摘要：在社会成长到今天，环保越来越显得重要。削减NOx排放是燃煤电厂尤其位于或靠近年夜都市的一个燃眉之急。对于燃煤机组，约75的NOx是"燃料型NOx"(燃料中氮的氧化)，25的NOx是"温度型NOx"(空气中的氮分化和氧化)。本文简要介绍燃煤电厂下降氮氧化合物的基本方式，以供燃煤电厂脱硫脱氮之借鉴。
关头词：脱氮工艺　浅谈
1　概述
国华北京热电分公司技改工程安装4台410t/h燃煤汽锅、2台200MW双抽汽轮发机电，1999年12月两台机组相继投进发电运行。为知足北京市越来越严酷的环保要求，削减*气中SO2、NOX的排放，哄骗德国政府贷款，伴同ABB汽轮发机电组在＃2机组同步安装一期石灰石／石膏石湿式*气脱硫装配，用以处置＃3、4炉尾部排放*气，工程于2000年10月正式投进运行；哄骗多方融资方式在＃1机组2001年起安装二期石灰石／石膏湿式*气脱硫装配，用以处置＃1、2炉尾部排放*气，工程于2003年10月正式投进运行。今朝各项脱硫指标均已到达或跨越北京市环保指标。
可是随着2008年北京奥运会的日益临近，及北京市政府对方圆50千米发电厂NOX的排放行将实施重罚制度的出台，国华北京热电厂及所属的国华股份有限公司为了股东权益年夜化和国华北京热电厂及其员工的糊口生涯，一期脱氮项目今朝已提到日程上来，计划于2005年＃1炉年夜修时代脱氮工程启动。
1.1　汽锅额定参数
我公司4台汽锅均为哈尔滨汽锅有限责任公司生产。按燃用年夜同煤设计、计较的额定参数以下：
汽锅型号HG-410/9.8-YM15；
额定蒸发410h/t；
额定主汽温度540℃；
额定主蒸汽压力9.8MPa；
汽锅一次风进风热风温度315℃；
汽锅一次风进风凉风温度为情况温度；
汽锅一次风温度160℃；
汽锅二次风温度315℃；
汽锅排*温度为135℃；
由于改烧神华与准格尔混煤，解决汽锅结焦的问题，响应某些参数发生了变化。凭据运行的情况和需要对汽锅的风管进行了改良：一次风管由原Φ530加年夜为Φ630mm，三次风管由Φ219mm加粗为Φ426mm。这样加年夜了一次凉风温度调理的范围，增加了制粉系统遏制时炉膛的进风能力。
1.2　汽锅燃烧系统介绍
各炉配备有两套中心储仓式钢球滚桶磨煤机的制粉系统，两套制粉系总共用一个粉仓。各炉粉仓之间及#1、2炉和#3、4炉之间可经由过程齿索输粉机送粉。磨煤机型号MG350.600-I，出力45t/h左右（运行经验），排粉机为离心式，型号M5-29-11NO20D。汽锅为四角喷燃安插，热风送粉。各角喷口由下向上为下二次风、一层一次风、次下二次风、二层一次风、次上二次风、三层一次风、上二次风、OFA风、三次风。各一次风火嘴有周界风。三次风管接有三次热风，在排粉机遏制后开启。四角二次风年夜挡板投进自动，用于控制一次风压。一次风箱AB侧各有一温度测点，其温度控制划分由各侧一次风冷、热挡板协调完成。两侧一次热风由热风环行风道各侧引出，两侧一次凉风划分由两送风机出口引出。
2　燃煤电厂下降氮氧化合物有两种基本方式
(1)燃烧调整，经由过程改造低氮燃烧器，辅以较好的还原性气氛，下降氮氧化合物的发生。
(2)二次调整，经由过程在汽锅尾部*道加设脱氮装配，下降氮氧化合物的发生。
(3)燃料在炉膛内燃烧发生氮氧化物，主要以一氧化氮形式存在，少少部门（5％）生成二氧化氮。燃料燃烧后的*气自*筒排放后与空气中的氧反应生成二氧化氮，二氧化氮与空气中的水蒸气反应生成侵蚀性硝酸，即酸雨。
影响一氧化氮生成的主要身分是燃料中氮含、炉膛温度、炉膛氧。
3　燃烧调整脱氮方式及运用
燃料与氧气充实夹杂燃烧，下降炉膛出口过空气系数。采用燃料分层燃烧、二次风辅助燃烧的常规燃烧方式可以到达此项要求，这也是低氮燃烧器所必需具有的条件。过空气系数的下降，遭到燃用神华煤高挥发分易点燃易结焦的负面影响，这类负面影响强烈要求炉膛必需连结一定的过空气系数，即较好的氧化气氛，下降年夜焦块的发生。脱硫与脱氮在炉膛内都到达尺度要求是一对尚不能无缺和谐的矛盾。
采用*气轮回，及下降一次、二次风压，即所谓的低氧燃烧，目的是尽使燃料中的氮连结游离状态，或生成氮气，而不生成一氧化氮或二氧化氮。这显然与燃用神华煤下降炉膛结焦的措施相左。
一种有用的"燃料型NOx"减排机制是要在燃烧区域削减氧的补给。NOx减排的另外一个同等有用的技术是，经由过程偏置炉膛中的空气和燃料，使炉膛中的燃烧空气和燃料垂直分级。
汽锅中CO水平暗示燃料是若何有用地燃烧。CO凡是是在富燃料区中发生。是以，经由过程下降供氧削减NOx和提高效率的起劲可能致使比力高的CO。一个好的折衷方案是维持CO和NOx的合理水平。固然改造汽锅燃烧系统决不是垂手可得的工作，要充实斟酌CO和NOx的合理水平、煤风配比、蒸汽温度调整、燃烧器分层安插合理的倾角和摆角等诸多身分。
结论：就今朝来说，汽锅采用神华煤燃烧，避免炉膛结焦与低氮燃烧是一对矛盾。可是抛开燃用神华煤的电厂，对其他燃用低挥发分煤种不容易结焦的其他电厂而言，采用低氮燃烧仍是有较高的借鉴意义。
以美国Labadie发电厂为例简要介绍脱氮工程
美国Labadie发电厂的1＃到4＃机组，接连四年处于美国环保署的低NOx排放目录上的前四名。每台机组仅排放0.11lb/mmBtu的污染物。事实上，目录上前19名煤粉燃烧汽锅全数燃烧PRB煤而且使用Alstom低NOx燃烧器，并有选择性催化脱除装配。Labadie电厂极小的Nox排放数字不是一夜实现的；他们花费了几年辛劳的工作，由磨煤机起头、到低NOx燃烧器几近所有装备的升级。终的方案是增加了Pegasus神经网络燃烧控制系统。Pegasus技术有限公司是KFx家族的一员，公司致力于制定年夜能输出，下降运行成本而且削减情况污染的软件解决方案。Pegasus是基于神经网络的、削减NOX排放同时提高热效率的闭环经管系统中的者。公司自从1986年以来一直从事服务于电力工。
Pegasus在为改良燃煤汽锅削减NOX排放和提高热效率，知足电站运行要求，提出以神经网络燃烧化系统的燃烧解决方式，NeuSIGHT系统是集成了人工智能、传感器和控制技术于一体的进步前辈功效。使电站能够自动地、接连地协调他们燃烧进程。NeuSIGHT于1995年8月次成为基于神经网络的、和闭环经管控制系统。为了表彰取得的成就，Pegasus因其在研发和商化燃烧控制技术的地位，于1996年获得了DOE(能源部)的工技术商化成就奖。
PowerPerfecterTM是一个基于多变展望控制器模子，它是一个可用于工场生产的基因技术。这个的基于模子控制器是一个输进/输出变的静态和动态模子（线性和非线性）的组合：化操作点、化控制尽快的到达化点并连结在这个点上。
输进变包括那些由控制员更改的复合和干扰变（即：那些影响汽锅但不能被更改的输进，例如周围的年夜气情况）。Pegasus软件对输进/输出的数目没有限制，可以实现跨越250个输进和50个输出的年夜运用。用户可以经由过程化控制器改变对动态和静态对象功能有影响的因数来改变控制器的性能。
静态化功能被嵌进到PowerPerfecterTM产物中。PowerPerfecterTM哄骗神经网络模子建立化操作条件。在运行模式中，控制器会凭据设定的频率或控制器的一个参数被更新时，（即调整系数）执行稳态化器。凭据控制器执行，调整设定频率，每1000个控制器执行一次――这是客户设定的，默许值为每120个控制器执行。在高度非线性系统中，推荐每控制器执行周期运行稳态化器来获得控制性能。这是由于非线性进程意味着控制变将对被控制变有分歧的影响，被控制变决议进程在那一个控制器中执行。
静态化会为汽锅影响找到好点，同时使汽锅连结在特殊限制之内（例如过剩O2的低限度，年夜不透明度极限，小/年夜过热和再热温度极限、或/和误差。
凭据指定的方针函数肯定运行汽锅的化点。例如，若是设定的NOX化率比汽锅效率的化率高，控制器将牺牲汽锅效率而化NOX。
调整PowerPerfecter?，使其放置MV的运动来削减NOx而且取得年夜效率值，同时力图连结CO在100ppm的年夜极限之下。为了将NOx减到少，控制器设计为接近这个界限而被不跨越它。经由过程设定CO排放的年夜模糊界限，这个方针可以在PowerPerfecter?中实现。
应当指出，由于CO响应性是指数控制的，旌旗灯号首先被转换为对数标度，然后再送至PowerPerfecter?(这也有助于线性化CO的关系)。PowerPerfecter?中包括辅助空气节气门需要，以协助肯定并维持经由过程风箱辅助空气节气门的好空气流。使用一个小的年夜约14-15％的模糊限制调整PowerPerfecter?。当辅助空气节气门需要起头走向低于这个界限，PowerPerfecter?将试图使其增加。经由过程维持辅助空气需要，控制器确保风箱到炉膛差压的控制器不会饱和，及将燃烧不足的其他指示参数减到小，而不影响CO排放。
4　二次调整脱氮方式
4.1　SNCR（可选择性非催化还原）
排放*气中加进液氨或25％氨溶液。
化学反应方程式：4NO 4NH3 O2＝4N2 6H2O
主反应进程中，氮氧化合物转化生成氮气和水蒸汽。可是这类脱氮方式温度范围很是窄，好温度是950℃。温度下降时，反应速度会迅速下降，脱氮能力会下降；温度升高时，一氧化氮形成的同时，氨气氧化加速生成氮氧化物，脱氮能力也会迅速下降。液氨气化后，与稀释空气或蒸汽夹杂（夹杂后的氨气比例小于5％），吹进汽锅尾部*道*气。很显然，采用这类方式脱氮遭到两个重要身分的影响：很是窄的反应温度、*气流夹杂介有用平均的散布。
就其自己来说，这类工艺相当简单，复杂在温度点选择遭到汽锅负荷的影响，其有用脱氮温度点随着汽锅调峰的周期而变化，还有脱氮好温度与氮氧化物的含不合错误称。是以不能不在相当年夜的区域及分歧的尾部*道高度加装氨气喷气口。有可能必需在每一个高度在分成几个段，每一个段响应配备需要的可变氨气丈仪，这无疑增加了丈和控制技术的复杂性。
SNCR工艺的一个突出问题是逸氨。主要发生在以下几种情况：
氨吹进较多，而温度降至好值以下
吹氨进程中不能使介有用平均散布
氨吹进较少，温度和氮氧化物含不合错误称
当泛起氨气逸出时，粘性沉积物极易造成尾部*道尤其空气预热器的梗塞和侵蚀。同时氨气逸出，限制了飞灰的可开发哄骗，并致使脱硫装配废水处置中排污水氨含升高。采用这类工艺，投资成本低，可是氨耗高，同时受炉膛温度及观测口的约束。另外可以斟酌用尿素替换氨液。
4.2　SCR（选择性催化还原）工艺：
加氨同时加进催化剂可有用下降氮氧化物的含。
化学反应方程式：4NO 4NH3 O2＝4N2 6H2O
6NO2 8NH3＝7N2 12H2O
催化反应进程中，氮氧化合物转化生成氮气和水蒸汽。可是这类脱氮方式温度范围较低而且相对宽泛，理想温度控制在280-400℃。催化材料凡是是由二氧化钛组成，V2O5作为活性成份，催化剂的活性随着运行时间而下降。零丁的催化元件组合形成模块，将模块分层安装在SCR反应器内。
SCR反应器可设置在汽锅和*道的分歧位置处。燃煤汽锅SCR反应器有两种安插方式：空气预热器前、脱硫装配以后。
(1)安装在省煤器以后、空气预热器之前的SCR反应器，这个区域的*气温度凡是在300-400℃之间。氨气经气化处置，与空气夹杂经喷嘴网吹进*气中。氨气在氨气-空气夹杂气体中的所占的比例低于5。由于吹气时有相当高的冲力，空气夹杂气体是氨气在*气中散布加倍平均。哄骗省煤器出口、空气预热器进口的吹灰器断根SCR反应器催化剂中的积灰。经验讲明，SCR反应器后氨逸出必需小于5vpm（3.8mg/m3），以限制硫酸氢氨的生成。硫酸氢氨的生成会引发综合问题：可以在空气预热器底温端金属部件中成为粘性物资，与飞灰形成进一步的污染、侵蚀和沉积。
化学反应方程式：NH3 SO3 H2O=NH4HSO4
是以必需定期清洗空气预热器。为了减轻此类问题的发生，凡是斟酌改用更适合脱氮工艺的空气预热器（冷段采用少升沉的搪瓷板）。可以斟酌加装省煤器*气旁路，以缩短加热反应器至运行温度所需的时间，而且在带负荷的情况下连结温度。也能够安装反应器旁路系统，其点在于冷态启动时可以首先加热高温段，削减催化剂低于水和酸露点的时间；停炉时，离隔反应器连结温度，以缩短汽锅启动和氨丈启动之间的时间。
(2)安装在脱硫装配以后的SCR反应器，之前必需安装换热器。脱硫装配以后的*气温度一般在50-80℃之间，而催化时要求*气温度280-400℃。单纯依赖气起加热装配（GGH）已不能知足此项温度要求，必需另想法子，可以斟酌蒸汽换热器等。当*气加热至催化运行要求的温度后，还原平均地散布在*气中。SCR反应器中的氮氧化物还原后，*气流经再生式加热器，热传递给进进脱氮装配的*气，净*气随后冷却至80-100℃进进*筒。
与安装在空气预热器之前的SCR反应器相比，脱硫装配后SCR反应器错误谬误是再生式加热器能耗高且有较年夜的压力损失。点是可以自力于汽锅安装，没必要改造汽锅空气预热器、风道、汽锅结构，可不影响汽锅的运行及出力；经过脱硫后的*气已往除年夜部门损坏催化剂的物资（飞灰、二氧化硫、卤代有机化合物、重金属），催化剂的使用时间相对较长，清算催化剂和空气预热器的费用较低，氨逸出也不会影响飞灰和脱硫产物的。
采用SCR工艺，早期投资高，可是氨耗少。
[参考文献]
[1]《脱硫技术协作网年会资料汇编》　　2003.11
[2]《汽锅检修工艺规程》　　国华北京热电分公司
[3]《燃煤电站汽锅下降NOx和改善热功率的人工智能检查与控制》　美国Pegasus技术有限公司