大唐長春第三熱電廠2×350mw
供熱機組新建工程煙氣脫硝專案
scr脫硝系統培訓教材
中國大唐集團科技工程****
二〇〇八年八月
審定：校審：
編制：中國是乙個以煤炭為主要能源的國家，煤在一次能源中佔75％，其中84％以上是通過燃燒方法利用的。煤燃燒所釋放出廢氣中的氮氧化物(nox)，是造成大氣汙染的主要汙染源之一。氮氧化物(nox)引起的環境問題和人體健康的危害主要有以下幾方面：
(1)nox對人體的致毒作用，危害最大的是no2，主要影響呼吸系統，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病；(2)nox對植物的損害；(3)nox是形成酸雨、酸霧的主要汙染物；(4)nox與碳氫化合物可形成光化學煙霧；(5)nox參與臭氧層的破壞。據中國環境狀況公報顯示，2023年全國氮氧化物的產量已達到1700萬噸左右，而未來30年中國nox排放量將繼續呈穩步增長的趨勢，如果不採取措施，到2023年、2023年、2023年，全國能源消費導致的nox排放量將分別達到1677～1853萬噸、2363～2914萬噸和3154～4296萬噸，到2023年前後中國將超過美國成為世界第一大nox排放國。解決環境保護面臨的巨大壓力已是刻不容緩。
隨著國內社會經濟的發展、科技的進步，人民們生活水平的日益改善，社會對環境的重視達到了空前的高度。在國家能源環保政策的鼓勵下，煙氣脫硝裝置繼脫硫裝置後成為了電廠建設的不可或缺的組成部分。這對我國的電力事業的發展包括設計、執行和維護等提出了新的要求。
本教材所描述的工藝流程及裝置引數，主要針對大唐長春第三熱電廠2×350mw供熱機組新建工程煙氣脫硝專案。根據大唐長春第三熱電廠與中國大唐集團科技工程****簽訂的大唐長春第三熱電廠2×350mw供熱機組新建工程煙氣脫硝專案合同，大唐科技組織編寫了這本培訓教材，用於對業主方有關技術人員進行培訓，以便使電廠有關人員對電廠煙氣脫硝有個比較全面的、系統的認識，保證煙氣脫硝系統的安全、穩定而高效的執行，進而保證電廠整體系統的安全、高效的執行。
本手冊僅供大唐長春第三熱電廠2×350mw供熱機組新建工程煙氣脫硝系統培訓使用，屬於大唐科技技術保密資料，不得向第三方洩露本手冊及部分手冊內容。
氮氧化物(nox)是造成大氣汙染的主要汙染源之一。通常所說的nox有多種不同形式：n2o、no、no2、n2o3、n2o4和 n2o5，其中no和no2是重要的大氣汙染物，另外還有少量n2o。
我國氮氧化物的排放量中70％來自於煤炭的直接燃燒，電力工業又是我國的燃煤大戶，因此火力發電廠是nox排放的主要**之一。
在煤的燃燒過程中，nox的生成量和排放量與燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣係數等密切相關。燃燒形成的nox可分為燃料型、熱力型和快速型3種。其中快速型nox生成量很少,可以忽略不計。
(1)熱力型nox，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成nox。當爐膛溫度在1350℃以上時，空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成nox ,當溫度足夠高時,熱力型nox 可達20 %。過量空氣係數和煙氣停留時間對熱力型nox 的生成有很大影響。
(2) 燃料型nox，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生成nox。其生成量主要取決於空氣燃料的混合比。燃料型nox約佔nox總生成量的75%～90%。
過量空氣係數越高, nox的生成和轉化率也越高。
(3)快速型nox，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如ch等反應生成nox。主要是指燃料中碳氫化合物在燃料濃度較高的區域燃燒時所產生的烴,與燃燒空氣中的n2 發生反應，形成的cn和hcn繼續氧化而生成的nox。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氫燃料時才予以考慮。
在這三種形式中，快速型nox所佔比例不到5％；在溫度低於1300℃時，幾乎沒有熱力型nox。對常規燃煤鍋爐而言，nox主要通過燃料型生成途徑而產生。控制nox排放的技術指標可分為一次措施和二次措施兩類，一次措施是通過各種技術手段降低燃燒過程中的nox生成量；二次措施是將已經生成的nox通過技術手段從煙氣中脫除。
降低nox排放主要有兩種措施。 一是控制燃燒過程中nox的生成，即低nox燃燒技術；二是對生成的nox進行處理，即煙氣脫硝技術。
為了控制燃燒過程中nox的生成量所採取的措施原則為：(1)降低過量空氣係數和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；(2)降低燃燒溫度，防止產生區域性高溫區；(3)縮短煙氣在高溫區的停留時間等。低nox燃燒技術主要包括：
空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再迴圈、低nox燃燒器。
低氮燃燒技術的脫硝效率僅有25～40％，單靠這種技術已無法滿足日益嚴格的環保法規標準。對我國脫硝而言，煙氣脫硝技術將勢在必行。
表1、脫硝技術一般比較
由於爐內低氮燃燒技術的侷限性, 對於燃煤鍋爐，採用改進燃燒技術可以達到一定的除nox 效果,但脫除率一般不超過60%。使得nox 的排放不能達到令人滿意的程度,為了進一步降低nox 的排放，必須對燃燒後的煙氣進行脫硝處理。目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為乾法、半乾法和濕法三類。
其中乾法包括選擇性非催化還原法(sncr) 、選擇性催化還原法(scr) 、電子束聯合脫硫脫硝法；半乾法有活性炭聯合脫硫脫硝法；濕法有臭氧氧化吸收法等。就目前而言，乾法脫硝佔主流地位。其原因是：
nox與so2相比，缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；nox 經還原後成為無毒的n2和h2o，脫硝的副產品便於處理；nh3對煙氣中的nox可選擇性吸收，是良好的還原劑。濕法與乾法相比，主要缺點是裝置複雜且龐大；排水要處理，內襯材料腐蝕，副產品處理較難，電耗大(特別是臭氧法)。
爐膛噴射法實質是向爐膛噴射還原性物質，可在一定溫度條件下還原已生成的nox，從而降低nox的排放量。包括噴水法、二次燃燒法(噴二次燃料即前述燃料分級燃燒)、噴氨法等。
噴氨法亦稱選擇性非催化還原法(sncr)，是在無催化劑存在條件下向爐內噴入還原劑氨或尿素，將nox還原為n2和h2o。它建設周期短、投資少、脫硝效率中等，比較適合於對中小型電廠鍋爐的改造。還原劑噴入鍋爐折焰角上方水平煙道(900～1000℃)，在nh3/nox摩爾比2～3情況下，脫硝效率30％～50％。
在950℃左右溫度範圍內，反應式為：
4nh3+4no＋o2→4n2+6h2o
當溫度過高時，會發生如下的副反應，又會生成no：
4nh3+5o2→4no+6h2o
當溫度過低時，又會減慢反應速度，所以溫度的控制是至關重要的。該工藝不需催化劑，但脫硝效率低，高溫噴射對鍋爐受熱面安全有一定影響。存在的問題是由於溫度隨鍋爐負荷和執行週期而變化及鍋爐中nox濃度的不規則性，使該工藝應用時變得較複雜。
在同等脫硝率的情況下，該工藝的nh3耗量要高於scr工藝，從而使nh3的逃逸量增加。
下圖所示為以尿素為還原劑的sncr工藝流程，該流程由4部分組成:
(1)反應劑的接收和儲存;
(2)反應劑的計量稀釋和混勻;
(3)稀釋的反應劑噴入鍋爐合適的部分;
(4)反應劑與煙氣的混合。
圖4、sncr工藝流程
在還原劑的接收和儲存系統中，尿素一般採用50%的水溶液,可直接噴入爐膛。與氨系統相比，尿素系統有以下優點:尿素是一種無毒、低揮發的固體，在運輸和儲存方面比氨更加安全；此外，尿素溶液噴入爐膛後在煙氣中擴散較遠，可改善鍋爐中吸收劑和煙氣的混合效果。
sncr系統中，還原劑與煙氣的混合採用噴射器。噴射器有牆式和槍式兩種型別。牆式噴射器在特定部位插入鍋爐內牆，一般每個噴射部位設定1個噴嘴。
牆式噴嘴一般應用於短程噴射就能使反應劑與煙氣達到均勻混合的小型鍋爐和尿素sncr系統。由於牆式噴嘴不直接暴露於高溫煙氣中，其使用壽命要比噴槍式長。槍式噴射器由1根細管和噴嘴組成，可將其從爐牆深入到煙流中。
噴槍一般應用於煙氣與反應劑難於混合的氨噴sncr系統和大容量鍋爐。在某些設計中噴槍可延伸到鍋爐整個斷面。噴槍可按單個噴嘴或多個噴嘴設計。
後者的設計較為複雜,因此,要比單個噴嘴的噴槍和牆式噴嘴**貴些。因噴射器忍受著高溫和煙氣的衝擊。易遭受侵蝕、腐蝕和結構破壞，因此，噴射器一般用不鏽鋼製造，且設計成可更換。
除此以外，噴射器常用空氣、蒸汽和水進行冷卻。為使噴射器最少地暴露於高溫煙氣中,噴槍式噴射器和一些牆式噴嘴也可設計成可伸縮的。當遇到鍋爐啟動、停運、季節性執行或一些其他原因sncr需停運時,可將噴射器退出執行。
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