《制粉系统常见故障及解决措施.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制粉系统常见故障及解决措施.doc（25页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、制粉系统常见故障及解决措施 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 课题背景11.2 火电厂氮氧化物排放控制标准与排放现状22 氮氧化物生成机理和排放控制技术62.1 引言62.2 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素72.3 低NOx燃烧技术102.3.1 低氧燃烧112.3.2 空气分级燃烧112.3.3 烟气再循环123 先进再燃过程中氮氧化物还原机理研究133.1 引言133.2 先进再燃脱硝机理133.2.1 再燃机理133.2.2 SNCR机理164 再燃与SNCR脱硝优化试验研究174.1 引言174.2 试验系统与试验方法184.2.1 试验系统185 全文总结
2、与建议195.1 论文主要结论195.2 未来研究建议19参考文献20摘 要我国煤炭资源相对丰富，能源消费以煤为主。电力生产以火力发电为主，发电用煤占原煤消耗总量的近50%。燃煤锅炉排放的氮氧化物是造成大气环境污染的主要物质之一。十多年来，我国火电氮氧化物排放总量逐年增加，污染日益严重。我国火电厂用煤种类多，劣质煤较多，煤质多变。火电机组容量庞大，锅炉燃烧方式多样，不同时期建设的机组NOx控制标准不同。单一低NOx燃烧技术脱硝效率较低，尚不能满足控制要求，而烟气脱硝技术投资运行成本很高，煤灰对SCR催化剂的影响、以及SCR引起SO3排放增加为采用SCR技术带来难以预料的风险和挑战。目前，我国拥
3、有自主知识产权且成熟的脱硝技术不多，而燃煤电站烟气脱硝迫在眉睫，急需成本低廉高效的脱硝技术。我国已经对各种脱硝技术展开广泛研究，其中再燃与SNCR相结合的先进再燃脱硝技术显示出成本较低、脱硝效率高的优势，可以成为适合我国国情的可选脱硝技术之一。本论文采用理论分析、反应动力学模拟、实验研究等方法对再燃、SNCR和先进再燃脱硝特性进行系统研究。本研究为完善先进再燃脱硝技术提供理论基础，对先进再燃脱硝数值模拟和工程应用具有指导意义。关键词：先进再燃；脱硝；机理；反应动力学模拟；再燃ABSTRACTCoal resource is comparative rich in China, and coal
4、 plays an important role in energy consumption. Electricity generated by coal-fired power plants keeps the dominant in the electricity frame; coal burned by thermal power plants occupies half total amount of raw coal consumption approximately. NOx emission from coal-fired boilers is one of main subs
5、tances polluted atmosphere and environment. In recent 10 years, total amount of NOx emission from coal-fired plant increases year by year, pollution becomes severe gradually. Coal burned by thermal power plant covers many types, quality of which is diversified. The generating unit capacity of coal-f
6、ired plant is huge and types of boilers are various. The regulation of NOx emission control is diverse for different plants built in different epochs. The NOx removal efficiency of a single low NOx techonology is rather low, which can not satisfy the regulation of NOx control for many plants; the in
7、vestment and operating cost of post-combustion NOx control technology is too expensive; effect of ash on the SCR catalyst and additional SO3 emission caused by catalyst bring many unthinkable risk and challenges. Presently, our country has few mature NOx control technologies with self-dominated inte
8、llectual property right, facing the urgent post-combustion NOx control for coal-fired plant. It is required to develop the low cost and high efficiency NOx control technology. All kinds of NOx reduction technologies have been investigated widely in our country. Advanced reburning integrated reburnin
9、g with selective non-catalytic reduction (SNCR) has some advantages of low cost and high efficiency, which may become one of the optional NOx control technologies adapted to the situation of coal-fired plants.Keywords: advanced reburning; NOx reduction; mechanism; chemical kinetics modeling; reburn;
10、 selective non-catalytic reduction1 绪 论1.1 课题背景能源和环境是人类社会生存发展的物质基础，两者的协调发展是实现社会可持续发展的重要保证。目前，我国是世界第二大能源生产国和第二大能源消费国，而人均能源资源占有量远低于世界平均水平，其中煤炭资源仅约为世界人均水平的50%，石油、天然气分别约为10%、5%。我国煤炭资源相对丰富，能源消费以煤为主，煤炭消费占到能源消费总量的68.9%。近年来，我国火电设备容量占发电设备总容量的75%左右，火电占总发电量的82%左右（见表1-1）。2006年全国发电消耗原煤11.4亿吨，占原煤消耗总量的48%，预计2010年发
11、电用煤仍占煤炭一次需求量的50%左右1, 2。表1-1 2000年2006年我国电力装机容量与发电统计表*年度发电装机容量/MW装机容量年增长比例/%火电装机容量/MW火电装机容量比例/%总发电量/108kWh年增长比例/%火电量/108kWh火电比例/%2000319 3216.88237 54074.3913 68510.9811 07980.962001338 4876.00253 01274.7514 8398.4312 04581.172002356 5715.34265 54774.4716 54211.4713 52281.742003391 4089.77289 77174.0
12、319 05215.1815 79082.882004440 70012.59324 90073.7221 87014.8018 07382.642005517 18516.91391 37575.6724 97513.8220 43781.832006622 00020.3484 05077.8228 34413.523 57383.17*数据取自中国电力企业联合会发布的年度全国电力工业统计快报对应我国能源消费以煤为主、发电以火电为主的现状，燃煤造成的污染（硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等）已成为我国环境污染的重点。2005年我国二氧化硫排放量达到2549万吨，居世界第一，而火电行业是二
13、氧化硫排放的主要来源；根据2005年我国汽车和火电行业的增长可推算出氮氧化物排放总量可达到2000万吨左右，电力行业排放量约占一半。近几年，二氧化硫、氮氧化物排放逐年持续增加致使酸雨污染覆盖近30%的国土面积，酸雨频度和污染强度逐年加重。而且，我国城市大气污染日益严重。2005年监测的522个城市中，空气质量达到一级标准的城市22个（占4.2%）、二级标准的城市293个（占56.1%）、三级标准的城市152个（占29.1%）、劣于三级标准的城市55个（占10.6%）。颗粒物是影响空气质量的首要污染物，40.5%的城市颗粒物超过二级标准，超过三级标准的城市占5.5%。二氧化硫年均浓度达到国家二级
14、标准（0.06 mg/m3）的城市占77.4%；超过国家三级标准（0.106 mg/m3）的城市占6.5%。所有统计城市的二氧化氮浓度均达到二级标准（0.08 mg/m3）。氮氧化物是与二氧化硫并列造成大气污染和酸雨的重要污染物。酸雨污染加重和空气中氮氧化物浓度不断升高，与我国迅猛增长的汽车和火电行业密切相关。我国在“十一五”期间，重点全面推进燃煤发电厂脱硫工程，鼓励燃煤发电厂减排氮氧化物。尽管现行火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）对不同时期的火电厂建设项目提出了氮氧化物排放控制要求，氮氧化物排污费为0.63元/千克，但众多现役机组排放浓度超过标准限值，且排污费远远低于污染物
15、控制成本。因此，我国相对廉价的火电为国民经济快速发展提供保障的同时，也为环境带来了严重污染与破坏，使国民经济间接遭受巨大损失。要实现能源利用与环境保护的协调发展，实现社会的可持续发展，发展科学技术是唯一出路。基于我国燃煤发电和煤烟型污染的现状，研究投资运行成本低廉的燃煤污染物控制技术迫在眉睫。1.2 火电厂氮氧化物排放控制标准与排放现状煤燃烧生成的氮氧化物（NOx）主要是指NO、NO2和N2O，其中NO占90%以上。NO排入大气后逐渐与大气中的氧或臭氧结合生成NO2，NO2参与酸雨和光化学烟雾的形成，破坏区域生态环境和危害人体健康。在阳光作用下，部分NO2和氧或臭氧进一步反应生成N2O，同CO
16、2一样引起温室效应，并会破坏高空臭氧层，直接影响全球生态环境。氮氧化物被世界各国确认为大气的主要污染物之一，各国都制定了NOx排放法规。德国在1984年就限定300 MW及以上的燃煤机组NOx排放量不得超过200 mg/Nm3；日本从1987年起实行的排放标准为410 mg/Nm3；前苏联从1993年起执行的排放标准为240 mg/Nm3。很多发达国家尽管近一二十年来能源的消费量不断增加，但由于采取了严格的排放控制标准和治理措施，其NOx排放量保持得相当稳定3。随着科技发展和对环境保护的意识增强，近几年NOx的排放标准在全世界更趋严格。欧盟最新的NOx 排放限度已成为法律条文，其中规定：300
17、MW以上容量的新电厂锅炉必须达到200mg/Nm3 的排放标准（见表1-2）。美国环保署（EPA）在22个州制定了NOx排放量要降低25%的规定，基本要求是2003年22个州的公用事业发电厂在59月的“臭氧季节”必须达到190 mg/Nm3（氧分数6%）的排放标准4。表1-2 欧盟固体燃料NOx排放限度类别机组容量限度(6% O2)/mgm-3现有新电厂20MW650未来新电厂50100 MW100300 MW300 MW400300200现有电厂50500 MW500 MW450350我国1996年颁布的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-96）规定：对1997年1月1日起环境影响报告
18、书中待审查批准的新、扩、改建火电厂，蒸汽量在1000 t/h以上的固态排渣煤粉炉，NOx排放量不得超过650 mg/Nm3。2003年12月23日发布火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003），于2004年1月1日执行，规定不同时段的火电厂NOx最高允许排放浓度按表1-3规定执行。2003年2月28日排污费征收使用管理条例由第369号国务院令发布，自2003年7月1日起实施。二氧化硫排污费标准2003年7月、2004年7月和2005年7月开始分别为0.21元/千克、0.42元/千克和0.63元/千克。氮氧化物排污费自2004年7月1日开始征收，标准为0.63元/千克。我国现行标准不仅
19、与发达国家标准存在较大差距，而且众多现役机组尚不能达标排放。根据文献5报道，我国燃煤电站锅炉的排放范围为6001200 mg/Nm3（固态排渣煤粉炉）、8501 150 mg/Nm3（液态排渣煤粉炉）。对于300 MW四角切圆的燃烧炉，NOx排放量为610830 mg/Nm3；而旋流器墙式布置的锅炉，一般增大25%左右。表1-4、表1-5和表1-6为我国300600 MW机组的NOx排放情况。燃用烟煤的300 MW机组切圆燃烧锅炉采用低NOx措施后，其NOx排放量较少，能在允许标准范围内。但燃用贫煤时NOx排放量普遍超标，燃用烟煤的旋流燃烧器墙式锅炉也往往超标（表1-5）；W火焰锅炉大多超标。
20、孙旭光等6对山东电网内23个火电厂的49台锅炉进行了NOx排放量普查测试（表1-7），其中300 MW及以上容量的机组26台，锅炉形式包含了各种炉型、煤种和燃烧器等，测试锅炉台数占山东电网所有锅炉的42.6%，测试机组容量占电网总容量的53.7%。按煤种分类，NO2平均排放浓度值无烟煤为1650 mg/Nm3，贫煤为1 060 mg/Nm3，烟煤为850 mg/Nm3，褐煤为530 mg/Nm3。其中，300 MW及以上容量的大机组由于普遍采用了分级送风等低NOx燃烧技术，NOx排放浓度相对较小，125 MW容量的常规机组NOx排放浓度较大，所有炉型中，循环流化床锅炉的NOx排放浓度最小。另外
21、，燃煤锅炉NOx排放还受煤质、机组负荷、运行参数的影响。表1-3 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度（单位：mg/Nm3）*时 段第1时段第2时段第3时段实施时间2005年1月1日2005年1月1日2004年1月1日燃煤锅炉Vdaf 20%150燃油锅炉650400200燃汽轮机组燃油150燃气80*本标准分三个时段，对不同时期的火电厂建设项目分别规定了排放控制要求：(1) 1996年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目，执行第1时段排放控制要求。(2) 1997年1月1日起至本标准实施前通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建
22、、改建火电厂建设项目，执行第2时段排放控制要求。(3) 自2004年1月1日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目（含在第2时段中通过环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目，自批准之日起满5年，在本标准实施前尚未开工建设的火电厂建设项目），执行第3时段排放控制要求。2 氮氧化物生成机理和排放控制技术2.1 引言化石燃料燃烧产生的NOx包括燃料型NOx和热力型NOx，前者为燃料中的氮化合物氧化形成，后者为空气中的氮气氧化而成。燃料中含氮量不同以及氮元素在燃料中的赋存形态不同和燃烧方式的不同，两种NOx的比例有很大区别，对于煤燃烧过程，燃料型NOx占主要。煤
23、中氮的含量和氮化合物的存在形式因煤的种类不同相差很大，产地不同的同类型煤含氮量也有很大差异。一般煤中的含氮量一般在0.3%3.5%之间，主要来源于形成煤的植物中的含氮有机物。煤中氮原子均存在于煤的芳香环结构中，其赋存形态未吡啶氮（020%），吡咯氮（50%80%）和季铵氮（013%）。煤中氮的化学结合形式不同，在燃烧时分解特性不同，也就决定了NOx氧化还原反应过程和最终的NOx生成量8。煤燃烧过程包括初期挥发分的热解析出和剩余固体物的燃烧。挥发分主要包括焦油、碳氢化合物气体、CO、CO2、H2、H2O、HCN等。煤中氮在燃烧热解的转化中随挥发分释放主要转化为NH3、HCN和少量的HNCO等气态
24、NOx前驱物、N2、焦油氮和焦炭氮，它们在后续的燃烧中转变为NOx。而燃烧过程中NOx的总排放量和其前驱物NH3、HCN的释放有很大关系。因此，弄清楚燃烧过程中NH3、HCN的形成特点及其生成的影响因素对于开发燃料型NOx控制技术十分重要。根据煤燃烧过程中的氮氧化物生成机理及其影响因素，改变燃烧条件降低燃烧过程中的NOx生成，称之为低NOx燃烧技术；另外，根据NOx的破坏机理将燃烧后的NOx还原成N2，称之为烟气脱硝技术。低NOx燃烧技术包括：低氧燃烧、空气分级、烟气再循环、浓淡偏差燃烧、低NOx燃烧器、燃料分级(再燃) 等，该类技术的改造和运行费用较低，但是降低NOx幅度有限。烟气脱硝技术主
25、要包括：选择催化还原法（SCR）、选择非催化还原法（SNCR）、SNCR/SCR组合技术、活性炭法（AC）、SNOX/DESONOX法等，该类脱硝方法可以取得较高的脱硝效率，但初投资和运行成本很高9。上述脱硝方法很难兼顾脱硝成本和脱硝效率两个方面，而把上述方法复合可以实现高效低廉地控制NOx排放，如低NOx燃烧器与再燃结合、再燃与SNCR结合（先进再燃技术）。目前，常规先进再燃可达到80%以上的脱硝效率，其技术示范应用于美国的105 MW的NYSEG Greenidge电站10，先进再燃脱硝成本约为SCR技术的一半。在先进再燃过程中喷入再燃添加剂、SNCR添加剂进一步提高脱硝效率，甚至通过添加
26、剂的作用可实现固硫、脱硝、脱除重金属等。因此，先进再燃脱硝技术适合我国国情，具有较好的发展前景。本章简要分析燃煤过程中NOx生成机理和影响因素，简述各类低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。重点综述再燃、SNCR、先进再燃脱硝技术发展及其相关联合脱硫脱硝技术。2.2 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素大量研究认为，燃烧过程中生成的NOx有三种类型：热力型、快速型和燃料型。影响燃烧中NOx生成的因素有燃料特性如煤种、含氮量、含氮物质结构、颗粒粒径等；运行条件如燃烧方式、负荷、温度、氧量、反应（停留）时间等。（1）热力型NOx热力型NOx主要源于燃烧过程中温度高于1800 K时氮气被氧化成NO，其反
27、应机理如下：N2+O=NO+N(2-1)N+O2=NO+O(2-2)N+OH=NO+H(2-3)式(2-1)、(2-2) 称为捷里德维奇（Zeldovich）模型，式(2-1)(2-3)称为扩大的捷里德维奇模型。其生成过程是一个不分支连锁反应。氮原子只能从式(2-1)中产生，而不能通过氮分子分解得到。空气中氮分子N=N键能为946 kJg-1mol-1比一般有机化合物中的C-N键能（一般为252630 kJg-1mol-1）大的多，故式(2-1)的反应活化能大，控制着反应速度，是整个连锁反应的关键反应。在富燃料的火焰中，N和OH生成的NO的反应也很重要，即式(2-3)。热力型NOx的反应时间很
28、短暂，通常只需要微秒的十分之一，但是生成量取决于温度水平、停留时间和氧原子浓度。根据文献11，燃烧过程中NO的浓度近似表示为：(2-4)假设在氧气的分解反应平衡状态有1/2O2=O，平衡常数为k0,即O=k0O21/2，则(2-5)式中12，k1为式(2-1) 反应常数；X为X的摩尔浓度，molcm-3；t为时间，s；T为绝对温度，K；R为通用气体常数，Jmol-1K-1 可以看出热力型NOx主要影响因素为温度和氧浓度。当温度小于1 800 K时，NO生成量很少，而当温度高于1 800 K时，温度每增加100 K，反应速率增加67倍。另外，反应对O原子敏感。试验结果表明，化学当量比1.0的时候
29、，热力NOx为0，在化学当量比1.2条件下，热力NOx少于总NOx的15%。在煤粉燃烧过程中，热力型NOx占总NOx排放量的15%25%。在工程实践中，采用烟气再循环、浓淡燃烧、水蒸气喷射以及高温空气燃烧技术都是利用上述机理抑制热力型NOx生成的措施。（2）快速型NOx快速型NOx是碳氢燃料在过量空气系数1)，主燃燃料由途径(a)氧化生成NO，HCN和NHi仅仅是中间产物；当向再燃区喷入再燃燃料时，喷入的再燃燃料产生CHi、CnHm、CO、H2、HCCO等，其中CHi等含碳基团与NO反应形成含有C-N键的结合基团（HCN、CN等），这些结合基团又会进一步形成含氮物质（NH2、NH和N），由于过量空气系数小于l，反应主要通过途径(b)进行，进而含氮物质能够与NO反应形成分子氮，从而实现再燃燃料将NOx还原的目的。在这些反应中，CHi等与NO之间的相互作用是非常重要的。图3-1 NO生成与还原反应的主要途径在富燃料的条件下，HCN的形成与CHi的浓度有很大关系，其主要途径为：CHi+NOHCN+(3-15)反应产生的HCN通过下列反应最终还原成N2：HCN+ONCO+H(3-16)NCO+HNH+CO(3-17)NH+HN+H2(3-18)N+NON2+O(3-19)但是，在贫燃料条件下，CHi会与氧等物质通过如下反应形成CO：CH
