1、1 概述氮氧化物 NOX 是燃煤电厂烟气排放三大有害物（SO2，NOX 及总悬浮颗粒物 TSP）之一。从污染角度考虑的氮氧化物主要是 NO 和 NO2，统称为 NOX。在绝大多数燃烧方式下，主要成分是 NO，约占 NOX 的 90多。NO 是无色、无刺激气味的不活泼气体，在大气中的 NO 会迅速被氧化成 NO2。NO2 是棕红色有刺激性臭味的气体。NOX 可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，较易受二氧化氮影响。NOX 的生成主要由热力 NOX 和燃料 NOX 两部分组成，前者由参与燃烧的空气中所含的N2 生成，后者由燃料本身的氮元素生成。在燃烧过程
2、中降低 NOX 的生成的主要手段是采用分级燃烧，降低燃烧区域的氧浓度和降低火焰温度。此外还可以采用烟气处理技术在燃烧后降低烟气中 NOX 含量。2 国内外排放标准的比较目前 NOX 的允许排放量标准在全世界倾向于更严格。各国对 NOX 的排放限制各不相同，限制非常严格的如德国，对 300 MW 以上的机组，规定了 200 mgm3 的严格标准（本文所指 NOX 的数值如无特别说明，为标准状况下，O26，NOX 为按 NO2 计算的干烟气中 NOX含量），按这一标准，仅采用燃烧技术的改进目前是无法实现的，必须安装烟气净化处理的特殊装置。又如排放限额处于中等水平的前苏联，其 1993 年起执行的标
3、准如表 1。中华人民共和国国家标准火电厂大气污染物排放标准（GB132231996），根据近几年我国已开始引进锅炉低氮燃烧技术，为促进该技术推广发展，及早控制火电行业氮氧化物的排放，首次规定了排放氮氧化物的标准限值；氮氧化物排放标准适用时段1997 年1 月 1 日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂。北京 19990501 开始实施的北京市地方环境标准燃烧锅炉氮氧化物排放标准相对国家标准则更为严格。3 国外降低 NOX 排放的研究采用 LNB（低 NOX 燃烧器）可降低 NOX 排放 4065。采用 LNB 时一般与燃尽风（OFA）燃烧配合实施。31 低 NOX 燃烧器（1）直流浓
4、淡燃烧器 最为典型的是日本三菱的 PM 型（PollutionMinimum）燃烧器。其特点使用最简单的惯性煤粉浓缩器将一次风煤粉流分为两股，一股为富燃料风粉流，另一股为贫燃料风粉流。（2）旋流浓淡燃烧器 通过改进燃烧器出口结构，形成分级燃烧，降低 NOX 排放。国外 BW 公司，Mitsui Babcock 公司等不断有新的业绩。32 燃尽风（OFA）燃烧大约占 1025的二次风从燃烧器上方设置的燃尽风喷口送入炉膛。其目的使燃烧器的炉内燃烧分 2 个阶段：主燃烧区火焰温度降低，热力型和燃料型 NOX 生成均减少，当烟气上升至 OFA 喷口时，未完全燃烧的燃料可燃物和部分还原性气体重新燃烧，此
5、处燃烧温度低于主燃烧区，保证降低 NOX 和完全燃烧。33 磨煤机煤粉分离器的研究美国巴威公司有旋转型的煤粉分离器。德国在一些机组改造时也改用旋转分离器。在三菱低 NOX 燃烧系统中的中速磨煤机或钢球磨煤机上部装有三菱旋转式分离器（MRS）。如同常规分离器一样，从 MRS 出来的粗粉再次磨成细粉进入燃烧器。在 MRS 的旋流叶的作用下可提供更合适的煤粉级配，同样筛孔下的煤粉细度，例如筛孔尺寸为 74m，新型分离器给出的粗粒的煤粉（R149）要比常规分离器的少得多。这对燃烧过程的经济性具有很大意义，因为在应用各种降低 NOX 技术方法时，正是未燃尽的粗煤粒增大了排放物和飞灰含碳量。34 三级燃烧
6、技术在上部燃烧器上方的燃烧室加入少量燃料，并且通常不需加风，而是加入再循环烟气，由此使燃烧室中生成还原区。向上述燃烧室加入少量燃料，能使未完全燃尽的燃烧产物再燃，直到烟气离开燃烧室为止，这样可降低 NOX 排放。35 烟气处理技术烟气处理技术，如 SCR（选择催化还原法）和 SNCR（选择非催化还原法），AC（活性碳法）和 DESONOXSNOX（催化剂联合脱硝脱硫）等。目前大部分锅炉不采用 SNCR 方法。目前世界上适用于 SCR 技术的设备还处于供不应求的状况。4 我省 NOX 的排放情况我国燃煤电站锅炉固态除渣炉 NOX 的排放范围为 6001200 mgm3，其中直流燃烧器600100
7、0 mgm3，旋流燃烧器为 10001200 mgm3。浙江省内电站燃煤锅炉均为固态除渣，主要是直流燃烧器，采用旋流燃烧器的锅炉数量近年来有所增加。省内 NOX 的排放数据较国内平均状况要好，根据已有的测量数据，其大致范围是直流燃烧 500820 mgm3，旋流燃烧为 600850 mgm3。影响锅炉 NOX 排放的因素主要有燃料种类，炉膛容积热负荷，燃烧器结构，运行方式等有关。分析我省电站锅炉的 NOX 的测量数据较国内普遍情况要好，其原因是燃料中氮含量较低（Nar0607），而外省的一些技术文献中指出当地的燃料的 Nar 可高达 11。有文献指出：对固态排渣炉而言，有 80的NOX 是由燃
8、料中的氮生成的。5 省内降低氮氧化物排放措施根据我国和我省的现状，对现有机组适宜采用而且切实可行的降低 NOX 的方法是：改进锅炉运行方式和提高控制燃烧技术。一般认为，通过燃烧调整，可使 NOX 的排放降低1525以上。同时更为重要的要有具体的落实措施：如实现送风和送粉均匀的监控装置。近期实际可行的降低 NOX 的方法是（按重要性排列）：粉管道间的燃料平衡（目标是5）；燃烧器间的送风平衡（CO70 mgL，在低氧的条件下）；一次风煤比（根据磨煤机的设计和煤种，尽可能采用低值）；调整煤粉细度（根据煤的品质）；尽可能提高OFA 的风箱压力；减少过剩空气 ；炉膛吹灰的控制。 如对冲燃烧方式锅炉的每个
9、燃烧器的送风平衡的实现，较为可行的办法是在实现燃料平衡后，利用停炉期间安装的省煤器出口永久性烟气多点网格取样测点，由测试工程师循环测试多点（通常可多至 24 点）的 CO、O2 和 NOX，在每点的 CO 含量应较低，理想的值是小于 40 mgL，如果存在较高的 CO，将调整相应的单个和相关组的燃烧器的风环，以消除高 CO，一旦此目标实现，再降低 O2，然后重复以上过程。对 于我省 125 MW、200 MW 机组采用的一次 风集中送粉燃烧器，可采用各层燃烧器燃料分配调整的简单而有效的方法来降低 NOX。同时，应考虑低 NOX 燃烧器和制粉系统的改造，如磨煤机出口分离器可考虑研究采用旋转型的煤
10、粉分离器，燃烧器采用浓淡型等。SCR 技术：现实可行的脱硝选择发布时间： 2009-06-12 | 作者：滕继濮http:/ 2009 年 06 月 12 日 来源： 科技日报 作者： 滕继濮目前，SCR 已成为世界上应用最广泛、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。本报记者 滕继濮 核心提示 去年一月，有关专家表示，氮氧化物已逐渐成为了第一大酸性污染气体。尽管目前国家还没有要求电厂专门建造烟气的脱硝装置，但已经需要电厂在修建时预留以后安装脱硝装置的位置。他认为，几年之后,监管机构对脱硝的要求肯定会像对脱硫一样严格。电力环保领域已经出现了拐点，今后脱硝技术会取代目前占主流的脱硫技术，脱硝技术将
11、成为电力环保企业的新增长点。 目前，温室气体减排的重点依然是降低 CO2 的排放，同时，氮氧化物排放也引起了越来越多的关注。氮氧化物已成为继 SO2 之后我国主要的城市大气污染物。氮氧化物也是主要的温室气体之一，如果以 CO2 作为基准计 1，则氮氧化物的增温效应为 310。另外 NOX 的大量排放不仅导致臭氧层破坏、光化学烟雾及温室效应，还会导致人类呼吸系统疾病，并与 SO2一样会导致酸雨的形成，造成耕地退化和建筑物受损等。因此应尽量处理掉烟气中的氮氧化物。何为 SCR？机动车辆尾气排放、火力发电厂锅炉烟气、硝酸和氮肥及炸药等工业生产过程产生的废气是 NOX 的主要排放源。电力工业又是我国的
12、燃煤大户，因此火力发电厂是 NOX 排放的主要来源之一。氮氧化合物（NOX）通常包括 NO、NO2、N2O 等。主要产生于矿物燃料（如煤和燃油等）的高温燃烧过程，其中 NO 占 NOX 总排放量的 90%。NOX 排放控制技术可以根据燃烧过程分为燃烧脱氮、燃烧方式改进和燃烧后处理 3 种。燃烧后脱硝又称烟气脱硝，是目前 NOX 排放控制最有效的办法。SCR 是 Selective Catalytic Reduction 的缩写，是指选择性催化还原技术。目前，大型燃煤电厂烟气脱硝应用最为广泛的是选择性催化还原 SCR 技术，该技术由 Engelhard 公司发明并于 1957 年申请专利，分别于
13、 1977 年和 1979 年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运营。20 世纪 80 年代中期开始迅速在日本、西欧和美国等国家的电站应用。目前，SCR 已成为世界上应用最广泛、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。氮氧化合物的两种形态SCR 技术是还原剂在催化剂作用下，选择性地与 NOX 反应生成 N2 和 H2O，而不是被 O2 所氧化，故被称为“选择性 ”。煤和燃油燃烧产生的 NOX 按产生机制分为热力型 NOX（N2 和在高温下反应）和燃料型 NOX（燃料中的 N 与 O2 反应） 。热力型 NOX 是燃烧室进入的空气中的氮和氧在高温下生成的 NO、NO2 的总和，随着温度的升高，NOX
14、的生成速率按指数规律迅速增加，降低燃烧温度是减少热力型 NOX 的根本措施。燃料型 NOX 是煤炭中的含氮有机物在一系列氧化条件下氧化生成的 NOX，提高燃油品质是减少燃料型 NOX 的有效途径。燃煤电厂烟道气中的氮氧化物主要为热力型。改进煤的燃烧方式、降低煤燃烧时的温度，可以大大降低热力型 NOX 的生成量，但不可避免地会带来煤燃烧效率的下降，从而造成 CO2 排放量增加。我国燃煤电厂 NOX 排放现状我国是一个以煤为主要能源的国家，在我国能源结构中有 70%80%由煤燃烧来提供，据测算，每燃烧 1 吨煤，会产生 530kg 氮氧化物，煤炭高温燃烧成为我国排放氮氧化物的主要来源之一。根据 1
15、997 年中华人民共和国可持续发展国家报告预测，到 2010 年，我国一次能源消耗中煤仍占 66.44%69.0%。如果不进一步采取有效的控制措施，我国氮氧化物年排放量到 2020 年将达到 29Mt 的规模。我国的煤炭资源大约 60%用于火力发电，火力发电厂 NOX 排放量大，排放也相对集中，其实这一点有利于我国氮氧化物的减排。随着环境标准的日趋严格，在发达国家和地区，均采用燃烧控制与 SCR 技术相结合的方法进行烟气脱硝。我国燃煤来源复杂，煤种质量普遍偏低，考虑到我国燃煤锅炉的现状，采用改进燃煤锅炉和改进的燃烧技术，辅之以烟道气选择性催化还原脱硝技术，可为我国火电厂烟道气脱硝提供最为现实可
16、行的选择。专家圈点点评人：司知蠢（清华大学材料科学与工程系博士）SCR 市场巨大我国大气中的氮氧化物主要来源于煤和石油的燃烧。有关数据显示，我国 2000 年NOX 排放总量为 11.12Mt，其中固定源占 60.8%，移动源占 39.2%，2006 年火电 NOX 排放为 8.311Mt，比 2003 年增加了 13.8%，2006 年我国火电氮氧化物的排放水平为3.52g/kWh，而 1999 年美国、英国、德国和日本的火电氮氧化物排放水平分别为2.2、1.9、0.9、0.29g/kWh。另外，我国火电占总电力的 70%80%，这也直接导致我国近年来氮氧化物排放的急剧增加，我国单位 GDP
17、 排放的氮氧化物是欧美日等国家的 530 倍，说明我国氮氧化物排放控制水平仍处于初级阶段。欧洲、日本和美国是世界上对燃煤电厂，排放控制最为严格的国家和地区，其安装SCR 的机组容量 2006 年我国火力发电厂的总机组容量达 2.83 万亿 kW，而安装 SCR 装置的机组容量仅为 11.4GW，不足 1%。由此可见，随着我国经济快速发展，对能源的巨大需求及日趋严重的环境污染威胁，SCR 脱硝技术在我国的市场非常巨大。脱硝材料需改进中国在 SCR 脱硝催化材料研发中具有后发优势，改进传统的脱硝材料以适应中国火电厂脱硝需要是当务之急，低温活性好、N2 选择性高、温度窗口宽、抗硫中毒性能优良和热稳定
18、性高的催化材料将是中国 SCR 脱硝技术开发和应用的重点，沸石基脱硝催化材料是未来 SCR 催化材料的主要发展方向之一。延伸阅读我国机动车尾气氮氧化物排放现状与控制NOX 总量控制的另一个重要领域是机动车尾气排放 NOX 净化。近年来，我国汽车产量及保有量一直呈高速增长态势，自 2002 年 10 月以来，我国汽车产量平均增长率超过 37%， 2008 年，超过法国、德国，成为继美国和日本之后的世界第三大汽车制造国。汽车销售量已超过 1000 万辆。据统计，每千辆汽车每天排出的 CO 为 3000kg，碳氢化合物为 200400 公斤，NOX为 50150kg。有关研究成果表明，我国大城市空气
19、质量中 50%以上的 NOX 污染来自机动车尾气排放。另外，近几年城市大气环境质量监测结果也表明机动车辆排气性污染已替代煤烟型污染成为主要污染源，并且这一趋势还将继续发展。为节约能源和减少温室气体排放，欧美等世界主要国家开始大力推广柴油车。柴油机是所有内燃机中效率最高的一种动力装置，柴油车比同排量的汽油车油耗低 25%，二氧化碳排放量少 30%。柴油机提高了空燃比，降低了碳氢化合物和 CO 的排放量，但提高了NOX 的排放浓度。NOX 和碳烟颗粒污染物是柴油车尾气的主要污染物。在欧洲市场，轿车中柴油轿车的占有率已经高达 50%以上，重型车 100%使用柴油发动机， 90%的商用车使用柴油机,，
20、而在我国 2007 年销售的柴油型轿车仅占轿车总销量的不足 1%。燃油生成 NOX 的机理与燃煤基本相同，由于燃油中氮的含量很低，特别是汽油基本不含氮，所以燃料型 NOX 的生成量很少，可以忽略不计。机动车尾气中的 NOX 主要为热力型。以 Pt、Pd、Rh 等贵金属为主要成分的三效催化剂已经在汽油车尾气净化中获得成功使用，可将尾气中的 CO、HC 和 NOX 去除 90%以上，使得汽油车尾气净化已不再是难题。而柴油车尾气中氧气含量高，富氧条件下氮氧化物的还原非常困难，且尾气温度比汽油车低 200，使得三效催化剂不能直接应用于柴油车。迄今，柴油机 NOX 的消除仍是研究者面对的挑战与研究热点。
21、 技术动态“SCR 蜂窝式催化剂”通过技术鉴定创国内首例5 月底，北京国电龙源环保工程有限公司“SCR 蜂窝式催化剂”产品技术通过了由中国电力企业联合会组织的产品技术鉴定，打破了该技术长期被欧美日等发达国家所垄断的局面，为降低烟气脱硝成本打下了坚实基础。在 SCR 工艺系统中，催化剂是重要组成部分，它的性能直接影响到 SCR 系统的整体脱硝效果，催化剂也是整个工艺设备中成本最高的一部分。因此催化剂的生产制备对 SCR系统至关重要。长期以来，SCR 烟气脱硝技术及其催化剂的生产技术被欧美日等发达国家所垄断。龙源环保公司于 2007 年 11 月与日本日挥触媒化成株式会社 JGCC&C（原CCIC
22、）签订 SCR（选择性催化还原反应）催化剂生产技术引进合同。2008 年 3 月成立江苏龙源催化剂有限公司（国内第一家完全由内资投资建设的催化剂生产企业） ，SCR 催化剂项目当年立项、当年开工、当年投产，签订了沙市电厂、兰州电厂、临汾电厂共 5300MW 机组催化剂供货合同。 相关链接北仑电厂脱硫脱硝装置与七号机组同步运行月日，国电北仑电厂三期扩建工程第二台百万千瓦超超临界机组（号机组）正式投入商业运行，脱硫、脱硝装置同步通过试运行。至此，国电北仑电厂以台燃煤机组、万千瓦装机容量、亿千瓦时年设计发电量，成为全国最大火力发电厂。据悉，安装低氮燃烧器和脱硝装置投资达一亿元。国电北仑电厂三期扩建工
23、程动态总投资亿元，由中国国电集团公司、浙江省能源集团有限公司、宁波开发投资集团有限公司共同出资建设。该工程既是浙江省、宁波市重点工程，也是国电集团公司在浙江省内首个电源建设点，年月工程开工，首台机组于年月日投产。国电北仑电厂三期扩建工程环保投资约占总投资的，在采用石灰石石膏脱硫、三室五电场高效静电除尘器等先进环保技术和设施基础上，又投入资金亿多元，安装了低氮燃烧器和脱硝装置，这在国内同类型机组中尚属首例。国电北仑电厂三期扩建工程开工以来，按照国电集团公司提出的“建设新电厂、形成新机制、创造新水平、展现新面貌”要求，工程安全、质量、进度、造价始终处于可控在控状态，两台机组均实现厂用电受电、汽轮机
24、扣缸、锅炉水压试验、点火、机组并网和“小时”满负荷试运行一次成功。号机组“小时”满负荷试运行期间，机组负荷率，脱硫率，脱硝率，电除尘效率，各项污染物排放指标远远优于国家标准。截至今年月底，国电北仑电厂已累计发电亿千瓦时。作为特大型国有企业，国电北仑电厂始终以高度的责任感和使命感，坚定不移地走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的和谐发展之路。国电北仑电厂一、二期台万千瓦机组与三期扩建工程台百万千瓦机组输出的电流源源不断输入华东电网，为整个华本篇文章来源于 科技网|原文链接：file:/C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/桌面/科技网%20-科技日报-%20SCR 技术：现实可行的脱硝选择.htm
