水冷壁附近的氧化气氛 , 可以减轻燃烧器区域的壁面结焦和水冷壁管金属高温腐蚀。 第二种技术由于一、二次风切圆方向相反，使煤粉和空气的混合加强，过量空气系数可以适当减小。 同轴燃烧技术的关键是在于二次风的偏转角度, 偏转角度过大氮氧化物减排幅度增大，但飞灰可燃物含

25、量也会增加 , 合适的偏转角度因煤种而异 , 一般选择在25度左右。,返回,（2）浓淡煤粉燃烧技术 浓淡煤粉燃烧技术是在燃烧器喷口前, 将通常均匀的一次风煤粉气流刻意分离成两股煤粉浓度不同的气流，使射入炉膛的一部分燃料在空气不足的条件下燃烧 , 即处于富燃料燃烧; 另一部分燃料在空气过剩的条件下燃烧, 即处于富空气燃烧。 浓淡燃烧时，燃料过浓的火焰部分因氧量不足, 燃烧温度不高 , 所以燃料型NO和热力型NO均会减少。燃料过淡的火焰内因空气量过大, 燃烧温度也低, 热力型 NOx生成量也减少。因此 , 浓淡燃烧的 NO 生成量低于常规燃烧方式。,由于浓淡燃烧是采取在燃烧器喷口前对一次风粉气流进

26、行气固分离的方法来实现在燃烧器出口区域的浓淡煤粉空气气流燃烧的,因此根据浓淡两股煤粉气流在燃烧器出口的相对位置不同, 分为水平浓淡燃烧和垂直浓淡燃烧。,在水平浓淡燃烧方式下，将浓相煤粉气流喷入向火侧 , 稀相煤粉气流喷入背火侧。这一燃烧方式具有双重降低 NO 的特点 : 一是燃烧器喷口出口处组织浓淡燃烧 , 具有降低 NO生成量的条件 ; 二是浓相气流在切圆向火侧切向喷人炉内 , 形成内侧切圆富燃料燃烧 , 属于还原气氛 , 又进一步降低了 NO 的生成量 , 稀相煤粉气流在切圆的背火侧切向喷人炉内 , 形成外侧切圆。 水平浓淡燃烧方式除创造了低 NOx排放的环境外 , 还进一步改善了着火条件

27、 , 燃烧稳定, 进一步降低了飞灰可燃物含量; 并可以维持水冷壁附近的氧化性气氛 , 对防止结焦和水冷壁管的金属高温腐蚀创造了有利的条件。,水平浓淡燃烧,哈工大水平浓淡风煤粉燃烧器,垂直浓淡燃烧,垂直浓淡燃烧器是在垂直方向上形成浓淡燃烧，它除了具有降低 N0 生成的功能外， 还在燃烧器出口处设置不同形式的钝体结构。 钝体在燃烧器出口处形成一个稳定的回流， 回流区中的烟气一方面使得初始段浓淡气流分隔开来，而且，可以使煤粉火焰在较宽的负荷变化范围内维持稳定。,CE公司WR直流式煤粉燃烧器,返回,、旋流燃烧器空气分级,旋流燃烧器墙式燃烧是广泛应用于电站锅炉的另一种燃烧方式，特别是大容量燃烧锅炉中经常

28、采用旋流燃烧器对冲燃烧方式。 传统旋流燃烧器的特点是一次风煤粉气流以直流或旋流的方式进入炉膛, 二次风从煤粉气流的外侧旋转进入炉膛。射流的强烈旋转使两股气流进入炉膛后立即强烈混合, 卷吸大量已着火的高温烟气, 在着火段形成氧气过量的燃烧区域，而且火焰短，放热集中，易出现局部的火焰峰值区。 所以 , 传统的旋流燃烧器比四角直流燃烧器的NOx排放量高得多。,为了降低传统的旋流燃烧器的NO排放量 , 需要在空气分级上克服旋流燃烧器一、 二次风过早强烈混合的问题, 使二次风逐渐混入一次风气流 , 实现沿燃烧器射流轴向的分级燃烧过程, 避免形成高温、富氧的局部环境。 实际应用的各种不同型式低 NOX 旋

29、流燃烧器的结构均主要是以双调风旋流煤粉燃烧器为基础。双调风煤粉燃烧器的特点是在燃烧器的出口实现空气逐渐混入煤粉气流,合理地控制燃烧器区域空气与燃料的混合过程, 以阻止燃料氮转化为NOx和热力型NOx的生成量,同时又保证较高的燃烧效率。,典型的双调风燃烧器一次风管的外围设置了两股二次风 , 即内层二次风和外层二次风 ( 又称三次风 ), 分别由各自通道内的调风器控制其旋流强度，内层二次风的作用是促进一次风煤粉气流的着火和稳定火焰 , 外层二次风的作用是在火焰下游供风, 以保证煤粉的燃尽。另外, 旋转的外二次风卷吸的热烟气也能起到改善火焰稳定性的作用。 这一空气分级方式可以将燃烧的不同区段控制在沿

30、射流轴向的不同位置 , 适当延迟燃烧过程，可降低火焰的峰值温度和降低燃烧的强度, 从而形成一个核心为富燃料 , 四周为富氧的稳定火焰。既有利于稳定燃烧 , 也有利于减少 NOx的排放。,哈工大径向浓淡旋流煤粉燃烧器,1炉墙 2直流二次风通道 3旋流器 4旋流二次风通道 5一次风通道 6中心管 7点火装置 8直流二次风挡板 9煤粉浓缩器 10淡一次风风道 11浓一次风风道,返回,( 三 ) 沿炉膛高度的空气分级,该技术是在炉膛下部的整个燃烧区组织欠氧燃烧 , 对直流燃烧器与旋流燃烧器燃烧锅炉均可以采用。 此时，大约 80% 的理论空气量从炉膛下部的燃烧器喷口送人 , 使下部送入的风量小于送入的燃

31、料完全燃烧所需空气量 , 进行富燃料燃烧。由于空气不足 , 可使燃料型 NOx降低 , 同时 , 燃烧器区域的火焰峰值温度也较低 , 局部的氧浓度也较低 , 也会使热力型 NOx的 生成速率下降。 其余约 20% 的空气从主燃烧器上部的燃尽风 OFA(顶部风 、火上风) 喷口送入, 迅速与燃烧产物混合 , 保证燃料的完全燃尽。上部燃尽风可以与主燃烧器一体布置 , 或与主燃烧器相隔一定距离独立设置，或者二者相结合 。 与同等条件下空气不分级燃烧的燃烧器相比 , 能减少20%30%的NOx排放量, 而且炉内空气分级比燃烧器上的空气分级对降低NOx的效果要好。但仅采用炉内沿炉膛高度方向空气分级 ,

32、容易造成水冷壁结渣和腐蚀。如果同时结合同轴燃烧技术 , 则降低NOx的效果和水冷壁的安全性会更好。,返回,三、组织炉内燃料分级再燃与还原NOx,在炉膛内采用燃料分级燃烧方式,就是通过合理组织燃料的再燃与还原NOx的过程,使已生成的部分N0发生还原反应。 通常, 将燃烧所需燃料的80左右经主燃烧器送入主燃烧区,大部分燃料在此燃烧放热，并生成NO。 其余20%左右的燃料作为还原燃料送入炉膛上部区域,再燃燃料在主燃烧区的下游形成高温、富燃料的局部还原气氛，同时再燃燃料氧化分解形成的烃类物质（CHi)与氮类物质先生成HCN、NH3，然后将大部分NO还原为N2。 在锅炉上部送入充分的空气作为燃尽风，在前

33、面未然尽的燃料在此可以充分燃烧。,影响燃料再燃烧和还原NOx的因素,主要包括再燃燃料的种类、含氮量、煤粉的粒度、燃料的反应性、再燃燃料的比例、再燃区的位置和温度、再燃区的过量空气系数、再燃燃料的输送介质等方面，影响规律比较复杂。 再燃燃料主要有天然气、超细煤粉、生物质燃料等。,Mitsubishi Advanced Combustion Technology,3-4 低NOX燃烧技术存在问题与对策,容易发生的问题： 较低温度、较低氧量的燃烧环境势必以牺牲燃烧效率为代价 , 因此 , 在不提高煤粉细度的情况下 , 飞灰可燃物含量会有所增加 ; 由于在燃烧器区域欠氧燃烧 , 炉膛壁面附近 CO 含

34、量增加 , 具有引起水冷壁管金属腐蚀的潜在可能性 ; 为了降低燃烧的温度 , 推迟燃烧过程 , 在某些情况下 , 可能会导致着火稳定性下降和锅炉低负荷燃烧稳定性下降 ; 采取的大部分燃烧调整措施均可能使沿炉膛高度的温度分布趋于平坦, 使炉膛吸热量发生不同程度的偏移 , 可能会造成炉膛出口烟温偏高。,解决的对策： 采取多种先进的低 N0 x燃烧技术的合理组合方式 ; 加强各个燃烧器的风粉配平、计量与运行监视工作 , 这对普遍采用中储式制粉系统的现役电站锅炉是比较容易实现的 ; 分别控制燃烧器区域和炉膛出口的过量空气系数; 提高煤粉细度, 以提高着火稳定性和降低飞灰含碳量 , 这对普遍采用筒式钢球

35、磨制粉系统的现役电站锅炉是有利的 ; 注重监视燃烧器区域炉壁附近的氧浓度 (维持 021%2%) 与 CO 的浓度 ( 维持 CO02 % ), 以避免水冷壁管金属发生腐蚀。,返回,4-9 烟气脱氮技术 各种低NOx燃烧技术能较经济地降低燃煤锅炉排放值，但一般只降低排放50%左右。据环保法对排放的要求，应低于40%方可，故应考虑燃烧后的烟气脱硝处理技术。 烟气脱硝处理技术包括干法和湿法两大类，已经进行商业应用的主要是干法烟气脱硝技术。 干法烟气脱硝技术又分为选择性催化还原法（SCR） 、非选择性催化还原法（NSCR） 、选择性无催化还原法（SNCR） 、电子束照射法、活性炭法等。其中最主要的是

36、选择性催化还原法。,选择性催化还原法（SCR）,用氨作为还原剂, 在催化剂存在的条件下, 将烟气中的N0还原成N2,脱氮率可达90%以上。 根据所采用的催化剂不同, 其适宜的反应温度范围也不同,一般为300-340。 由于所采用的还原剂氨一般只与烟气中的NOX发生反应, 而不与烟气中的氧发生反应, 所以 将这类有选择性的化学反应称为选择性催化还原法。,非选择性催化还原法（NSCR）,用CH4、CO、H2 等作为还原剂 , 在烟温 550800范围内及催化剂的作用下,将NOx还原成 N2。但是这类还原剂除了与烟气中的 NOx反应以外 , 还与烟气中的残余氧反应 , 生成水或二氧化碳 , 因此 ,

37、 还原剂的消耗量比选择性催化还原法高出 45 倍。 另 外 , 该反应要放出热量使烟气温度上升。,选择性无催化还原法（SNCR）,在不采用催化剂的条件下 , 将氨作为还原剂的还原反应只能在 9501100这一温度范围内进行 , 因此需将氨气喷射注入炉膛出口区域相应温度范围内的烟气中, 将NOx还原为N2和 H2O 。也称为高温无催化还原法或称为炉膛喷氨脱氮法。 这类脱氮方法的脱氮效率为 40% 60%, 而且对反应所处的温度范围很敏感。 该法的主要特点是无需采用催化反应器, 系统简单。,目前，已在火电厂采用的主流烟气脱硝工艺是SCR。该法尽管系统复杂、运行成本较高并且会增加系统阻力，但是脱氮效

38、率高、无废水和其它有害副产品产生。下面对SCR脱硝系统做一个简单介绍。,选择性催化还原法（SCR）脱硝系统,脱硝反应,烟气SCR脱硝法采用催化剂促进氨与还原反应。若使用钛和铁氧化物类催化剂，其反应温度为300oC至400oC，当采用活性焦炭时，其反应温度为100oC至150oC。 根据反应器在锅炉尾部烟道的位置,有三种方案: (1) 在空气预热器前350oC位置. (2) 布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后,SCR反应器 置于空气预热器前,锅炉,静电除尘器,SCR反应器,空气预热器,NH3储罐蒸发器,去湿法烟气脱硫系统,NH3,空气,NH3,NH3+空气,此时烟气温度处在300到500oC之

39、间,适用于多数催化剂的催化还原反应。但烟气中含有飞灰、二氧化硫等,故反应器在“不干净”的高尘烟气中，还原剂寿命受影响: 烟气飞灰中Na,K,Ca,Si,As会使催化剂中毒或污染. 飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器蜂窝堵塞. 如烟气温度升高,会使催化剂烧结或使之再结晶失效. 高活性催化剂会使二氧化硫氧化成三氧化硫.,SCR反应器置于FGD之后,锅炉,静电除尘器,SCR反应器,空气预热器,NH3储罐蒸发器,NH3,NH3+空气,湿法烟气脱硫系统,空气,气/气加热器,去烟囱,空气,气/油燃烧器或蒸汽换热器,布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后其优点显而易见,此时可使用高活性CATA.且结构紧

40、凑,其寿命较长.但问题是反应器在FGD之后,温度仅有50-60度,故需加热升温。,国内烟气脱硝情况,2005年4月3日，浙江国华浙能发电有限公司与上海日立贸易有限公司在杭州举行了浙江国华宁海电厂4机组烟气脱硝工程启动暨合同签订仪式。该工程是目前国内600MW发电机组第一套烟气脱硝装置，实施后浙江国华宁海电厂4机组脱硝率80%以上，每年减排氮氧化物3000吨以上。 2003年6月,东方锅炉公司与德国鲁奇.能捷斯.比晓夫公司(LEE)签订了石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WLST)和选择性催化还原法烟气脱硝(SCR)的技术引进协议。 2005年2月24日，东方锅炉正式签订恒运集团公司广州恒运电厂230万千瓦电站机组烟气脱硝工程项目总承包合同。 2005年3月，哈尔滨锅炉厂有限公司与三菱重工业株式会社正式签署了脱硝SCR技术转让协议。,