13热力型NOx/挥发分NOx/焦炭NOx与过剩空气
14(3)挥发分N中最主要的氮化合物是HCN和NH3，在挥发分N中HCN和NH3所占的比例不仅取决于煤种及其挥发分的性质，而且与氮和煤的碳氢化合物的结合状态等化学性质有关，同时还与燃烧条件如温度等有关。(4)挥发分N中HCN被氧化的主要反应途径如下：挥发分N中的HCN氧化成NCO后，可能有两条反应，取决于NCO进一步所遇到的反应条件。在氧化性气氛中，NCO会进一步氧化成NO，成为NO的生成源。同时，又能与已生成的NO进行还原反应，使NO还原成N2，成为NO的还原剂。(5)挥发分N中NH3被氧化的主要反应途径如下：NH3可能作为NO的生成源，也可能成为NO的还原剂。
15从热力型、燃料型和快速型三种NOx生成机理可以得出抑制NOx生成和促使破坏NOx的途径，图中还原气氛箭头所指即抑制和促使NOx破坏的途径
16二、煤燃烧生成的NOx的控制控制氮氧化物排放的方法有十余种，这些方法大体上可以分为两大类：一级污染预防措施＿低NOx燃烧技术二级污染预防措施＿烟气脱硝技术
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20第二节低氮氧化物燃烧技术一、燃烧运行优化＿低NOx调整二、燃烧系统低NOx改造
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22第二节低氮氧化物燃烧技术一、燃烧运行优化＿低NOx调整二、燃烧系统低NOx改造
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261.空气分级燃烧技术（炉膛高度方向整体分级）
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28结渣和腐蚀的防止在采用空气分级燃烧时，由于在第一级燃烧区内是富燃料燃烧，氧的浓度比较低，产生还原性气氛。在还原性气氛中煤的灰熔点会比在氧化性气氛中降低100℃～120℃，因而容易引起炉膛受热面的结渣，同时还原性气氛还会导致受热面的腐蚀。因此，应采取措施防止高温还原性烟气与炉壁接触，其中一项有效的技术是采用“边界风”系统，其具体措施是在煤粉炉底冷灰斗和侧墙上布置许多空气槽口，以很低的流速通过这些槽口向炉内送入一层称为“边界风”的空气流，“边界风”的总流量约占燃烧所需总空气量的5％，“边界风”进入炉内后沿着炉墙四壁上升，使水冷壁表面保持氧化性气氛，可以有效地防止炉膛水冷壁的腐蚀或结渣。
29边界风系统示意图
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31一般，采用燃料分级可使NOx的排放浓度降低50%以上。在再燃区的上面还需布置“火上风”喷口，形成第三级燃烧区（燃尽区），以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。燃料分级燃烧时所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料，例如煤粉炉可以利用煤粉作为二次燃料。但目前煤粉炉更多采用碳氢类气体或液体燃料作为二次燃料，这是因为和空气分级燃烧相比，燃料分级燃烧在炉膛内需要有三级燃烧区，这会使燃料和烟气在再燃区内的仪时间相对较短，所以二次燃料即使要选用煤粉作为二次燃料，也要采用高挥发分易燃的煤种，而且要磨得更细。在采用燃料分级燃烧时，为了有效地降低NOx排放，再燃区是关键。因此需要研究在再燃区中影响NOx浓度值的因素。
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354.1浓淡燃烧型低NOx燃烧器双旋风煤粉燃烧器其主要工作原理是：一次风粉混合物首先进入燃烧器的入口管，然后由入口管进入均分器，风粉混合物从均分器出来分为两股分别进入两个旋风分离器的筒体，一为顺时针旋转，另一为逆时针旋转。风粉混合物以一定的速度进入分离器，煤粉颗粒在离心力作用下被甩到分离器的周边，而在中心部分是煤粉浓度很稀、颗粒更细的混合物(呈贫燃区)，称为乏气，乏气通过乏气管引入到乏气喷口。风粉混合物由于乏气的引出，使煤粉主气流浓度提高(呈富燃区)。由于两者都偏离了理论空气量，因此使燃烧温度降低，较好地抑制了NOx的生成。在实际应用中还发现，采用此种浓淡燃烧技术还有良好的稳燃作用。
364.2空气分级低NOx旋流燃烧器
374.3直流燃烧器高度方向空气分级
384.4浓淡燃烧型低NOx燃烧器
39第三节选择性催化还原脱硝技术一、SCR工艺的基本原理选择性催化还原(SCR)烟气脱硝：利用氨(NH3)对NOx的还原功能，在一定条件下将NOx还原为对大气没有多大影响的N2和水。“选择性”在这里是指在催化剂的存在下NH3优先选择NOx进行还原。SCR催化剂：其活性组分为V2O5，载体为锐钛矿型的TiO2，WO3或MoO3作助催剂。
401．选择性还原过程主反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+6NO→5N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O8NH3+6NO2→7N2+12H2O与此同时存在氧化副反应：4NH3+5O2→4NO+6H2O)2NH3→N2+3H24NH3+3O2→4N2+6H2O
412，选择性催化还原与选择性非催化还原SCR法和SNCR法的温度窗比较
42SCR法和SNCR法的比较
433．选择性催化还原(SCR)法的工作原理选择性催化还原法是通过将氨喷入烟道，并使氨和烟气均匀混合，流过安放有催化剂的反应器，在催化剂的作用下完成还原反应。
44二、SCR催化反应器的布置
451.高温高灰布置：
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47高飞灰浓度对SCR的影响1、飞灰量高，极易导致堵塞，风机压损增加；2、飞灰量高，飞灰所含有毒物质量高，对催化剂的毒害几率大大增加；3、催化剂价格大幅上升。催化剂价格上升由几个原因构成：第一：灰量大，催化剂易腐蚀、堵塞，要解决因灰量造成堵塞和压降问题，唯一有效的办法就是增加催化剂的孔径，孔径一大，同样的有效催化面积条件下的催化剂总体积随之增大，这种由于孔径增大导致的体积增加往往是非常可观的。第二：灰量大，在吹灰间隔中，大部分的催化剂被灰覆盖，这样，为了保证恶劣情况下的脱硝率和氨逃逸率（假设不需要考虑压降问题），就必须增加催化剂体积，以保证随时有足够的催化剂表面裸露在外面以供吸附NOx、接触NH3；第三：灰量大，催化剂受到的冲刷和腐蚀几率也大大增加，烟气流速也大，对催化剂冲刷也厉害。冲刷腐蚀造成的催化剂失效快，只要增加初始的催化剂体积或加快催化剂的更换速度，才能保证同样的脱硝率和氨逃逸率。液态排渣炉的灰粘性更强，堵塞程度更严重；积聚的飞灰复燃可能造成催化剂烧结损失。
48飞灰负荷过大的对策1.合理设计催化剂在高灰情况下，尽可能选用活性材料内外均匀的催化剂而避免采用表面涂层的催化剂，因为在高灰下，催化剂的迎灰面以及内壁都会发生一定程度的磨蚀，表面涂层的催化剂在表面发生磨蚀后，催化剂的活性会大幅度地降低。选用磨蚀性强的催化剂。端部硬化技术、较大的催化剂壁厚以及板式催化剂内部的不锈钢网，都有利于防止或者减少催化剂迎灰面的磨损。这三种方法各有优缺点，针对具体项目，充分考虑技术经济性，可以选用具备一到两种防磨损技术的催化剂。2.选用合适的烟气速度3.选用合适的催化剂节距4.合理吹灰
49高温低灰布置方式在传统高温低灰SCR系统前面，加一个高温电除尘器，可以大大减少SCR催化剂入口的飞灰浓度，减少所需催化剂的体积，无需防磨防毒化处理的催化剂（单价降低），延长催化剂使用寿命，减少压降和吹灰损耗。投资费用和运行要求都相应提高。国外高温低灰布置SCR的业绩：德国Walsum150MW炉，Steag设计制造；德国KWMitteBASF700MW机组；英国Killon电厂2号600MW炉，于2003年秋开始商业运行；美国Roxboro电厂4号700MW炉，于2001年开始商业运行；美国Crist电厂5号75MW炉SCR示范工程。美国DP&L公司的KillenStation2＃，600MW，SCR改造工程就采用了高温ESP，因为进入SCR的烟气含尘浓度大大降低，蜂巢型催化剂采用了4.2mm节距，比常规高尘SCR方案的6.7mm到7.3mm典型节距大大缩小。小节距带来了不少优点：同等容积下，可以布置更多的催化剂材料。本工程仅布置2+1层催化剂，若同等条件下SCR布置在ESP上游，则需要3+1层。SCR投资显著降低。2003年下半年SCR投运。
50三、SCR工艺系统SCR工艺主要由三部分组成，即：1、催化反应器2、还原剂供应系统3、控制系统对于某些布置方式还有烟气再热系统等附属设施。参考
51SCR系统原则性工艺流程图
521、催化反应器(1)催化剂层数设置。常按安装3层催化剂设计，初装2层，预留1层。2+1的三层催化剂结构方案(2)反应器内部结构。反应器内部结构的合理与否，是整个SCR系统能否成功运行的关键。研究表明设置混合器、导流板和整流器，可以提高氨气(氨水液雾)与烟气的混合效果，减小系统压降，同时降低氨氮摩尔比、速度、温度分布的偏差；对于反应器内部易于磨损的部位采取必要的防磨措施；反应器内件设计成不易积灰的模块化型式；同时考虑热膨胀的补偿措施及密封装置；反应器内部还考虑催化剂维修及更换所必须的起吊装置等。
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54模块化的催化反应器模块化设计
55(3)吹灰器。声波和蒸汽两种吹灰技术。每台锅炉设置一套吹灰系统，根据设置的催化剂层数及数量来设置吹灰装置。耙式蒸汽吹灰器的工作原理：将一定压力和一定干度的蒸汽，从吹灰器喷口(从伸缩杆的耙上喷嘴中)高速喷出，对积灰的受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。蒸汽吹灰的动力压力决定了清灰的有效性。声波吹灰器工作原理：利用金属膜片在压缩空气的作用下弯曲震动产生低频、高能声波，通过扩声筒将声波放大，由空气介质把声能传递到相应的积灰点，产生共振清除设备上的堆积灰尘，再由重力或气流将灰尘带走
56关于吹灰器在美国，用于SCR的声波吹灰器比例越来越高，有超过蒸汽的趋势。新项目约有50%采用声波。主要原因有：价格便宜，初投资便宜。运行成本低，Migrant电厂原来用蒸汽吹灰，每天的成本为40.5美元，而换声波后，仅为3.75美元。吹灰性能较好。Drakesboro电厂进行了彻底的声波与蒸汽吹灰器的比较：2号机组为蒸汽吹灰，而将1号就全部改成声波吹灰，进行相同条件比较。结果就吹灰性能而言二者没有显著差异。于是做出决定用声波替换蒸汽。系统简单，维护方便。蒸汽系统涉及高温管道阀门支吊架，系统较复杂，设计安装维护费事。
57声波吹灰器和蒸汽吹灰器的技术特点比较：①蒸汽吹灰器使用蒸汽直接吹扫，吹灰强度大，对结渣性较强、灰熔点低、较粘的灰比较有效；声波吹灰器利用声能吹灰，吹灰强度不高，对于已结渣和粘性强的积灰作用不大。②声波吹灰器安装简便，价格便宜，运行成本低，系统简单，维护方便。③两种吹灰方式在反应器内的充满度也有较大差异。蒸汽吹灰留有“死角”，声波清灰不留死角，催化效率较高。④蒸汽吹灰方式引入蒸汽作为吹灰介质，使烟气湿度增加，不仅会提高烟气露点，而且蒸汽的直接冲刷会磨损催化剂的表面，产生疲劳损伤。长期运行可使催化剂失效，甚至发生腐蚀和堵塞的危险。声波吹灰器没有引入其他吹灰介质，是非接触式的清灰方式，因此对催化剂没有类似的副作用。⑤声波吹灰器发出的声波频率如与管壁频率相近，容易产生共振，破坏结构。在一定频率范围内，声波吹灰器运作产生的噪音会对周围的人体产生危害。
582．还原剂供应系统(1)还原剂。多种含有还原态氮的化学药剂都对NOx有选择性还原作用，但现在成熟的反应剂只有三种：氨气、氨水、尿素。
59其中应用最广泛的是氨，其次是尿素。氨在常温常压下呈气态，与空气混合（17%左右）能形成爆炸性混合物。氨很容易液化，液态氨气化时要吸收大量的热，使周围物质的温度急剧下降，所以氨常用作制冷剂。液氨是强腐蚀性有毒物质，它的危害主要有：①对皮肤和眼睛有强烈腐蚀作用，产生严重疼痛性灼伤。②液氨蒸气强烈刺激眼、鼻、喉等黏膜和眼睛。一旦进入眼睛，就会因刺激而流泪，高浓度的氨，还可能使视力减退，甚至失明；持续吸入会引起食欲减退，并对胃有损害，浓度高的氨气，会引起呼吸困难、支气管炎、肺炎等，严重时会导致死亡。急救措施如下：①吸入。迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅，如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。②眼睛接触。眼眼污染后立即用流动清水或凉开水冲洗；③皮肤接触。皮肤污染时立即脱去污染的衣着，用流动清水冲洗，然后以3%～5%硼酸、乙酸或柠檬酸溶液湿敷。严重时应该送医院治疗或抢救。
60（2）安全要求(1)液氨具有一定的腐蚀性，注意选用合适的材料满足抗腐蚀要求。(2)氨液易泄漏处及氨罐区域装有氨气泄漏检测报警系统，并在控制室显示大气中氨的浓度，操作员可在控制室内监视氨区情况。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，并启动消防联动系统，打开雨淋阀在设备四周水雾喷淋。通过大量水喷淋使溢出氨在短时间内被吸收。消除火灾隐患。(3)备有氮气吹扫系统。在液氨卸料之前或系统阀门仪表检修之前，通过氮气吹扫管线对管道系统进行彻底吹扫，清除管道内残余的空气或氨，防止氨气和空气混合混合发生爆炸。(4)安装紧急喷淋系统。在贮罐区域，卸载区域和氨蒸发区域，安装喷水系统用于在泄漏时吸收氨气。(5)设置洗眼淋浴站。氨站区域贮罐区内外各布置有一套洗眼淋浴装置，其水源由厂区自来水系统供给，用于在事故时就地操作人员与氨接触后及时用水冲洗以保护眼睛和身体。
61(3)液氨的储存和制备。氨存储及蒸发系统液氨蒸发所需要的热量可采用电加热器或蒸汽加热的方式来提供。蒸汽加热器的控制系统较电加热复杂，采用蒸汽加热比采用电加热的投资大；从运行费用上讲电加热器的电耗高，加热元件易损，运行费用高。
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65(4)氨的喷射装置。氨喷射装置是SCR的一个十分重要的设备。氨的喷射装置主要由喷射格栅和喷嘴组成。氨和NOx的混合程度对提高SCR工艺的脱硝效率具有极大的影响。最理想的状况是使还原剂的浓度分布与NOx的浓度分布相一致，即在NOx浓度高的位置，喷入的氨也相应多一些，而在NOx浓度低的位置，喷入的氨也相应少一些。因此，喷射系统需要做成可以调节的，通过对每一个喷嘴的喷氨量的调节，建立与NOx的通量剖面相一致的氨的喷入剂量，将有助于大幅度提高脱硝效率。氨喷射格栅和喷射点的密度是影响混合均匀度的另一个重要因素，很明显，喷射点密度大的所生成的流场均匀度高。
66喷射格栅和喷嘴
673．控制系统脱硝控制系统：氨站系统和脱硝工艺系统的控制。氨站系统的控制主要实现氨的卸载、储罐的转运，提供反应器所需的氨蒸气以及储罐各工艺参数的监视及事故状况下的应急处理，其主要的控制对象为氨压缩机系统、储罐、污水坑泵、氨蒸发器、氨卸载控制盘。脱硝工艺系统的控制主要实现NOx脱除浓度的控制及反应器各工况的监视和吹灰控制，其主要控制对象为稀释空气风机、吹灰器、氨流量控制等。氨流量控制：SCR控制系统通过检测烟气流中NOx的浓度，根据机组耗煤量计算烟气量，并根据脱硝NOx排放设定要求计算氨耗量，对氨气流量进行调节。当机组负荷增大时，则烟气中NOx含量将增大，氨控制器就会根据NOx增大的程度作相应的调整，增加供氨量；反之亦然。
68四、SCR工艺脱NOx效率的主要影响因素1．反应温度的影响其最佳的操作温度为250～427℃。通常最低连续运行烟温为310℃，最高连续运行烟温为405℃。
692．n(NH3)/n(NOx)对NOx脱除率的影响n(NH3)/n(NOx)小于1时图中表明NOx脱除率随(NH3)/n(NOx)的增加而增加。若NH3投入量超过需要量，NH3氧化等副反应的反应速率将增大，从而降低了NOx脱除率，同时也增加了净化烟气中未转化NH3的排放浓度，造成二次污染。很多运行电厂都希望安装一个在线的连续的氨气检测仪，但到现在为止，还没有一个现场运行稳定、价格适宜的在线氨气检测仪的产品
703．接触时间对NOx脱除率的影响4、催化剂的影响催化剂是SCR工艺的核心，催化剂对脱除率的影响与催化剂的活性、类型、结构、表面积等特性有关。其中催化剂的活性是对NOx的脱除率产生影响的最重要因素。除了上面提及的影响脱硝效率的几个因素之外，还有烟气流动状态、烟气中的含氧量、催化剂进口NOx的浓度、燃料种类及特性、催化剂反应器的设计等因素。
71五、SCR催化剂1．催化剂类型
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732．催化剂的堵塞与清除催化剂堵塞有两个主要原因：铵盐的沉积和飞灰的沉积(见前面)。铵盐沉积的问题可以通过合理的设计和合适的SCR系统运行条件来解决。铵盐是由于NH3与SO3在一定低温下形成的粘性杂质，覆盖催化剂表面会导致其失效。因此要设计合适的催化剂体积，避免NH3的逃逸；设计合理的催化剂配方，降低SO2与SO3的转化率；合理的系统设计，特别是混合装置的设计，使催化剂表面烟气浓度达到均匀分布；SCR系统运行中选择合适的NH3/NOx摩尔比，同时注意停止喷氨的温度，当SCR装置的入口温度维持在盐的生成温度之上，铵盐的生成或沉积则不会发生，只有锅炉在低负荷下运行并且烟气温度较低时才会发生这种问题。如果堵塞是由于低温下形成的硫酸铵引起的，则可以通过加热的方式分解硫酸铵，恢复催化剂的部分活性。如果是烟气中的碱性物质使催化剂的活性降低，可以采用热水冲洗的方法使催化剂的活性得到部分恢复。
743．催化剂中毒的防止烟气中的碱金属（钾、钠、钙等）和重金属(如氧化砷)等会使催化剂中毒失活，引起氨逃逸增加，脱硝效率下降，加速催化剂更换的速度。气态的AsO3会使催化剂中毒，被CaCO3固化成Ca3(AsO4)2后，就不会毒害催化剂。因此，希望有最低2％的飞灰含Ca量。
754、催化剂寿命及更换根据烟气中使催化剂失活的毒性成分的高低决定。一般寿命在8000～24000h左右。催化剂的成本高，因此，更换催化剂需要进行成本核算，根据预期的脱硝率选择合适的催化剂尺寸。多层布置3+1、2+1方式：根据催化剂的反应活性的监测，进行催化剂的添加和更换。使用催化剂再生技术可以部分恢复活性。当脱硝率下降到一定限度或氨逃逸率达到一定限度，增加预留的最下一层催化剂，当催化剂的反应活性再次降低，则应该更换最上一层催化剂。
76第四节其他脱硝技术＿选择性非催化还原技术1．工作原理选择性非催化还原法是在没有催化剂参与的情况下，以含氨基(NHX)的药品如氨(NH3)、尿素[CO(NH2)2]或苛性氨(NH4OH)等作为还原剂将烟气中的NOX还原为N2和水。由于没有催化剂帮助，该法的操作温度比SCR法高许多。如用氨作还原剂的适宜反应温度为850℃～1000℃(也有认为上限温度可定为1100℃)。低于该温度范围反应不完全易造成氨的浪费和逃逸。而当温度在高于约1100℃时，NH3本身将氧化成NO，反而使氮氧化物的排放量增加。
772.SNCR工艺流程
78影响SNCR过程的重要参数可以归纳为:1.喷射点的烟气温度:2.烟气在合适温度窗口的停留时间:3.NH3/NO摩尔比;4.还原剂与烟气的混合情况:5.喷入点烟气成分包括O2，CO浓度。
79SNCR/SCR组合法SNCR技术的最大问题是脱硝效率不高，而NH3/NOx的摩尔比却要求较高，这种情况带来的一个不良后果就是造成氨逃逸量的加大。SNCR技术与SCR技术组合，SNCR阶段未反应完的氨到SCR阶段再接着利用，既可以减少SCR阶段氨的喷入量和减少氨逃逸量，又可以减少催化剂的用量，而烟气经过两个阶段的脱硝处理后，脱硝效率最高可达90%。因此，SNCR/SCR联合将SNCR工艺低费用的特点同SCR工艺高脱硝率及低氨逸出率有效地结合起来。
80在联合工艺的设计中，一个重要的问题是将氨与NOx充分混合，SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨，但是要想控制好氨的分布以适应NOx分布的改变却是非常困难的。对这种潜在的分布不均，在理论上还没有很好的解决办法，并且锅炉越大，这种分布就越不好。为了弥补这种分布不均的现象，联合工艺的设计应满足氨的供应，如在标准尺寸的SCR反应器中安装一个辅助氨喷射系统。准确地试验和调节辅助氨喷射能减少催化剂中的缺氨区域。SNCR/SCR组合技术可节省脱硝运转费用，是目前电厂最经济的脱硝方式。
81作业与复习1、燃烧过程中NOx生成的类型有哪些？并对其进行解释？2、煤粉锅炉排出的烟气中（ ）>90%;（ ）=5~10%,（ ）≈1%3、控制氮氧化物排放的方法大体上可以分为两大类（ ）、（）4、燃烧过程影响NOx生成的主要因素有火焰温度（燃烧空气的预热温度）、（ ）、过量空气量/燃料比和燃烧产物在（ ）。5、燃烧运行优化＿低NOx调整的方法有：（ ）、（ ）、优化燃料和空气的分布、降低燃烧温度/空气预热温度、（ ）、低NOx最优化运行专家系统等。
826、燃烧系统低NOx改造的方法主要有（ ）、（ ）、（ ）、和（ ）。7、在采用空气分级燃烧时，应采取措施防止防止炉膛水冷壁的腐蚀或结渣,其中一项有效的技术是()。8、解释选择性催化还原脱硝技术。9、SCR催化反应器布置的方式有（ ）、（ ）、和（ ）。10、SCR工艺系统主要由（ ）、（ ）、和（ ）三部分组成
8311、SCR工艺吹灰器常采用（ ）、（ ）两种吹灰技术。12、氨的喷射装置主要由（ ）和（ ）组成。13、脱硝控制系统主要是（ ）和（ ）系统的控制。（ ）系统的主要控制对象为稀释空气风机、吹灰器、（ ）等。14、SCR工艺脱NOx效率的主要影响因素有哪些？15、催化剂的堵塞有哪两个主要原因？如何清除？16、解释选择性非催化还原技术。
