由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置及相应的控制系统组成。其主要反应式如下 4 NO 4 NH 3 O2 4 N 2 6 H 2O 4 NH 3 5O2 4 NO 6 H 2 O (1) (2)
选择性非催化还原法必须将还原剂喷到炉膛内最有效的部位，因为NOx的分 布在炉膛对流断面上是经常变化的， 如果喷入控制点太少或锅炉整个断面上喷氨 不均匀，则会出现较高的氨逸出量。由于喷入量和喷入区域非常复杂，要做到很 好的调节也是困难的。 为保证脱硝反应能以最少的喷NH 3 量达到最好的还原效果， 必须设法使NH 3 与烟气良好地混合。 若喷入的NH 3 不充分反应， 则泄露的NH 3 不仅会 使烟气中的飞灰沉积在锅炉尾部的受热面上，而且遇到SO 3 会生成铵盐，对回转 式空预器可能造成堵塞和腐蚀。 SNCR 脱硝技术对反应温度要求十分严格， 对锅炉燃料变化适应性差； 但 SNCR 脱硝系统简单， 只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽以及氨或尿素 喷射装置及其喷射口即可；不需要催化剂，运行成本相对较低。 影响SNCR还原NO的化学反应效率的主要因素是温度、还原剂停留时间、还原 剂类型等。运行正常状态的氨逃逸率在 3～5ppm，若运行状态不佳，则氨逃逸率 显著增加，NH 3 泄漏可达 5～20ppm。 该技术系统简单，一次投资和运行费用均较低。 2.3 选择性催化还原 SCR 法 选择性催化还原法（SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH 3 或尿 素） “有选择性”的与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N 2 和H 2 O。选择性催 化还原系统中，一般由氨的储存系统、氨和空气的混和系统、氨喷入系统、反应 器系统及监测控制系统等组成，燃煤电厂SCR反应器大多安装在锅炉省煤器与空 预器之间，因为此区间的烟温刚好适合SCR脱硝还原反应，氨则喷射于省煤器与 SCR反应器之间烟道内的适当位置，使其与烟气混合后在反应器内与NOx反应。 SCR脱硝技术适应性强，特别适合我国锅炉负荷变动频繁的特点；对新建锅 炉有较好的适用性；对于老锅炉改造，要视锅炉尾部有无适当地改造空间而定， 比如省煤器和空预器之间是否有足够的烟道等；对烟气NOx排放浓度要求很高的 区域比较适用。SCR脱硝技术脱硝效率高，一般在 60%℃～90%之间，NOx排放浓 度可降至 100mg/m 以下；该技术较成熟，应用广泛。SCR催化剂床层在烟道里的 布置按在除尘器前和除尘器后有两种布置方法。SCR催化剂床层布置在除尘器前
NOx 排放 15－20%。但如炉内氧浓度过低，会造成浓度急剧增加，增加化学不完 全燃烧热损失， 引起飞灰含碳量增加， 燃烧效率下降。 因此在锅炉设计和运行时， 选取最合理的过量空气系数。 （2）空气分级燃烧 空气分级燃烧的基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段， 将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的 70－75%（相当于理论空 气量的 80%） ，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。不但延迟了燃烧过程， 而且在还原性气氛中降低了生成 NOx 的反应率， 抑制了 NOx 在这一燃烧中的生成 量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上 方的专门空气喷口 OFA（over fire air）――称为“燃烬风”喷口送入炉膛， 与第一级燃烧区在"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合， 在 α＞1 的条件下完成 全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级 燃烧法。 （3）燃料分级燃烧 在燃烧中已生成的 NO 遇到烃根 CHi、未完全燃烧产物 CO、H2、C 以及 CnHm 时，会发生 NO 的还原反应，反应式为： 4NO+CH 4 =2N 2 +CO 2 +2H 2 O 2NO+2C n H m +(2n+m/2-1)O 2 =N 2 +2nCO 2 +mH 2 O 2NO+2CO =N 2 +2CO 2 2NO+2C =N 2 +2CO 2NO+2H 2 = N 2 +2H 2 O 利用这一原理，将 80-85%的燃料送入第一级燃烧区，在 α>1 条件下，燃 烧并生成 NOx。 送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料， 其余 15-20%的燃料则在主 燃烧器的上部送入二级燃烧区，在 α<1 的条件下形成很强的还原性气氛，使得 在一级燃烧区中生成的 NOx 在二级燃烧区内被还原成氮分子， 二级燃烧区又称再 燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅 使得已生成的 NOx 得到还原， 还抑制了新的 NOx 的生成， 可使 NOx 的排放浓度进 一步降低。
其主要反应如下：在温度低于 2000K（1727℃）时，NOx主成主要通过CH-N 2 反应， 在不含氮的碳氢燃料低温燃烧时，需重点考虑快速NOx的生成。 2 烟气脱硝主要工艺 在烟气净化技术上控制 NOx 排放，目前主要方法有选择性非催化还原 SNCR、 选择性催化还原 SCR、低氮燃烧技术和电子束照射法、臭氧氧化法、吸附法、氧 化吸收法等。其中，选择性非催化还原 SNCR、选择性催化还原 SCR，低氮燃烧， 臭氧氧化法等技术已商业化。 烟气脱硝主要工艺明细表
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方式存在积灰影响效率问题； SCR催化剂床层布置在除尘器后需要增加换热流程， 增加了占地和流程的复杂程度。 SCR技术采用高温催化剂，反应温度一般为 300℃～400℃，催化剂以TiO 2 为 载体，主要活性成分为V 2 O 5 -WO 3 （MoO 3 ）等金属氧化物。催化剂具有较高的选择 再生处理主要是把重金属从催化剂中重新溶出， 性， 一般两年需要再生处理一次。 恢复催化剂活性， 再生处理会产生少量废水， 催化剂寿命到期后会产生固废影响。 另外，SCR脱硝催化剂也是二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂，三氧化硫与氨气 反应生成硫酸氢铵，易粘附在锅炉尾部空预器上，造成阻力升高，甚至堵塞等问 题。还原剂在工艺系统中会产生NH 3 逃逸和泄漏，一般SCR氨的逃逸量控制在 3～ 5ppm，否则会对下游的空气预热器的安全运行和环境空气带来不利影响。另外， 脱硝装置需要布置催化床前分布器和催化床层，形成比较高的烟道阻力，会增加 锅炉运行的能量消耗，其能量消耗占发电量的 0.5%左右。 SCR 的一次投资较高，根据脱硝效率的不同要求，投资费用存在一定差别， 其中，催化剂占整个脱硝系统的投资比例 30%～40%。随着对 NOx 脱除效率要求 的提高，脱硝系统的运行成本呈上升趋势。 2.4 电子束照射法 此种方法是利用一电子光束射透烟气气流，使电子与气体分子碰撞产生离 子；离子与气体反应产生原子和自由基。这些原子或自由基与烟气中的污染物反 应，其反应式如下： H 2 O → H+OH O 2 → 2O OH+NO → HNO 2 O+NO → NO OH+NO 2 → HNO 3 SO 2 +O → SO 3 上式反应过程中产生的酸可用碱(如Ca(OH) 2 )进行中和，反应式如下： 2HNO 3 +Ca(OH) 2 →Ca(NO 3 ) 2 +2H 2 O SO 3 +H 2 O+Ca(OH) 2 →CaSO 4 ·2H 2 O 2.5 臭氧氧化法 烟气中氮氧化物NOx主要成分NO难溶于水，其他高价态NO 2 、NO 3 、N 2 O 5 易溶于
名 称 还原/氧化剂 反应产物 反应条件 脱氮燃烧
无
无
选择性非催化剂脱氮法 (SNCR)
NH 3 N 2 、H 2 O CO(NH 2 ) 2 NH 3 N 2 、H 2 O CO(NH 2 ) 2 NH 3 O3 NH 3 N 2 、H 2 O CaSO 4 、 (NH 4 ) 2 SO4 活性炭在 120℃ 下吸附 50～60℃ (NH 4 ) 2 SO 4 催化剂 ～50% 50%～90% 300～400℃, 60%～90% 800～1250℃ 40%～80%
在再燃区的上面还需布置“燃烬风”喷口，形成第三级燃烧区（燃烬区） ， 以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃烬。 这种再燃烧法又称为燃料分级燃 烧。 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， 造成燃料和烟气在再燃区内的停留时间相对较短， 二次燃料若选用煤 粉作为二次燃料，则需采用高挥发分易燃的煤种，而且煤粉细度要求非常细。 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。 （4）低 NOx 燃烧器 煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉 膛，而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧的角度看，燃 烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。 从 NOx 的生成机理 看，占 NOx 绝大部分的燃料型 NOx 是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊 设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例， 可以将前述的空气分级、 燃 料分级和烟气再循环降低 NOx 浓度的大批量用于燃烧器， 以尽可能地降低着火氧 的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制 NOx 生成的目的，这就是低 NOx 燃烧器。低 NOx 燃烧器得到了广泛的开发和应用，世界各国的大锅炉公司， 为使其锅炉产品满足日益严格的 NOx 排放标准，分别开发了不同类型的低 NOx 燃烧器。 （5）煤粉炉的低 NOx 燃烧系统 为更好地降低 NOx 的排放量和减少飞灰含碳量，将低 NOx 燃烧器和炉膛低 NOx 燃烧（空气分级、燃料分级和烟气再循环）等组合在一起，构成一个低 NOx 燃烧系统。 2.2 选择性非催化还原（SNCR） 选择性非催化还原法（SNCR）技术是一种不用催化剂，利用还原剂（如NH 3 或尿素） “有选择性”的与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N 2 和H 2 O。该方 法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为 800～1250℃的区域后，迅速热分解 成NH 3 和其他副产物， 随后NH 3 与烟气中的NOx进行反应而生成N 2 。 典型的SNCR系统