脱硝系统培训教材

第二节 烟气脱硝工艺分类
• 一、烟气脱硝工艺可以分为两大类——湿法和干法 • 1、湿法是指反应剂为液态的工艺方法； • 2、干法是指反应剂为气态的工艺方法。 • 无论是干法还是湿法，依据脱硝反应的化学机理，又可以分为还原(Reduction)法、
分解（Decomposition）法、吸附 (Absorption) 法、等离子体活化（Plasma activation）法和生化(Biochemical)法等。
• 4）分段燃烧，两段燃烧式、三段燃烧式。三段燃烧是在两段燃烧的基础上增加再 燃烧——“reburning”；
• 5）上部燃尽风(OFA)；
• 6）燃料分级等。
• 燃烧方式的改进通常是一种相对简便易行的减少NOx排放的措施 ，但这种措施会
带来燃烧效率的降低，不完全燃烧损失增加，而且NOx的脱除率也不够高，因此随
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• 着环保要求的不断提高，燃烧的后处理越来越成为必然。 • 二级污染预防措施 • （2）二级污染预防措施是指在NOx的生成后的控制措施，即对燃烧后产生的含
NOx的烟气(尾气)进行脱氮处理，又称为烟气脱硝（Flue gas deNOx）或废气脱硝 （Waste gas deNOx）。
料的锅炉的烟气治理。
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• 1、工艺流程
• 选择性催化还原系统安装于锅炉省煤器之后的烟道上，NH3通过固定于氨 喷射格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一起进入填充有催化剂 的脱氮反应器。反应器通常竖直放置（也有个别水平放置的），NOx与 NH3在催化剂的作用下发生还原反应。反应器中的催化剂分上下多层，经 过最后一层催化剂后，使烟气中的NOx控制在排放限值以内，图2-4为该系 统的简单示意。图中的SCR反应器中有三层催化剂（其中一层备用），省 煤器旁路是用来调节温度的，即通过调节经过省煤器的与通过旁路的烟气 比例来控制反应器中的烟气温度，氨喷射器安装位置在SCR反应器的上游 足够远处以保证喷入的氨与烟气充分混合。
图3-1 NOx生成量随着燃烧温度的变化
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• 二、NOx的控制方法
• 1．NOx的控制方法分类
• 见诸于文献资料上有关NOx的治理方法有几十种之多，这些方法大体上可以分为两 大类—— 一级污染预防措施和二级污染预防措施。
• 一级污染预防措施 • （1）一级污染预防措施是指在NOx生成前的所有控制措施。
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• 3．快速型（或速度型）NOx
• 碳氢燃料在燃料过多时燃烧所产生的NOx，称作快速型（或速度型）NOx， 对于大多数的矿物燃料，这类NOx含量较小。
• 温度、氧浓度、燃料含氮量和反应时间是燃烧过程中影响NOx生成量的主要 因素。在这些因素中，又以温度的影响最强。根据Zelkowski（1986）的研 究结果，在煤粉燃烧装置常规氧量运行条件下，NOx生成量与温度之间的关 系存在一个“边界温度”，高于该“边界温度”时，NOx生成量将随温度的 升高以指数规律增加，这个“边界温度”大约为1300℃。下图就是 Zelkowski给出的与温NO度x的的关生系成曲量线。
• 根据不同种类催化剂的适宜工作温度范围，SCR可分wenku.baidu.com高温工艺、中温工 艺和低温工艺，其划分标准是：
• 高温SCR工艺的适宜温度范围为345～590℃； • 中温SCR工艺的适宜温度范围为260～380℃；
• 低温SCR工艺的适宜温度范围为80～300℃。
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• 2、催化反应器的布置
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• 在上述反应中，反应式(3-1)～(3-4)是NOx被还原生成为N2和水的反应，是希望发生 的反应，是这一过程的主要反应。由于NO是烟气中NOx的主要成分，所以主反应中 (2-1)式所代表的反应又是最主要的反应。
• 反应式(3-5)～(3-17)是不希望发生的反应，是该选择性还原过程的副反应。这些反应 虽然在整个化学过程中所占的比例不大，但其中有些反应的生成物属于对环境或对设 备有害的物质。比如其中式(3-8)～(3-11)的反应所生成的N2O是一种温室气体，能产 生温室效应影响气候，而且还对臭氧层有破坏作用。反应式(3-12)～(3-16)所代表的 化学反应中，烟气中的SO2被氧化成SO3，继而再和过量氨反应生成硫酸铵((NH4)2 SO4)或硫酸氢铵（NH4HSO4），这两种物质对下游设备造成的损害也是不能忽视 的问题，所以这些反应都是应该力图抑制的。反应式(3-17)表示可进一步与CO2或 HF产生的副反应。
• 选择性催化还原与选择性非催化还原的温度窗比较 • 三、 选择性催化还原法 • 目前，国际上日趋严格的NOx排放控制法规，促使NOX控制技术的研究得到了前所
未有的发展。选择性催化还原法（SCR）由于具有很高的NOX脱除率这一突出优势， 所以虽然它的投资和运行费用都很高，但仍是目前应用最广泛的一种烟气脱硝工艺， 因为就当前的技术水平而言，它是唯一能够满足严格的排放要求的一种脱硝技术。 自20世纪80年代以来，这一技术已经成功应用于燃气、燃油、燃煤的电站锅炉，工 业锅炉、垃圾焚烧锅炉、石油精练厂，炼钢厂、硝酸厂和玻璃制造厂的燃用各种燃
一般意义上的氮氧化物包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，但对大 气造成污染的主要是NO、NO2和N2O。燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和 NO2——被统称为NOx。在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占90%以上，其余为 NO2。上个世纪40年代在英国、50年代在美国以及60年代在德国都有关于NOx的 危害的报道。60年代氮氧化物被国际社会确认为大气的主要污染物之一，随后在 对NOx的形成与危害机理进行深 • 入研究的基础上，开发了多种控制氮氧化物排放的实用技术。从最初的控制燃烧方 法，到后来的烟气脱硝技术，这些技术的应用为减缓火力发电厂排放氮氧化物对大 气环境造成的压力发挥了重要作用。
• 不添加催化利的方法称为“选择性非催化还原法”，简称SNCR法，是该方法的英文 名称Selected Non-Catalytic Reduction的缩写。
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• 添加催化剂的方法称为“选择性催化还原法”，简称SCR法，是该方法的英文名称 Selected Catalytic Reduction的缩写。SCR法和SNCR法的温度窗比较见下图
• 一级污染预防措施主要是通过改进燃烧方式减少NOx的生成量。基于NOx的形成受 温度的影响极大这一规律，可以通过改进燃烧方式避开使NOx大量生成的温度区间， 从而实现NOx的减排。
• 主要有以下几种途径： • 1）低氧燃烧或低过量空气系数（LEA）；
• 2）烟气再循环（FGR）；
• 3）降低空气预热器温度（RAP）；
一、氮氧化物危害性：
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在火电机组锅炉燃烧排放的多种大气污染物中，氮氧化物是最近三十多年来受到 世界极大关注的一种污染物，NO占95%以上，氮氧化物的排放对人体的致毒作用、 对植物的损害以及在酸雨和光化学烟雾的形成、对臭氧层的破坏中所起的作用已经 得到了科学的证明。随着今后电力工业的发展，NOx排放量将越来越大。如果不加 强控制，NOx对我国大气环境污染所造成的严重后果将不堪设想。 二、概述
（9）2NH3+8NO→5N2O +3H2O • （10）4NO+4NH3+3O2→4N2O +6H2O • （11）12NO2+16NH3+73O2→14N2O +24H2O • （12）2SO2+O2→2SO3 • （13）NH3+SO3+H2O→NH4HSO4 • （14）2NH3+SO3+H2O→(NH4) 2SO4 • （15）2NH4HSO4→(NH4) 2SO4+ H2SO4 • （16）2NH4HSO4+4NH3→(NH4) 2SO4 • （17）NH3 +HCI→NH4CI
• 2、选择性催化还原与选择性非催化还原
• 任何一个化学反应都存在适宜反应发生的温度，通常把适宜发生反应的温度区间称为 “温度窗”，NH3对NOx的选择还原在有催化剂存在和没有催化剂存在的情况下，具 有不同的“温度窗”。在不添加催化剂的时候，较理想的NH3对NOx的还原温度窗为 850～10000C，低于该温度区间NOx的还原速度就会变得很慢，而且当温度在 1050～12000C时，氨本身还会被氧化成NO。通过添加不同种类的催化剂，上述温 度窗可以降低到250～4200C之间，甚至可以低到80～1500C。
• （1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O • （2）6NO+4NH3 → 5N2+6H2O • （3）6NO2+8NH3 →7N2+12H2O • （4）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O • （5）4NH3+3O2→2N2+6H2O • （6）4NH3+5O2→4NO+6H2O • （7）4NH3+7O2→4NO2+6H2O • （8）2NH3+2O2→N2O +3H2O
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第一章 脱硝系统技术介绍
前言
国务院在2011.12.21日印发了国家环境保护“十二五”规划通知中规定 要求持续推进电力行业污染减排，新建燃煤机组要同步建设脱硝设施，未安 装脱硝设施的现役燃煤机组要加快淘汰或建设脱硝设施，烟气脱硝设施要按 照规定取消烟气旁路。加快燃煤机组低氮燃烧技术改造和烟气脱硝设施建设， 单机容量30万千瓦以上（含）的燃煤机组要全部加装脱硝设施。加强对脱 硝设施运行的监管，对不能稳定达标排放的，要限期进行改造。加快脱硝建 设步伐。因地制宜开展燃煤锅炉烟气治理，新建燃煤锅炉要安装脱硝设施， 现有燃煤锅炉要实施烟气脱硝，东部地区的现有燃煤锅炉还应安装低氮燃烧 装置。环境保护部部长周生贤与31个省、自治区、直辖市政府和新疆生产 建设兵团，以及华能、大唐、华电、国电、中电投、国家电网、中石油、中 石化(集团)公司主要负责人正式签署“十二五”主要污染物总量减排目标责 任书。据悉，对年度减排目标未完成或者重点减排项目未落实的地方和企业， 实行问责和一票否决。由此可以看出国家对火力发电厂燃煤机组烟气中污染 物排放控制相当严格，对新建机组要求全部建设烟气脱硫、脱硝装置，要求 安装在线连续监测装置，并与环保部门联网，所以我公司新建30万千瓦机 组若满足地方环境保护部门监督检查，机组必须同步建设烟气脱硝装置，大 气污染物排放需稳定达到2012年颁布的《火电厂大气污染物排放标准 （GB13223-2011）中污染物排放要求参数值。
• 一、NOx的形成机理 • 在燃料的燃烧过程中，NOx的生成通过三种机理，三种机理所生成的NOx分别称作
燃料型NOx（ Fuel NOx）、温度型或热力型NOx（Thermal NOx）和快速型（或 速度型）NOx（Prompt NOx）： • 1．燃料型NOx • 燃料本身所含的氮的有机物诸如喹啉(C5H5N)、吡啶(C9H7N)等，在高温下释放出 氮和氧化合生成的NOx，称作燃料型NOx。 • 2．温度型或热力型NOx • 燃烧时空气中的Ｎ2在高温下氧化生成的NOx，称作温度型或热力型NOx。
• 脱硝反应器是SCR工艺的关键设备，它的安装位置有多种可能，可以安放 在省煤器之后——称之为高含尘烟气段布置；也可以安装在电除尘器之后— —称之为低含尘烟气段布置；还可以安装在脱硫装置之后即整个烟气净化系 统的尾端——称之为尾部烟气段布置。见图2-5。
• 湿法有气相氧化液相吸收法和液相氧化吸收法等，干法有选择性催化还原法 （SCR）、选择性非催化还原法(SNCR)等。
• 目前世界上使用最广泛的方法是选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法 (SNCR)。
• 二、选择性还原法 • 烟气脱硝的选择性还原法是利用氨（NH3）对氮氧化物（NOx）的还原功能，在一
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• 定条件下将NOx还原为对大气没有多大影响的N2和H2O。“选择性”在这里是 指NH3只选择对NOx进行还原。
• 1、选择性还原的化学过程 • 由于烟气成分的复杂性和氧的存在，伴随着NH3对NOx还原的主反应还会发生一系
列副反应并生成相应产物，在NH3对NOx的选择还原过程中会有以下17种之多的化 学反应同时进行。