燃油燃气锅炉烟气脱硝可研报告

燃油、燃气锅炉烟气脱硝方案

研究报告

长沙奥邦环保实业有限公司

1 二零一二年十月

燃油、燃气锅炉烟气脱硝技术研究

1 国内外脱氮技术介绍

目前脱氮技术有两种，一是低氮燃烧技术，在燃烧过程中控制NOx的产生．分为低氮燃烧器技术、空气分级燃烧技术、燃料分段燃烧技术；工艺相对简单、经济，但不能满足较高的NOx排放标准。另一种是烟气脱硝技术，使NOx在形成后被净化，主要有选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、电子束法等；排放标准严格时，必须采用烟气脱硝。

1．1低氮燃烧技术

由氮氧化物（NOx）形成原因可知对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放量的目的。对低NOx燃烧技术的要求是，在降低NOx的同时，使锅炉燃烧稳定，且飞灰含碳量不能超标。

1.1.1 燃烧优化

燃烧优化是通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉(煤粉)比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。

煤种不同，燃烧所需的理论空气量亦不同。因此，在运行调整中，必须根据煤种的变化，随时进行燃烧配风调整，控制一次风粉比不超过1.8:1。调整各燃烧器的配风，保证各燃烧器下粉的均匀性，其偏差不大于5%? 10%。二次风的配给须与各燃烧器的燃料量相匹配，对停运的燃烧器，在

2 不烧火嘴的情况下，尽量关小该燃烧器的各次配风，使燃料处于低氧燃烧，以降低NOx的生成量。

1.1.2空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量(一次风)，提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。

该技术主要是通过减少燃烧高温区域的空气量，以降低NOx的生成技术。它的关键是风的分配，一般情况下，一次风占总风量的25～35%。对于部分锅炉，风量分配不当，会增加锅炉的燃烧损失，同时造成受热面的结渣腐蚀。因此，该技术较多应用于新锅炉的设计及燃烧器的改造中。

1.1.3 燃料分级燃烧技术

该技术是将锅炉的燃烧分为两个区域进行，将85%左右的燃料送入第一级燃烧区进行富氧燃烧，生成大量的NOx，在第二级燃烧区送入15%的燃料，进行缺氧燃烧，将第一区生成的NOx进行还原，同时抑制NOx的生成，可降低NOx的排放量。

1.1.4 烟气再循环技术

该技术是将锅炉尾部的低温烟气直接送入炉膛或与一次风、二次风混合后送入炉内，降低了燃烧区域的温度，同时降低了燃烧区域的氧的浓度，所以降低了NOx的生成量。该技术的关键是烟气再循环率的选择和煤种的变化

1.1.5技术局限

3 这些低NOx燃烧技术设法建立空气过量系数小于１的富燃区或控制燃烧温度，抑制NOx的生成，在燃用烟煤、褐煤时可以达到国家的排放标准，但是在燃用低挥发分的无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远远不能达到国家的排放标准。需要结合烟气净化技术来进一步控制氮氧化物（NOx）排放。低氮燃烧器技术：主要通过降低火焰温度和氧含量减少NOx产生，可降低NOx生成量．30～60％。

1.2烟气脱硝技术

在排放要求较高时，需采用烟气净化技术。目前应用较广的烟气脱硝技术有：选择性催化还原(SCR)法、选择性非催化还原(SNCR)法、同时脱硫脱硝(如电子束法、活性焦还原法)等。几种常用烟气脱硝技术的比较如下：

1.2.1选择性催化还原(SCR)技术

SCR脱硝技术是在催化剂作用下，用选择性还原剂(氨或尿素)将NOx还原为无害的氮气和水蒸气，是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，NOx脱除效率80～90％。但投资和运行成本较高。SCR技术在德国、Et本、奥地利、丹麦、美国等国应用广泛，奥地利AEE、鲁奇、日立、三菱、巴布考克等国外脱氮公司拥有较好的SCR业绩。AEE公司于2001年投运的丹麦某电厂325MW机组脱氮效率达到95％。国内已经投运的SCR工程目前仅福建后石电厂600MW机组，由台塑美国公司独资兴建。

1.2.2选择性非催化还原(SNCR)

选择性非催化还原脱硝技术是在锅炉上烟温850～1050\处将还原剂(氨或尿素)均匀喷入炉膛内，生成无害的氮气和水蒸气。SNCR工艺不需催化荆，但需要较离反应温度；反应系统简单、投资较省、运行成本低；脱氨效率一般仅有20～40％，应用较少。

4 1.2.3电子束法脱硫脱硝

电子束法用高能电子加速器发射电子束激发烟气，产生的多种自由基在常温下将S02、NO等氧化为高价氧化物，与注入烟道的氨气反应，生成硫酸铵和硝酸镀等。优点是同时脱硫脱硝去除率高；系统简单，建设费用是同等规模FGD的70--80％；不使用催化剂；副产物是出路较好的化肥。缺点是耗电量大，运行费用高；目前的电子辐射装置还不适用于大机组系统。成都热电厂采用日本荏原公司电子束法脱硫脱硝，处理烟气量30万Nm3) 法烟气脱硝装置建设,燃机燃烧的天然气成分见表1 ,余热锅炉中烟气脱硝装置入口烟气参数见表2。 表1 天然气成分 天然气成分 单位体积含量 CH4% C4H6 % C3H8 % C4H10 % C5H12 % CO2 % N2 % H2S mg Nm3 He % 表2 烟气脱硝装置入口烟气参数 项 目 烟气量 单位 kg s 5 96.120 0.501 0.118 0.033 0.012 2.600 0.147 6.130 0.469 数值 548198

SCR 入口烟气温度 SCR 前烟气静压 烟气成分 O2 N2 Ar SO2 H2O CO2 NOX ℃ Pa 354130 3114 % % % % % % ppmvd 13.1689 75.1303 0.883 0 6.1746 3.1378 25 (15 %O2) 2.1.7.1 性能要求

本项目烟气脱硝装置主要性能要求见表3主要性能要求： 序号 1 2 3 4 5 名称 NOX NH3 SO2 SO3 催化剂寿命 单位 脱除率% 逃逸率 ppm 转化率% h 数值 ≥50 ≤3 ppm ≤1 % ≥24 000 ≤250 脱硝装置压力损失 Pa 2.1.7.2 工艺流程

目前常用的脱硝技术可分为燃烧过程中脱硝和燃烧后烟气脱硝,燃烧过程中脱硝是在燃烧过程中抑制NOX 生成,主要有分级燃烧、燃料再燃、浓淡偏差燃烧、低过剩空气燃烧和烟气再循环等;燃烧后烟气脱硝是对燃烧生成后的NOX 进行脱除,即烟气脱硝技术,主要有SCR 法和SNCR (Selective Non -Catalytic Reduction) 法, 工业应用中采用较多的是

6 SCR 法烟气脱硝技术。经比较分析,本项目脱硝方案选用SCR 法烟气脱硝工艺,由于项目所在地位于北京市四环之内,综合考虑还原剂的消耗量和不同还原剂的运输和安全成本,本项目还原剂选用20 %(质量) 浓度的氨水。本项目工艺流程见图

主要可分为还原剂供应系统和余热锅炉烟气系统。运氨槽车运来的20 %浓度的氨水通过氨水卸载泵卸载到氨水储罐中储存,氨水储罐中的氨水经氨水计量泵送到蒸发 混合器中被从催化剂层后抽取的再循环高温烟气蒸发并与再循环烟气混合后通过喷氨格栅均匀的喷入到余热锅炉催化剂层上游;从燃机来的烟气经过余热锅炉第一级高温蒸发器换热模组后与喷氨格栅喷入的氨气混合通过催化剂层,烟气中的NOX 在催化剂的作用下,与NH3 发生还原反应,生成无二次污染的N2和H2O ,然后通过余热锅炉的第二级高温蒸发器和省煤器,最后通过烟囱随烟气排放。

2.1.7.3 主要设备选型

本项目余热锅炉烟气脱硝装置主要设备有氨水卸载泵、氨水储罐、氨水计量泵、蒸发 混合器、喷氨格栅、烟气再循环风机、催化剂等。各主要

7 设备参数 与功能见表4。

2.1.7.4 运行情况

本项目脱硝装置随主机整体工程于2008 年3月上旬建成后于3 月底和4 月初对单个设备进行了调试,并于2008 年4 月13 日锅炉机组启动后对1 #炉脱硝装置进行了整体启动和调试,脱硝装置一次启动成功运行,各项参数均达到设计值,脱硝效率达到了61.15 %。2 # 炉于2008 年5 月14 日进行了启动,脱硝系统运行稳定,脱硝效率达到61.11 %。到目前为止,本项目两台机组脱硝装置均运行良好.如果机组年利用小时数按3 500 h计算,两台机组每年可减排NOX 约30818 t ,可有效控制NOX 排放,保护环境。 表4 主要设备参数与功能 设备名称 参数 功能 备注 氨区共用 1用1备 氨区共用 2 台 氨水卸载泵 流量15 m3 h 将氨水从槽车卸载到氨水储罐 氨水储罐 有效容积25 m3 满足一台余热锅炉7 天20 %浓度氨水消耗量的储存 氨水计量泵 流量30～120 满足1 台锅炉不同负kg h 荷氨水供应量 氨区共用 1用1备 蒸发 混合器 700 ×5 000 将20 %浓度氨水蒸发并1 台 炉 mm 喷氨格栅 与再循环烟气混合 在烟气通道截面按280 mm 间隔均布将氨与烟气的混合气体均匀的喷入到余热锅炉内 8 催化剂波纹板式 孔径313 mm 加快NOX 与NH3 的反应速度,脱除烟气中的NOX 烟气再循环风机 烟气量11 700 从催化剂层后抽取高Nm3 h 温烟气将氨水蒸发 1 用1 备 炉 2.1.7.5 经济分析

经济分析的目的是计算脱硝装置“折算每度电脱硝费用”。基于设计条件和性能要求,本脱硝装置的主要费用包含初建费用、运行费用、设备维护费用、运行人员管理费用等,各项费用说明如下。

初建费用包含脱硝装置首次建设的设备、催化剂、安装等各项工程费用,不包含土地征用和使用费、运行费用包含脱硝装置运行的各项消耗费用,主要包含电耗、还原剂消耗、压缩空气消耗、水耗、催化剂消耗等。对于水耗,本脱硝装置使用20 %浓度氨水,通常不消耗水,此处不计算水耗;对于压缩空气,本项目消耗量较少,折算到运行费用的电耗中,未单独列出;对于催化剂消耗,考虑到催化剂化学寿命为24 000 h ,每隔6～7 年更换一层为消耗材料,本经济分析将此项列入运行费用。设备维护费用包含脱硝装置所有设备的检修、更换配件和易损件等维护费用。运行人员管理费用包含脱硝装置运行维护人员的工资、福利等。本脱硝装置详细的经济分析表见表5。 表5 经济分析表 项目 单位 技术参数 烟气量 SCR 入口烟气温kg s ℃ 548198 354130 9 数值 备注 度 NOX 浓度 NOX 脱除效率 ppmvd % 25(15 %O2) 50(15 %O2) 1 3 31 24 000 小时 SO2 SO3 转化率 % NH3 逃逸率 催化剂耗量 初建费用 初建总费用 折算年均初建费用 运行费用 年利用小时 数 h 年 年氨水消耗量 t 年 万元 万元 年 ppm m3 736.12 24.50 含首装催化剂 3 500 315.40 47.30 210 000 10.10 44.70 年氨水消耗费用 万元 年 年电耗量 年电耗量费用 年折算催化剂费用 年总运行费用 设备维护费用 运行人员管理费用 平均年总消耗费用 万元 年 万元 年 万元 年 万元 年 kWh 年 万元 年 万元 年 102.20 73.60 24 224.30 10

年发电量 折算每度电脱硝用 kWh 年 分 kWh 700 000 000 0.32 2.1.7.6 工程应用重点考虑

燃气余热锅炉SCR 法烟气脱硝与常规火电厂燃煤锅炉或工业锅炉SCR 法烟气脱硝工艺原理相同,但由于余热锅炉脱硝用的催化剂布置在余热锅炉炉内,工程设计还是有较大区别,对于余热锅炉脱硝在工程设计时应重点考虑以下几个方面的内容。

（1） 喷氨混合装置

喷氨混合装置的关键是要考虑氨气和烟气的混合,另外还要考虑装置阻力问题。目前常用于烟气脱硝的喷氨混合装置主要有涡流混合装置、静态混合器和喷氨格栅。涡流混合装置要求的混合距离较大,且引起的烟气阻力较大;静态混合器混合距离较小,但引起的烟气阻力大;喷氨格栅可根据混合距离的远近布置喷嘴的数量,此方法易于设计且混合阻力小,为余热锅炉脱硝混合装置的最佳选择方案。

（2）喷氨装置的位置

根据余热锅炉结构型式,喷氨装置可布置在锅炉入口喇叭口段,也可布置在炉内催化剂前的换热模组之间。喷氨装置布置在入口喇叭口段可节约炉内混合空间,减少喷嘴数量,但对喷氨装置的材质要求高,且氨分布调整困难。喷氨装置布置在炉内催化剂前的换热模组之间时,对喷氨装置的材料要求较低,氨分布易于调整,能较好的满足机组负荷波动的影响,但要求喷氨装置与催化剂之间有一定的混合距离,加长了炉内烟道。对于不同的余热锅炉型式,脱硝装置设计时应进行综合比较,合理选取喷氨格栅布置位置。

11 （3）催化剂选型

催化剂从其型式上主要分为平板式、波纹板式和蜂窝式,不同类型的催化剂有其各自的特点,燃气余热锅炉的烟气条件较好,烟气比较清洁,适合于选用比表面积大、活性高的催化剂。另外,烟气系统阻力对燃气余热锅炉也很重要,对于催化剂的选型也要考虑催化剂层阻力大小。综合比较,催化剂可优先选用波纹板式或蜂窝式。

2.2 SNCR脱硝技术 2.2.1 SNCR技术

SNCR工艺技术，又称为热力脱硝技术。最初由美国的Exxo rl公司发明，并于1974年在日本成功的工业化应用。SNCR是一种不用催化剂，在850℃’1100℃炉膛温度区域内，喷入还原剂氨或尿素与NOx反应，迅速生成无害的N2和H20的过程进行脱硝。一般SNCR技术脱硝率约30一50％。

SNCR技术投资成本低，建设周期短，脱硝效率中等，比较适用于缺少资金的发展中国家和适用于对现有中小型锅炉的改造。这种技术的不足之处就是NOx的脱除效率不高，氨逃逸比较高。所以单独使用SNCR技术受到了一些限制。但对于中小型机组或老机组改造，由于它在经济性能方面的优势，仍不失其吸引力。

因不使用催化剂，不会导致S02S03氧化，造成堵塞或腐蚀的机会最低，没有压力损失；NH3逃逸在10～15ppm[2]。通常在炉膛内喷射还原剂，但还原NOX的反应对于温度条件非常敏感，反应温度窗口的选择是SNCR还原NOx效率高低的关键之一，温度窗口取决于烟气组成、烟气速度梯度、炉型结构等差数。最佳的反应温度窗的温度范围为850～1150℃；当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低

12 时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。SNCR工艺技术的关键就在于，还原剂喷入系统必须尽可能地将还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内，即尽可能的保证所喷入的还原剂在合适的温度下与烟气进行良好的混合，这样一方面可以提高还原剂利用率，另外一方面可以控制获得较小的氨逃逸。

SNCR工艺喷氨示意图

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与SCR技术相比，SNCR技术没有SCR技术所用的昂贵的脱硝催化剂，其技术优势就在于投资与运行成本少，SO2SO3转化率小。SNCR的缺点是脱硝效率相对较低，通常大型锅炉的SNCR脱硝效率在40%以下。

2.2.2 SNCR脱硝技术的特点

使用安全的尿素还原剂，不产生液体或固体的废料；设备采用模块化结构，安装简便，建设周期短； 所占空间极小，锅炉SNCR喷射区可以全部布置在锅炉平台上； 喷射是多层次的，并且随负载及操作指令自动控制； 对煤种变化不敏感；

适用: 煤、石油、天然气、水泥窑、垃圾炉等； NOx脱除效率25~50%，某些炉型可以更高；投资少，运行成本低； 适用于脱硝效率要求不高的机组，特别适用于机组脱硝改造工程； 在机组排放要求较高时，具有与LNB+OFA和SCR技术结合的手段。

14 2.2.3 SNCR脱硝技术在中小型工业锅炉中的应用

以广州某纺织印染有限公司75T=2.05mgm3）

参考氧量下的NOx=[NOx]X{21-O2，参考值}{21-[O2,测量值]} 式中[NOx]——测得的NOx（NO+NO2）浓度，ppm；

[O2,测量值]——测得的O2浓度，%

O2，参考值——参考O2浓度，%，一般取6%O2浓度

4.2国内技术经济分析

我国对脱硝进行技术经济评价立法的研究处于探索期。到目前为止，还未形成完整的得到权威部门认可的烟气脱硝经济评价规则。对电厂N0；排放造成的经济损失估算也还没有建立一套完整的数据收集分析系统。本文主要通过计算年费用和脱除每吨NO。的费用来进行经济评价，公式如下： 年费用?

式中：K为脱硝装置整个投资周期的动态投资额；S为年运行费；G为资金回收因子，，其与银行利率和装置的经济寿命相关．使用时必须认真考虑；n为经济寿命期；i为银行平均贷款利率；P为年收入,本文指因减少NOx排放而少付的罚款(这里作为一种相对收入)。 脱除每吨N0。的费用

式中N为年脱除NOx的总吨数。

由此只需知道装置的投资额、年运行费用及经济寿命期内的平均贷款利率．就可以对不同的烟气脱硝技术进行较准确的定量化技术经济比较。

15 动态投资与静态投资相比．考虑了资金的时间价值．使计算结果与实际情况更吻合。它主要包括工程建设费和建设期贷款利息。工程建设费包括设备购置、建筑工程、设备安装的工程费(包括对空气预热器的改造)、基本预备费等。

年运行费用主要包括人工费、用电费、大修费、还原剂消耗(通过化学反应平衡方程计算)及催化剂更换费用。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6zba.html