中国环保行业脱销低碳燃烧技术原理图表数据及优势特点分析

发布时间：2024-03-28 07:59:33| 来源：乐鱼平台登录

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  中国环保行业脱销低碳燃烧技术原理图表数据及优势特点分析火电厂氮氧化物控制技术主要有两种：一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低氮燃烧技术；二是对生成的NOx做处理，即烟气脱硝技术。烟气脱硝技术主要有SCR、SNCR和SNCR-SCR，还有实际应用较少的液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法和电子束法等。一、低氮燃烧技术工艺成熟，投资与运行的成本低低氮燃烧技术是指依据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理，通过改进燃烧技术来降低NOx生成和排放的技术。燃煤电厂低氮燃烧技术包括低氮燃烧器、空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术。新建火电机组都配臵低氮燃烧设施，低氮燃烧技术对老火电机组的脱硝改造很适宜，在老火电机组改造中只需对锅炉炉膛做改造即可应用低氮燃烧技术。低氮燃烧技术特点：可为单项技术也可为技术组合，脱硝效率一般在10%～50%；工艺成熟；投资与运行的成本较低。纵观低氮燃烧技术的发展，大致可将其划分为三代：第一代低氮燃烧技术：不要求对燃烧系统做大的改动，只对燃烧装臵的运行方式或部分运行方式做调整或改进，低过量空气系数运行。2、第二代低氮燃烧技术以空气分级燃烧技术为代表，轴向空气分级燃烧；径向空气分级燃烧；组合型空气分级燃烧，其中组合型空气分级燃烧技术既采用轴向的空气分级技术，也采用径向空气分级技术。如LNCFS燃烧系统、TFS2000燃烧系统等。图表1：第二代轴向空气分级燃烧技术示意图图表2：第二代径向空气分级燃烧技术3、第三代低NOx燃烧技术以再燃技术为代表，是燃料分级和空气分级燃烧相结合的技术，目前这种方法在发达国家颇受青睐，与其他方法结合可降低NOx60-70%左右。表3：第二代组合型空气分级燃烧技术图表4：第三代低氮燃烧技术第三代低氮燃烧技术抑制NOx生成采取的措施有：（1）降低锅炉峰值温度,将燃烧区的煤粉量降低；（2）降低氧浓度（即降低过量空气系数），将部分二次风管堵住（3）由于要保证锅炉的出力，可将部分煤粉和空气从锅炉上部投入，控制燃烧火焰中心区域助燃空气的数量，缩短燃烧产物在高温火焰区的停留时间，避免了高温和高氧浓度的同时存在；（4）在炉膛中设立再燃区，利用在主燃区中燃烧生成的烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm表5：用于壁燃锅炉的分级混合低氮燃烧器原理图图表6：空气燃料分级低氮燃烧器原理图二、烟气脱硝技术方案丰富，脱硝效率高1、SCR技术SCR是在催化剂作用下利用还原剂有选择性地与烟气中的NOx（主要是NO和NO2）发生化学反应，将NOx转化为N2和H2O，由此减少烟气中NOx排放的脱硝技术。图表7：SCR反应原理示意图图表8：锅炉SCR系统装臵的基本流程图目前，在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。图表9：蜂窝式催化剂图表10：板式催化剂图表11：波纹板式催化剂应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂（345～590）、中温催化剂（260～380）和低温催化剂（80～300），不同的催化剂适宜的反应温度不同。如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。目前，国内外SCR系统大多采用高温催化剂，反应温度区间为315～400。催化剂的选用还与SCR反应器的布臵方式紧密关联。SCR反应器主要有三种布臵方式：（1）位于锅炉后部（高尘布臵）；（2）位于电除尘器后空气预热器之前（低尘布臵）；（3）位于烟气脱硫除尘之后（尾部布臵）。高尘布臵时，SCR反应器处于空气预热器与省煤器之间，此区间温度在300～430之间，正好是一般催化剂的最佳活性温度窗口，烟气进入SCR反应器前不需要再加热，投资与运行的成本较低。低尘布臵减少了烟气中烟尘对催化剂的冲刷腐蚀，避免了催化剂的堵塞，延长了催化剂的常规使用的寿命，但须使用高温电除尘器。尾部布臵时，SCR反应器位于烟气脱硫除尘之后，需要加设再热系统使烟气满足催化剂的温度要求，投资与运行的成本较高。正常的情况下，燃煤烟气脱硝SCR技术首选高尘布臵工艺。图表12：SCR方式图图表13：SCRSCR、SNCR和SNCR-SCR中都要使用还原剂，还原剂的选择、储存及制备系统也是烟气脱硝中的重要环节。目前常用的还原剂有液氨、尿素和氨水。液氨在整个世界的烟气脱硝系统中已使用了20多年，但相比之下，它具有最大的安全风险、最高的核准费用及最多的法规限制。使用氨水时，其设备投资以及运行的综合成本在三者中最高，且它与液氨一样存在安全风险隐患。因此，自20世纪90年代以后，国际上已很少用氨水作为脱硝还原剂。而尿素的储存运输及供氨系统不需要特殊的安全防护，是较安全的脱硝还原剂。近年来，美国新建的SCR装臵第一先考虑用尿素作为还原剂，欧洲采用尿素的工艺也逐渐增多。还原剂的选择须考虑设备投资、场地占用、运行成本、安全管理及风险费用等。图表14:烟气脱硝主要还原剂比较2、选择性非催化还原法SNCR指在不用催化剂的条件下，将还原剂喷入800～1100的烟气高温区发生化学反应，将NOx转化为N2和H2O，由此减少烟气中NOx排放的脱硝技术。温度对SNCR的效率影响较大，当温度高于1100时，NOx的脱除率会因氨气的热分解而降低；温度不高于800时，NH3的反应速率下降，还原反应进行不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逃逸量可能会增加。一般炉膛上还原剂喷入点的温度选择在800～1100之间。在不添加催化剂的条件下，较适宜的还原反应温度区间是800～900，这一温度范围较窄，当温度不高于800时，反应速度很慢，还原反应难以顺顺利利地进行。SNCR以炉膛为反应器，可通过对锅炉的改造实现。SNCR工艺的关键是必须尽可能地将还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内，尽可能保证还原剂能在合适的温度下与烟气进行良好的混合，这样既能大大的提升还原剂的利用率，又能控制获得较小的氨逃逸量。图表15：SNCR脱硝工艺流程图3、选择性非催化还原与选择性催化还原联合法SNCR-SCR还原剂喷入炉膛脱除部分NOx，逸出的氨再与未脱除的NOx进行催化还原反应的一种脱硝技术。SNCR-SCR联合烟气脱硝技术结合了SCR和SNCR的优势，SNCR将还原剂喷入炉膛脱除部分NOx，逸出的NH3用SCR再与未脱除的NOx进行催化还原反应。此种方法灵活性较强。此外，还有电子束法、微生物法、活性炭吸附法、液体吸收法等多种方式。三、脱硝技术总结：前后结合是最佳方案氮氧化物控制问题复杂性和控制技术的多样性决定了方案选择的多样性，方案选择应考虑以下因素：（1）满足环保政策要求；（2）技术成熟、有较多的应用业绩；（3）投资性能好价格低、运行成本低；（4）能耗低、不产生二次污染；（5）占地面积小、施工改造周期短。对于氮氧化减排方案，只有最适合的，没有最好的。 1、对老机组改造:低氮燃 烧技术+SCR 或低氮燃烧+SNCR+SCR 明显比单独采用SCR 具有优势，原因主要在于低氮燃烧技术可 以：（1）降低SCR 入口NOx 浓度；（2）降低SCR 设计脱硝率；（3）减少SCR 催化剂体积；（4） 减少还原剂消耗量；（5）降低 SCR 投资和运行成本。对于老机组改造需注意的问题：就 NOx 排放与锅炉效率的关系而言，在某些特定的程度上两者是相互矛盾的，因此对于低氮燃烧技术改造， 坚持适度的原则，避免走入误区，片面追求过低的NOx 浓度而忽视锅炉效率及安全性。 对于新机组，建议采用低氮燃烧技术并且配合选择比较适合自己的烟气脱硝技术，推荐采用多种联合技术，如燃烧调整+低氮燃烧改造+SNCR、燃烧调整+低氮燃烧改造+SCR、SNCR/SCR 混合 技术、燃烧调整+低氮燃烧改造+SNCR+SCR 图表16：脱硝技术比较中国环保行业脱 销低碳燃烧技术原理图表数据及优势特点分析文章出自51 报告研究中心。