燃料分级燃烧低NOx技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,燃料分级燃烧降低NOx排放技术,高文静,2011年11月10日,1,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,2,。,1.1 NOx的危害,局地,：,NO,2,空气污染，刺激呼吸系统,区域,：酸沉降，,NO,X,对,H,x,O,y,化学过程影响可改变,SO,2,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,O,3,强氧化剂,形成细粒子,(PM,10,/PM,2.5,),大气能见度降低,全球,：气候变化，平流层,O,3,3,1.2 我国NOx的排放情况（一）,1980,2000,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：,0.41,NOX,排放弹性系数：,0.48,4,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）,5,90%,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NO,X,排放量,不同燃料品种对NO,X,排放贡献,6,1.3,未来NOx排放总量发展趋势,7,2.1 NO,X,的种类,热力型,NO,X,燃料型,NOx,快速型,NOx,8,2.2 热力型NOx生成的机理,热力型NO,x,是空气中的N,2,在高温下氧化而生成的,N,2,+O=NO+N,N+O,2,=NO+O,N+OH=NO+H,温度高于1500，热力型NO,x,的生成反应明显。温度对热力型NO,x,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,9,2.3 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）,NH,3,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,10,NH,3,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）,11,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NO,X,.,CH+N,2,=HCN+N,CH,2,+N,2,=HCN+NH,2.4 快速型NOx的生成机理,90%以上的快速型NO,x,是经HCN产生的,12,燃料型NO,x,占NO,x,总生成量的6080以上；,热力型NO,x,在温度足够高时，可占到NO,x,总量的20；,快速型NO,x,的生成量很小。,2.5 各类型NO,x,的生成量和温度的关系,13,3.1 低NOx燃烧技术策略,降低燃烧室内火焰的峰值温度（T,max,）；,减少气体在火焰区的停留时间（t）；,降低火焰区的氧气浓度（O,2,）；,加入NO,X,还原剂等,14,1.,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,NO,X,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,NO,X,还原效率高达,80%,；,5.,燃料分级或再燃烧技术：,NO,X,排放浓度降低,50%,以上；,6.,低,NO,X,燃烧器：,NO,X,削减率通常在,30%,60%,之间。,3.2 低,NOX排放燃烧技术,15,燃料分级燃烧原理示意图,4.1 燃料分级燃烧原理(一）,16,4.1 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+C H,4,2N,2,+CO,2,+2 H 2 O (1),2NO+2C n H m+(2n+m/2-1)O,2,N,2,+2nCO,2,+m H,2,O (2),2NO+2CO N,2,+2CO,2,(3),2NO+2C N,2,+2CO (4),2NO+2 H,2,N,2,+2 H,2,O (5),17,4.1 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,18,4.2 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NO,x,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。,19,4.3 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,NO x,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,CO 2,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。,20,4.3 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,21,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,22,4.5 气化煤制气再燃降低NO,x,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。,23,1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NO,x,排放技术（二）,24,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,25,4.7 先进再燃脱硝（一）,先进再燃(advanced reburning)是一种将,再燃,和,选择性非催化还原,(selective non-catalytic reduction，SNCR)相结合的脱硝技术。,在再燃的基础上将氨、尿素等作为 NO x 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,26,4.7 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 NO x 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 800 1 000 。,脱除效率可以达到 40%80%。,27,4.4 CO,再燃降低,NO,x,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 NO x 的化学反应方程式为:,CO(N H,2,),2,+H,2,O 2N H,3,+CO,2,(1),4N H,3,十 4NO+O,2,4N,2,+6 H,2,O (2),8N H,3,+6NO,2,7N,2,+12 H,2,O (3),在尿素还原 NO x 的同时,也会发生从尿素溶液挥发出来的 NH,3,分子与 O,2,的反应：,4N H,3,+5O,2,4NO+6 H,2,O (4),4N H,3,+3O,2,2N,2,+6 H,2,O (5),4.7 选择性非催化还原(SNCR)技术（三）,28,4.7 先进再燃脱硝（四）,29,再燃与先进再燃示意图,4.8 第二代先进再燃（SGAR）（一）,Second generation advanced reburning,30,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）,31,1.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）,32,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）,33,含钠催化剂 主燃区:H+OH H,2,O,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+NO HCN+O,CH,3,+NO HCN+H,2,O,HCCO+NO HCN+CO,2,含铁催化剂 促使OH、O的减少,也可直接催化NOx为N2,:,3CO+Fe,2,O,3,3CO,2,+2Fe,2Fe+3NO 3/2N,2,+Fe,2,O,3,4.8 第二代先进再燃（SGAR）（五）,34,SNCR 添加剂,添加剂的,种类,：烃类、一氧化碳、碱金属化合物(NaOH,Na,2,CO,3,H COONa,CH 3 COON a 和NaN O,3,等)、酯、醇、苯酚、醚、羧基酸和醛,CO和CH 4 降低了最佳反应温度,拓宽了最佳反应温度窗口,CH 3 OH 和C 2 H 5 OH,略有提高低温区N O 还原率,苯降低了最佳反应温度100 K 150 K.,4.8 第二代先进再燃（SGAR）（六）,35,4.8 第二代先进再燃（SGAR）（七）,SNCR 添加剂的作用,拓宽氨剂还原,NO x,的温度窗口,提高,NO x,还原效率,减少二次污染气体排放,36,4.8 第二代先进再燃（SGAR）（八）,技术发展方向：,深入研究添加剂对再燃、氨剂还原,NO x,的增效机理,依此筛选制备经济高效的添加剂,进一步研究先进再燃中各过程的协同反应条件,37,谢谢！,38,