氮氧化物控制技术

工业锅炉NOx控制技术指南

（试行）

环境保护部华南环境科学研究所

目次

1 适用范围 (1)

2 引用文件 (1)

3 术语和定义 (1)

3.1工业锅炉INDUSTRIAL BOILER (1)

3.2氮氧化物NITROGEN OXIDES,NO X (1)

3.3控制技术CONTROL TECHNOLOGY (1)

4 工业锅炉氮氧化物排放特性 (1)

5 氮氧化物控制技术 (2)

5.1低氮燃烧技术 (2)

5.2选择性非催化还原脱硝技术 (3)

5.3选择性催化还原脱硝技术 (6)

5.4化学吸收技术 (9)

5.5组合技术 (10)

6 控制技术选用建议 (10)

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1 适用范围

本指南适用于以煤、油和气为燃料，单台出力10~65 t/h的蒸汽锅炉、各种容量的热水锅炉及有机热载体锅炉；各种容量的层燃炉、抛煤机炉。

使用型煤、水煤浆、煤矸石、石油焦、油页岩、生物质成型燃料等的锅炉，参照本指南。

本指南不适用于以生活垃圾、危险废物为燃料的锅炉。

2 引用文件

下列文件中的条款通过本指南的引用而成为本指南的条款。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指南。

GB 13271 锅炉大气污染物排放标准

HJ 462 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范

HJ 562 火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法

HJ 563 火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法

DB44/765 广东省地方标准锅炉大气污染物排放标准

3 术语和定义

3.1 工业锅炉industrial boiler

指提供蒸汽或热水以满足生产工艺、动力以及采暖等需要的锅炉。

3.2 氮氧化物nitrogen oxides, NOx

指由氮、氧两种元素组成的化合物。工业锅炉烟气中的氮氧化物主要为一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）两种。

3.3 控制技术control technology

针对生活、生产过程中产生的各种环境问题，为减少污染物的排放，从整体上实现高水平环境保护所采用的与某一时期的技术、经济发展水平和环境管理要求相适应，在公共基础设施和工业部门得到应用的，适用于不同应用条件的一项或多项改进、可行的污染防治工艺和技术。

4 工业锅炉氮氧化物排放特性

工业锅炉排放的氮氧化物（NOx）来自燃料燃烧过程，主要类型包括：空气中的氮气在高温下被氧

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化生成热力型NOx，燃料中各种含氮化合物被分解并氧化生成燃料型NOx，空气中的氮和燃料中的碳氢粒子团反应生成快速型NOx。燃煤锅炉和燃油锅炉以燃料型NOx和热力型NOx为主。

工业锅炉NOx的生成量与燃烧区温度、反应区氧浓度和燃料在高温区的停留时间有关，其浓度范围因燃料类型和炉型而异，具体见表1。

表1 工业锅炉NOx排放浓度范围

5 氮氧化物控制技术

5.1 低氮燃烧技术

5.1.1 技术特点

低氮燃烧技术（简称低氮燃烧）主要通过改进燃烧技术来降低燃烧过程中NOx的生成与排放，其主要途径有：降低燃料周围的氧浓度，减小炉内过剩空气系数，降低炉内空气总量，或减小一次风量及挥发分燃尽前燃料与二次风的混和，降低着火区段的氧浓度；在氧浓度较低的条件下，维持足够的停留时间，抑制燃料中的氮生成NOx，同时还原分解已生成的NOx；在空气过剩的条件下，降低燃烧温度，减少热力型NOx的生成。

低氮燃烧技术一般可使NOx的排放量降低10%～40%。

5.1.2 技术分类

低氮燃烧技术大致可分为低氮燃烧器、空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术三类。

低氮燃烧器通过特殊设计的燃烧器结构，改变经过燃烧器的风煤比例，使燃烧器内部或出口射流的空气分级，控制燃烧器中燃料与空气的混合过程，尽可能降低着火区的温度和氧浓度，在保证燃料着火和燃烧的同时有效抑制NOx生成。低氮燃烧器主要有旋流式和直流式两类。

空气分级燃烧技术将燃料的燃烧过程分阶段完成，将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域2

的空气量（一次风），使得在燃烧器出口附近的着火区形成一个贫氧富燃料区域，并推迟二次风的混入过程，使得燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧。缺氧燃烧生成的CO与NO进行反应生成CO2与N2，燃料氮分解而成的中间产物（如NH、CN、HCN和NH3等）相互作用或与NO反应生成N2，从而抑制燃料型NOx的生成。二次风延迟与燃料的混合，燃烧速度降低，火焰温度也降低，从而抑制热力型NOx 的生成。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，完成整个燃烧过程。空气分级燃烧主要有轴向分级燃烧、径向分级燃烧等。

燃料分级燃烧技术又称为再燃烧技术或三级燃烧技术，将燃烧分成主燃烧区、再燃烧区和燃尽区三个不同区域。主燃烧区内呈氧化性或弱还原性气氛，会生成NOx；在再燃烧区内，二次燃料被送入炉内，使其呈还原性气氛，在高温和还原气氛下，生成碳氢原子团，该原子团与主燃烧区生成的NOx反应生成N2。

5.1.3 成本评价与分析

低氮燃烧技术仅需对锅炉炉膛设施系统进行改造，只有一次性投资，无运行成本。

5.2 选择性非催化还原脱硝技术

5.2.1 技术特点

选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术无需催化剂，在炉膛或烟道合适温度的位置喷入还原剂（氨或尿素），在一定的温度范围内，还原剂将NOx还原为N2。根据还原剂不同，SNCR脱硝技术分为尿素—SNCR和氨—SNCR两种。

SNCR 脱硝技术具有工艺简单、系统阻力小、占地面积小、建设周期短、易于改造等技术特点，脱硝效率一般为30%~50%。

5.2.2 工艺流程与系统组成

5.2.2.1 工艺流程

典型的SNCR工艺流程如图1所示。

5.2.2.2 系统组成

SNCR系统通常由还原剂制备储存系统、还原剂输送系统、稀释/计量模块、分配模块、炉前喷射系统、电器控制系统及烟气在线监测系统组成。

尿素溶液制备储存系统由尿素储放、尿素溶液配制和尿素溶液储存等部分组成，主要设备包括尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液输送泵等。

尿素溶液输送系统将尿素溶液储罐内的尿素溶液经输送泵送至喷射系统，将回流液自动返回尿素溶液储罐。

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