燃料分级燃烧低NOx技术

,燃料分级燃烧降低NOx排放技术,高文静2011年11月10日,基本内容目录,1、NOx的危害及排放情况2、氮氧化物的产生机理3、降低NOx排放的主要措施4、燃料分级燃烧低NOx燃烧技术,。,1.1NOx的危害,局地：NO2空气污染，刺激呼吸系统区域：酸沉降，NOX对HxOy化学过程影响可改变SO2在大气中转化速率，影响硫酸盐沉降生态系统退化及富营养化光化学烟雾产生O3强氧化剂形成细粒子(PM10/PM2.5)大气能见度降低全球：气候变化，平流层O3,1.2我国NOx的排放情况（一）,19802000年：GDP年均增长率9.7%能源消费年均增长3.9%NOX排放年均增长4.6%能源消费弹性系数：0.41NOX排放弹性系数：0.48,NOX排放大省：河北、辽宁、江苏、山东、广东、山西、河南、四川等80以上在中东部地区,1.2我国NOx的排放情况（二）,90%左右NOX排放源于火力发电、工业、交通运输,1.2我国NOx的排放情况（三）,各经济部门NOX排放量,不同燃料品种对NOX排放贡献,1.3未来NOx排放总量发展趋势,2.1NOX的种类,热力型NOX燃料型NOx快速型NOx,2.2热力型NOx生成的机理,热力型NOx是空气中的N2在高温下氧化而生成的,N2+O=NO+NN+O2=NO+ON+OH=NO+H,温度高于1500，热力型NOx的生成反应明显。温度对热力型NOx的生成浓度具有决定性的影响,降低燃烧温度，避免产生局部高温区；缩短烟气在炉内高温区的停留时间；降低烟气中氧的浓度和使燃烧在偏离理论空气量的条件下进行,2.3燃料型NOx的生成机理（一）,有机化合物：C-N结合键能(25.565)107J/mol,氮气：NN键能(94.5107J/mol),挥发分N：HCN（主要中间产物）NH3和CN（主要来源）,焦炭N：挥发分N析出后仍残留在焦炭中的氮化合物,NH3氧化的主要反应途径,挥发分N中HCN氧化的主要反应途径,2.3燃料型NOx的生成机理（二）,空气中的氮和燃料中的碳氢离子团反应，反应产物进一步氧化形成NOX.,CH+N2=HCN+NCH2+N2=HCN+NH,2.4快速型NOx的生成机理,90%以上的快速型NOx是经HCN产生的,燃料型NOx占NOx总生成量的6080以上；热力型NOx在温度足够高时，可占到NOx总量的20；快速型NOx的生成量很小。,2.5各类型NOx的生成量和温度的关系,3.1低NOx燃烧技术策略降低燃烧室内火焰的峰值温度（Tmax）；减少气体在火焰区的停留时间（t）；降低火焰区的氧气浓度（O2）；加入NOX还原剂等,1.低过剩空气系数：15%20%削减率；2.空气分级燃烧：天然气锅炉可降低60%70%，而燃煤和燃油锅炉可降低排放40%50%；3.烟气再循环：烟气再循环率为15%20%时，大型煤粉炉NOX排放浓度可降低25%左右；4.注入水或蒸汽：可使燃烧气体的燃气轮机NOX还原效率高达80%；5.燃料分级或再燃烧技术：NOX排放浓度降低50%以上；6.低NOX燃烧器：NOX削减率通常在30%60%之间。,3.2低NOX排放燃烧技术,燃料分级燃烧原理示意图,4.1燃料分级燃烧原理(一）,4.1燃料分级燃烧原理（二）,再燃区富燃料燃烧氮氧化物的还原反应：4NO+CH42N2+CO2+2H2O(1)2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2N2+2nCO2+mH2O(2)2NO+2CON2+2CO2(3)2NO+2CN2+2CO(4)2NO+2H2N2+2H2O(5),4.1燃料分级燃烧原理（三）,燃料分级燃烧技术的主要影响因素：再燃燃料的种类（CHi）再燃区内过量空气系数（0.9）再燃区内温度（1200）再燃区停留时间（一般要求0.70.9s）再燃量（10%20%）再燃区混合状况,4.2天然气再燃降低NOx排放,优点：天然气本身不含氮、灰和硫，因此它不会加重NOx的排放水平；不会产生腐蚀性化合物；比其它燃料产生更多的烃根。被认为是最理想、使用也最为广泛的再燃燃料。,4.3生物质再燃技术,生物质优点:几乎不含硫含灰量低,一般在1%5%之间灰分中含有钠盐、钾盐等碱金属盐对NOx的还原具有催化作用。生物质挥发份很高,易于着火,具有可再生性和CO2的净排放性。,缺点：生物质能量密度低灰熔点低,易结渣等问题难以解决。,4.3生物质再燃的研究现状,山东大学：脱硝效率达到了8592%，此时再燃燃料的热量占1520%,葡萄牙里斯本高级技术学院：生物质再燃，生物质颗粒有一个最佳粒径范围,超细煤粉：通常泛指粒度小于40m的煤粉。,超细煤粉再燃的优势：挥发分析出速度加快燃烬特性好煤粉相对成本较低供应及应用方便脱硝率达50%70%。一次燃料、二次燃料种类相同,4.4超细煤粉再燃技术,4.5气化煤制气再燃降低NOx排放技术（一）,煤气化技术小型的气化炉，煤粉部分气化产生的粗煤气作为气体再燃燃料。气化炉下部出来的半焦则通过煤粉管道送入一次风喷口再燃烧。,1煤粉仓；2锁气器；3加压仓；4压缩空气；5煤粉空气水蒸汽混合物；6水蒸汽；7气化炉；8煤制气出口；9半焦及灰渣；10燃烧炉一次风；11再燃燃料喷口；12主燃料喷口；13燃烧炉.,4.5气化煤制气再燃降低NOx排放技术（二）,如果再燃量过大，将会降低再燃燃料的燃烬率炉膛内壁还原性腐蚀和灰熔点降低燃烬区温度过高因此，必须根据实际情况确定合适的再燃燃料量。,4.6再燃技术存在的问题,4.7先进再燃脱硝（一）,先进再燃(advancedreburning)是一种将再燃和选择性非催化还原(selectivenon-catalyticreduction，SNCR)相结合的脱硝技术。在再燃的基础上将氨、尿素等作为NOx还原剂喷入到再燃区、燃尽区及其下游，通常可以取80%90%的脱硝效率,4.7选择性非催化还原(SNCR)技术（二）,选择性非催化还原(SNCR)技术属于燃烧后控制技术,是将带有氨基物质在没有催化剂的情况下,由泵喷射入炉内在一定条件下,与NOx反应还原生成无毒无害的氮气和水。尿素溶液的喷入点的温度合适的范围在8001000。脱除效率可以达到40%80%。,4.4CO再燃降低NOx排放的反应机理（四）,反应温度是影响SNCR过程的主要因素。,尿素溶液还原NOx的化学反应方程式为:CO(NH2)2+H2O2NH3+CO2(1)4NH3十4NO+O24N2+6H2O(2)8NH3+6NO27N2+12H2O(3)在尿素还原NOx的同时,也会发生从尿素溶液挥发出来的NH3分子与O2的反应：4NH3+5O24NO+6H2O(4)4NH3+3O22N2+6H2O(5),4.7选择性非催化还原(SNCR)技术（三）,4.7先进再燃脱硝（四）,再燃与先进再燃示意图,4.8第二代先进再燃（SGAR）（一）Secondgenerationadvancedreburning,SGAR的优点：脱硝效率95%，成本为SCR的一半氨剂可喷入再燃区添加剂可提高再燃和氨剂的还原效果添加剂可以从不同位置随氨剂或单独喷入技术关键:添加剂在再燃和SNCR过程中的增效作用,4.8第二代先进再燃（SGAR）（二）,1.异相反应焦炭与NO反应催化能力：KNaCaCuFe催化剂的作用：降低反应活能，增大频率因子，强化煤焦与NO的还原反应。,添加剂催化机理,4.8第二代先进再燃（SGAR）（三）,主、再燃过程中CO的反应途径,2.同相反应（实际再燃中起决定性作用）,4.8第二代先进再燃（SGAR）（四）,含钠催化剂主燃区:H+OHH2O抑制主燃区NOx的生成。再燃区:OH浓度的降低，抑制了CHi的消耗CH+NOHCN+OCH3+NOHCN+H2OHCCO+NOHCN+CO2含铁催化剂促使OH、O的减少也可直接催化NOx为N2:3CO+Fe2O33CO2+2Fe2Fe+3NO3/2N2+Fe2O3,4.8第二代先进再燃（SGAR）（五）,SNCR添加剂添加剂的种类：烃类、一氧化碳、碱金属化合物(NaOH,Na2CO3,HCOONa,CH3COONa和NaNO3等)、酯、醇、苯酚、醚、羧基酸和醛CO和CH4降低了最佳反应温度,拓宽了最佳反应温度窗口CH3OH和C2H5OH,略有提高低温区NO还原率苯降低了最佳反应温度100