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1、北京三阁益电机工程咨询有限公司 中国火电厂烟气脱硝技术战略研究SGY-BG-2003-001第1章 概述燃烧矿物燃料是人类利用能源的主要途径。在燃料燃烧产生能量给人类社会进步提供巨大推动力的同时，又伴随着大量污染物的排放，向大气排放的氮氧化物(NOx)就是其中之一。1.1. 我国的能源状况和大气污染的特点在我国的能能源结构构中，煤炭占占主要地地位，我国的的煤炭蕴蕴藏量大大，产量高高储量量居世界界第三位位，产量居居世界第第一位。在煤炭炭、石油、水力、核能、风能等等能源品品种中，煤炭是是我国国国民经济济和人民民生活最最主要的的能量来来源。在今后后相当长长的时期期内，中国能能源不会会改变以以煤炭发发
2、电为主主的发展展特点。“以电力力为中心心，以煤炭炭为基础础”的能源源政策是是中国能能源发展展的必然然选择。这种能能源状况况决定了了我国的的大气污污染属于于煤烟型型污染。在煤炭燃烧烧向大气气排放的的多种污污染物中中，酸性气气体的排排放是现现阶段防防治的重重点。有关资资料显示示，由于大大气中的的酸性气气体超标标(主要是是SOx 和NOx)，我国降降水pHH值小于于5.66的区域域已占国国土面积积的400%，而且都都在我国国经济发发达地区区。此外燃燃煤还向向大气排排放温室室气体和和破坏臭臭氧层的的气体，研究表表明大气气污染对对经济造造成的损损失是十十分巨大大的。由于大大气污染染问题而而造成的的对水陆
3、陆生态环环境的破破坏，对工业业及民用用设施的的破坏，以及对对人体健健康的危危害，其严重重后果更更是难以以估计的的。总之，大气污污染已对对我国经经济建设设和社会会发展构构成了严严重的威威胁。1.2. 我国电力工工业发展展及所面面临的环环境问题题的挑战战电力工业是是国民经经济的基基础产业业，对国民民经济的的可持续续发展起起着重要要的支撑撑作用。我国改改革开放放以来，火电厂厂发电装装机容量量和发电电量分别别从19949年年的1668.55万kW和43亿kWhh，达到20000年年初的装装机容量量2.3368亿亿kW，发电量量达到1110779亿kWhh，分别增增加1661.55倍和2886.88倍，
4、目前中中国发电电装机容容量和发发电量均均居世界界第二位位。未来五五年电力力工业预预计保持持5%左右右的增长长，到“十五”末期，全国发发电装机机容量将将达到33.9亿亿千瓦，其中水水电95500万万kW占24.36%，火电2886000万kW占73.33%，电力工工业是燃燃煤大户户，我国目目前电力力生产耗耗煤量约约站全国国耗煤总总量的330%，预计20003年年电煤总总耗约为为6亿吨。就氮氧氧化物的的排放而而言，人类活活动产生生的NOx80%以上来来自燃烧烧源排放放，一吨煤煤燃烧大大约产生生899公斤氮氮氧化物物。而燃烧烧产生的的NOx又有500%来自自固定燃燃烧源(主要是是电站锅锅炉和工工业锅
5、炉炉)。这种状状况增加加了电力力发展对对环境产产生的巨巨大压力力。表1是我国国火电机机组(八五)期间氮氮氧化物物排放调调查结果果。Tab 1 我国国火电机机组(八五)期间氮氮氧化物物的排放放调查结结果年度发电量/亿亿kWh发电标准煤煤耗/ggkWh-1亿千瓦时NNOx排放量量/tNOx总排放量量/万t1991年年5526.49390350193.4421992年年6247.23387345215.5531993年年6856.86384340233.1131994年年7470.49381335250.2261995年年8051.20378330265.005表2是对我我国火电电机组221世纪纪初
6、氮氧氧化物的的排放预预测结果果(西安热热工所做做)。Tab 2 221世纪纪初的电电站锅炉炉NOx排放量量预测年度火力发电量量/亿kWh发电标准煤煤耗/gg(kkWhh)-11亿千瓦时的的NOx排放量量/tNOx总排放量量/万t2000117000328306358.0022005172000314284488.4482010227000300262594.774根据国家有有关部门门的预计计，今后我我国GDDP年均均增长77%左右右，随着我我国经济济继续保保持持续续稳定增增长，国民经经济和社社会发展展对电力力的需求求也将相相应增长长。而我国国以燃煤煤为主的的电力生生产所造造成的环环境污染染又是
7、电电力工业业发展的的一个制制约因素素。电力工业必必须解决决和环境境的协调调发展问问题，才能真真正促进进经济的的繁荣，造福于于人类。在火电机组组排放的的多种大大气污染染物中，氮氧化化物是最最近三十十多年中中受到世世界极大大关注的的一种污污染物。氮氧化化物的排排放在酸酸雨的形形成和对对臭氧层层的破坏坏中所起起的作用用已经得得到了科科学的证证明。世界上上一些工工业发达达国家对对NOx的排放放制定了了越来越越严格的的限制。随着今今后电力力工业的的发展，NOx排放量量将越来来越大。如果不不加强控控制，NOx对我国国大气环环境污染染所造成成的严重重后果将将不堪设设想。电力行行业加强强对其控控制的研研究已迫
8、迫在眉睫睫。第2章 脱硝技术的的发展历历史、现状和和趋势一般意义上上的NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，但对大大气造成成污染的的主要是是NO、NO2和N2O。燃烧过过程中产产生的NNOx主要是是NO和NO2。在绝大大多数燃燃烧方式式中，产生的的NO占90%以上，其余为为NO2。这两种种NOx由于其其危害之之严重和和治理难难度之大大而长期期受到特特别关注注。所以在在大气污污染治理理领域里里，NOx主要指指的是NNO和NO2，而烟气气脱硝(Fluue ggas deNNOx)也就是是从烟气气中祛除除NO和NO2。上个世纪440年代代在英国国、50年代代在美国国以及66
9、0年代代在德国国都有关关于NOx的危害害性的报报导，60年代代 NOx被国际际社会确确认为大大气的主主要污染染物之一一。随后在在对NOx的形成成与危害害机理进进行深入入研究的的基础上上，开发了了多种脱脱硝的实实用技术术，从70年代代后期烟烟气脱硝硝技术就就在一些些工业发发达国家家付诸工工业应用用。2.1. NOx的形成与与危害2.1.1. NOx的形成在化石燃料料的燃烧烧过程中中，NOx的生成成通过三三种机理理：(1)燃料料含氮有有机物诸诸如喹啉啉(C5H5N)、吡啶(C9H7N)等，在高温温下释放放出氮原原子与和氧化化合生成成的NOx，称作燃燃料型NNOx(Fueel NNOx)；(2)燃烧
10、烧时空气气中的N2在在高温下下氧化生生成的NNOx，称作温温度型或或热力型型NOx(Theermaal NNOx)；(3)碳氢氢燃料在在燃料过过多时燃燃烧产生生NOx，称作快快速型(或速度度型)NNOx(Prromppt NNOx)对于大大多数的的矿物燃燃料，这类NOx含量较较小。燃烧过程中中影响NNOx生成量量的因素素主要有有：温度氧浓度燃料含氮量量反应时间在以上四个个因素中中，温度影影响是所所有因素素中最强强的。根据Zeelkoowskki(119866)的研研究结果果，在煤粉粉燃烧装装置常规规氧量运运行条件件下，NOx生成量量与温度度之间的的关系存存在一个个“边界温温度”，高于该该“边界
11、温温度”时，NOx生成量量将随温温度的升升高以指指数规律律增加，这个“边界温温度”大约为为13000。下图就就是Zeelkoowskki给出出的NOx的生成成量与温温度的关关系曲线线。Pic 1 NNOx生成量量随着燃燃烧温度度的变化化2.1.2. NOx的危害NOx是几种量量大面广广的大气气污染物物之一，NOx的排放放给自然然环境和和人类生生产生活活带来的的危害主主要包括括：(1)NOx对对人体的的致毒作作用；(2)NOx对对植物的的损害作作用；(3)NOx在在大气中中的积累累，造成环环境酸化化，是形成成酸雨、酸雾的的主要原原因之一一；(4)NOx与与碳氢化化合物形形成光化化学烟雾雾，造成二
12、二次污染染；(5)N2O主主要是造造成高层层大气的的污染，参与臭臭氧层的的破坏。因此，世界界各国都都相继制制定了含含NOx废气排排放指标标，对NOx的排放放量进行行限制，同时投投入资金金和人力力开发高高效率、低成本本的控制制NOx的技术术工艺，并取得得了一定定的成果果。2.2. NOx的控制方方法2.2.1. NOx的控制方方法分类类见诸于文献献资料上上有关NNOx的治理理方法有有几十种种之多，归纳起起来，这些方方法不外外乎从燃燃料的生生命周期期的三个个阶段入入手，即燃烧烧前、燃烧中中和燃烧烧后。当前有有关燃烧烧前脱硝硝的研究究很少，几乎所所有的研研究都集集中在燃燃烧中脱脱硝和燃燃烧后的的烟气
13、脱脱硝。所以在在国际上上把燃烧烧中脱硝硝或把NNOx的生成成前的所所有措施施统称为为一级污污染预防防(priimarry ppolllutiion preevenntioon )，把燃烧烧后的处处理称为为二级污污染预防防(seeconndarry ppolllutiion preevenntioon)。(1)燃烧烧前脱硝硝：燃烧前前脱硝是是指从燃燃料中将将氮脱除除，从而达达到减少少NOx生成量量的目的的。(2)燃烧烧中脱硝硝控制：燃烧中中控制是是通过改改进燃烧烧方式减减少NOx的生成成量，基于NOx的形成成受温度度的影响响极大这这一规律律，可以通通过改进进燃烧方方式避开开使NOx大量生生成的温
14、温度区间间，从而实实现NOx的减排排。主要有有以下几几种途径径：低氧燃烧烧或低过过量空气气系数(LEAA)；烟气再循循环(FFGR)；降低空气气预热器器温度(RAPP)；分段燃烧烧，两段燃燃烧式、三段燃燃烧式。三段燃燃烧是在在两段燃燃烧的基基础上增增加再燃燃烧“reeburrninng”，也称为为补燃；上部燃尽尽风(OOFA)；燃料分级级等。燃烧方式的的改进通通常是一一种相对对简便易易行的减减少NOx排放的的措施，但这种种措施会会带来燃燃烧效率率的降低低，不完全全燃烧损损失增加加，而且NOx的脱除率率也不够够高，因此随随着环保保要求的的不断提提高，燃烧的的后处理理越来越越成为必必然。(3)燃烧
15、烧的后处处理：燃烧的的后处理理就是对对燃烧后后产生的的含NOx的烟气气(尾气)进行处处理，即烟气气脱硝(Fluue ggas deNNOx)或废气气脱硝(Wasste gass deeNOx)。2.2.2. 烟气脱硝工工艺分类类烟气脱硝工工艺可以以分为两两大类湿法法和干法法(1)湿法法(Weet proocesss) 是指反反应剂为为液态的的工艺方方法；(2)干法法(Drry pproccesss) 是是指反应应剂为气气态的工工艺方法法。无论是干法法还是湿湿法，依据脱脱硝反应应的化学学机理，又可以以分为还还原(RReduuctiion)法、分解(DDecoompoosittionn)法、吸附(
16、Abssorpptioon) 法、等离子子体活化化(Pllasmma aactiivattionn)法和和生化(Bioocheemiccal)法等。目前世界上上较多使使用的湿湿法有气气相氧化化液相吸吸收法和和液相氧氧化吸收收法，较多使使用的干干法有选选择性催催化还原原法(SSCR)、选择性性非催化化还原法法等(SSNCRR)。2.2.3. NOx的综合治治理方法法本着既要保保护环境境又要降降低治污污费用的的原则，对氮氧氧化物的的治理越越来越倾倾向于采采取综合合措施。比如，对于一一个火力力发电厂厂而言，NOx的排放放量和锅锅炉设计计、运行状状况、燃料的的品质、燃烧器器的配置置、以及热热力系统统设
17、计都都有关系系，因此，为了通通过经济济有效的的途径减减少NOx的排放放，综合考考虑各种种相关因因素采取取措施是是当今国国际上的的共识。这些相相关措施施包括：(1)炉型型和设计计参数的的选择：低NOx炉型有有循环流流化床锅锅炉(CCFBCC)和增增压循环环流化床床锅炉(PFBBC)；锅炉设设计因素素包括锅锅炉容量量或最大大连续蒸蒸发量、炉膛断断面热负负荷、容积热热负荷等等因素。进入90年年代以后后，世界上上主要的的锅炉制制造商其其锅炉设设计都是是不仅要要提高锅锅炉效率率，减少未未燃烬碳损失失，同时要要考虑在在锅炉的的燃烧系系统和炉炉膛设计计中尽量量降低NNOx的生成成量。(2)运行行状况：运行状
18、状况包括括锅炉负负荷、过剩空空气量或或氧量、直流燃燃烧器摆摆角及旋旋流燃烧烧器旋流流叶片角角度设置置等因素素；比如采采用低过过量空气气系数是是公认的的减少NNOx生成的的运行方方式。(3)煤质质特性：包括煤煤中挥发发分含量量、氮含量量、燃料比比(固定碳碳/挥发分分)及碳/氢比等。(4)燃烧烧器的配配置与燃燃烧方式式：燃烧器器的配置置包括燃燃烧器结结构与型型式的选选择、安装布布置以及及与煤种种的协调调等；燃烧方方式有前前墙、对冲、切向燃燃烧等。比如，德国国巴布科科克公司司已经断断言，DS燃烧烧器将被被用来替替代W火焰燃燃烧而成成为无烟烟煤燃烧烧技术的的发展方方向，在设计计更为理理想的炉炉膛尺寸寸
19、、制粉系系统和更更合适的的单台燃燃烧器热热功率条条件下，以DS燃烧烧器来实实现低挥挥发分煤煤的低NNOx燃烧，其前景景将是十十分乐观观的。(5)热力力系统设设计：热力系系统设计计包括建建立更加加高效的的能量利利用系统统，比如蒸蒸汽燃气气联合循循环系统统等，通过减减少燃料料的消耗耗，从总体体上减少少NOx的排放放量。下面的框图图综括了了当前世世界上为为控制NNOx排放所所涉及的的各方面面技术措措施。Pic 2 控制制NOx的技术术措施2.3. 国外NOx的控控制2.3.1. 工业发达国国家NOx控制法法规标准准的发展展历史与与现状控制NOx的排排放是大大气污染染防治的的一项主主要内容容。绝大多多
20、数工业业发达国国家和地地区都制制定了较较严格的的限制NNOx排放的的法规和和标准。但最初初大都把把注意力力较多地地集中在在减少汽汽车尾气气中的NNOx，最近十十几年情情况已经经有所变变化， 注意加加强了对对电厂排排放NOx的控制制，尤其是作作为排放放大户的的大型火火力发电电厂。现在，世界发发达国家家都把电电站锅炉炉产生的的有害排排放物作作为一个个重要控控制指标标，并均已已制定了了针对电电站锅炉炉的NOx排放标标准。在NOx的控制制方面，德国和和日本是是世界上上起步最最早、动作最最快的两两个国家家，美国作作为世界界头号经经济大国国，近年来来也有很很多大的的动作，因此国国际方面面关于NNOx的控制
21、制情况就就以德国国、日本和和美国的的资料为为主。2.3.1.1. 德国在德国，随随着工业业的发展展与居民民生活水水平的提提高，NOx的排放放量迅速速上升，19448年19550年间间原西德德的NOx排放量量为0.500.8MMt/aa，到19886年NOx的排放放量达到到最高值值3.19MMt/aa，其中233%来自自发电厂厂及供热热厂。对于NOx的排排放控制制，德国的的有关法法规标准准在19984年年前后变变化很大大：德国首次以以法规形形式提到到NOx的控制制问题是是在19974年年的TAA空气法法中，该法提提到了NNOx的危害害性，并要求求通过烟烟气回流流降低燃燃烧区的的局部温温度以及及采
22、用分分层供风风两段燃燃烧等措措施以降降低NOx排放量量。德国第一次次提出NNOx的排放放标准是是在19983年年7月，当时规规定老设设备干式式排渣且且容量大大于3000MWW的石煤煤锅炉(德国把把除褐煤煤外的其其它煤种种均称为为石煤)NOx排放放浓度限限值应为为13000mgg/Nmm，随后又又有专家家建议113000mg/Nm的限值值太高，应限制制在6000mgg/Nmm。于是在在第二年年土地委委员会提提出4000mgg/Nmm的限值值，同年的的环保会会议上提提出的限限值更低低至2000mgg/Nmm，后者虽虽无法律律效力，但它指指出了新新建电厂厂的争取取目标。原联邦邦德国在在当年出出台的大
23、大型燃烧烧设备规规定中中就制定定出了严严格的气气体污染染物排放放限值，其中3000MWW以上燃燃煤燃烧烧设备的的烟气中中NOx浓度控控制在2200 mg/Nm以下。因此大大型机组组必须安安装脱硝硝装置(二次脱脱硝)，单纯依靠靠低NOx燃烧已已经无法法满足要要求了。德国严格的的NOx控制对对欧洲其其他国家家是一个个促进，欧共体体随后制制定了统统一的排排放限值值，见表3。Tab 3 欧共体体关于某某些燃烧烧器氮氧氧化物排排放的最最新标准准(详见附附录1)燃料种类排放限量(mg/NNm)固体燃料：50至5000MWWth：500MMWthh：自20166年1月1日起50至5000MWWth：500M
24、MWthh：600500600200液体燃料：50至5000MWWth：500MMWthh：450400气体燃料：50至5000MWWth：500MMWthh：3002002.3.1.2. 日本日本的氮氧氧化物(NOx)的允许许排放量量标准是是世界上上最严格格的国家家之一。1973年年以前，日本只只有限制制锅炉中中NOx浓度的的建议，燃油锅锅炉在O2=4%时NOx排放浓浓度为3300pppm，燃气锅锅炉在O2=5%时为2000pppm。1973年年日本通通过了关关于NOx的允许许排放量量的第一一部法律律，对燃油油和燃气气锅炉分分别规定定最高值值为3000 ppmm和1800ppmm。1974年
25、年补充规规定了燃燃煤锅炉炉的NOx最高排排放浓度度，在O2=6%即=11.4时时为4880pppm。1975年年通过了了燃油和和燃气锅锅炉NOx排放浓浓度的新新标准，分别为为1500 ppmm 和1000 ppmm，1977年年对燃用用各种燃燃料的大大型锅炉炉重新确确定了NNOx最高排排放浓度度；煤粉锅锅炉为4400pppm，燃油锅锅炉为1130pppm，燃气锅锅炉为660pppm。1983年年和19987年年，经过两两次修订订后，煤粉锅锅炉的最最高排放放标准见见表4。Tab 4 日本煤煤粉锅炉炉的最高高排放标标准燃料种类和和过剩空空气系数数锅炉蒸发量量(t/h)NOx的最高允允许排放放量/p
26、pmm煤 O2=66%570570513410油 O2=44%540540308267气 O2=55%506506205123注：NOx换算算为二氧氧化氮NNO2时，1000pppm=2205mmg/mm)2.3.1.3. 美国1990年年美国国清洁空空气法修修正案(CAAA)提出将NOx排放量从1980年水平减少200万t的目标，为保证该目标的实施，有关部门把占NOx年排放总量1/3的电厂列为防范的重点。对已建电站站锅炉NNOx排放规规定： 气气体燃料料： 866g/GGJ 油油： 1129gg/GJJ 煤煤：切圆燃燃烧 1193gg/GJJ 墙式式燃烧 2155g/GGJ (1000mg/
27、Nm=355g/GGJ)对在某些地地区的新新建电站站锅炉特特别建立立了NOx排放必必须达到到 550g/GJ的的标准。对达不不到的要要受到严严厉的处处罚，直至关关闭。1998年年10月，美国环环保署(EPAA)颁布布了一项项规定，限制222个东北北部各州州和哥伦伦比亚特特区在夏夏季氮氧氧化物的的排放量量，要求这这些州根根据清清洁空气气法修正正案(CAAAA)第第1100部分的的规定来来修正他他们的州州执行计计划(SIPP)。因为他他们认定定，处于上上风区的的一些州州由于氮氮氧化物物的排放放量大而而造成下下风区臭臭氧的减减少，环保署署以人口口分布为为基础做做了夏季季各州氮氮氧化物物预算草草案，对
28、于大大型发电电机组(EGUUs)规规定了00.155 lbb/MBBtu的的排放率率，对于大大型非发发电机组组的锅炉炉和透平平机械的的排放量量要求减减少600%，对于大大型水泥泥窑炉要要减少330%，大型内内燃机要要减少990%。EPAA还形成成了一个个关于多多种污染染物预算算交易程程序的框框架，各州可可以依此此来控制制大型发发电机组组和大型型非发电电机组的的锅炉和和透平机机械。据报道，美美国目前前正在酝酝酿制定定新一代代控制空空气洁净净方面的的方案。新方案案的要求求是扩大大限制排排放的污污染物的的范围，将要包包括的排排放物有有：二氧化化硫、氮氧化化物、汞、二氧化化碳。布什总总统的清清洁天空空
29、计划建建立起针针对二氧氧化硫、氮氧化化物和汞汞的全国国性防御御体系。这个议议案将在在全国范范围内实实施，运用市市场调节节和行政政调节相相结合的的办法。美国政政府认为为，跟现有有的调节节方法相相比，一种设设计更为为合理的的多种排排放物控控制方案案具有很很多的优优势。纵观工业发发达国家家NOx控制法法规标准准的发展展历史，可以看看出以下下特点：由最初较多多关注减减少汽车车尾气中中的NOx到后来来注意加加强了对对电厂排排放NOx的控制制。20世纪880年代代中期以以后有关关排放标标准大幅幅度地变变得严格格。对NOx排放量量的控制制除利用用法律手手段以外外，还要利利用市场场机制。2.3.2. 2.3.
30、22 国际际NOx控制技技术的发发展趋势势如前所述，NOx控制技技术主要要分为两两大类，一类是是改进燃燃烧技术术，另一类类是烟气气脱氮。发达国国家的经经验表明明，低NOx燃烧技技术不仅仅过去、现在还还是将来来，都曾经经起着并并将仍然然起着举举足轻重重的作用用。为此，这里先先对低NNOx燃烧技技术的发发展概况况做一简简单叙述述。2.3.2.1. 2.3.22.1 低NOx燃烧技技术近二、三十十年来，欧美日日等发达达国家一一直在致致力于研研究降低低NOx的燃煤煤技术，到目前前为止，低NOx燃烧技技术已经经发展了了三代。发展过过程如下下：第一代：-低低过剩空空气系数数(LEEA)-降降低空气气预热温
31、温度(RRAP)-燃燃烧器退退出运行行(BOOOS)和浓淡淡燃烧器器燃烧(BBFF)-炉炉膛内烟烟气再循循环(FFGR)第二代：-低低NOx燃烧器器(LNNB) 其其功能是是将空气气分级-燃燃烧器处处烟气再再循环(FGRR)-上部部燃尽风风(OFFA)第三代：-低NOx燃烧器器(LNNB) 其其功能是是同时兼兼顾空气气分级和和燃料分分级-炉膛膛内再燃燃烧/炉膛内内还原NNOx(IFNNR)第第一代措措施不要要求燃烧烧系统做做大的改改动。其方法法简单，是适用用于老厂厂改造的的经济措措施。第二代措施施的特点点在于降降低燃烧烧器一次次风区域域内的氧氧浓度，从而也也相应的的降低峰峰值温度度。第三代措施
32、施的特点点是还原原已经在在燃烧器器区域或或炉膛内内生成的的NOx。无论是是再燃烧烧/炉内NOx还原方方式还是是空气/燃料分分级燃烧烧器，其基本本工作原原理都是是遵循分分区燃烧烧的原则则，只不过过后者用用于燃烧烧器上，而IFNNR方式式是在整整个炉膛膛内布置置分区燃燃烧而已已。自70年代代末至880年代代初，美国、日本几几乎同时时开展了了低NOx燃烧技技术的实实验研究究，推出一一种称为为“再燃”的燃烧烧技术，使火焰焰燃烧由由二段变变为三段段分级。其中，向炉内内输进天天然气等等碳氢化化合物把把NOx 强化还还原，取得了了很好地地减少NNOx排放的的效果。燃烧技术研研究的一一个热点点是新型型燃烧器器
33、的开发发，低NOx燃烧器器是采用用空气分分级、燃料分级级或空气气和燃料料分级的的燃烧器器的统称称。日本三三菱重工工的PMM型燃烧烧器、美国B&W公司司的PAAX燃烧烧器及德德国SMM公司SMM型旋流流燃烧器器等都处处于世界界领先地地位。这些技技术措施施和硬件件设备有有一个共共同点，即都在在一次风风/粉中实实施浓淡淡燃烧(或称偏偏离燃烧烧)。燃烧技术研研究的另另一个热热点是燃燃烧方式式的改进进。直流燃燃烧器四四角布置置，切圆燃燃烧是德德国比较较传统的的低NOx燃烧方方式；而日本本三菱重重工业公公司开发发出的新新低NOx燃烧技技术为“循环U形燃烧烧(CiircuularrUsshapped Fir
34、ringg)” 简简称“CCUF”，见图3。Pic 3 切向向燃烧（右右）和循循环U形燃烧烧（左）的的燃烧器器的布置置1、 强化化混合区区；2、高温温区；33、低温温气流；4、弱混混合区； 5、3次风喷喷口； 6、NOxx分解区区洁净煤发电电是当今今世界能能源利用用的大趋趋势，改进锅锅炉炉型型和从宏宏观的角角度优化化热力发发电系统统，也是解解决低NNOx排放的的重要手手段。循环流化化床锅炉炉(CFFBC)、增压流流化床锅锅炉(PPFBCC)以及及整体煤煤气化联联合循环环(IGGCC)等都是是更为先先进的洁洁净煤发发电技术术，这些技技术在德德国、西班牙牙、美国、日本等等国家大大都处于于示范运运行
35、工业业化试验验阶段。另外超临界界压力锅锅炉经过过40多年年的运行行实践和和技术改改造，技术日日臻成熟熟，运行的的经济性性和可靠靠性不断断提高，目前超超临界压压力机组组的蒸汽汽参数正正向超超超临界方方向发展展。它们在在提高能能源转化化率、降低供供电煤耗耗、减少污污染物排排放等方方面有着着明显优优势。 2.3.2.2. 2.3.22.2 世界发发达国家家NOx控制技技术的发发展概况况这里仍以德德国、日本和和美国为为例来说说明经济济发达国国家在NNOx 控制技技术方面面的发展展历程和和趋势。2.3.2.2.1. 德国德国是世界界上NOx控制技技术的开开发与应应用最先先进的国国家之一一，德国19996
36、年年就在电电厂脱硫硫脱硝技技术上投投资了2210亿亿马克，并形成成0.0029马马克/(kWhh)的生生产成本本。自19844年原联联邦德国国在“大型燃燃烧设备备规定”中提出出3000MW以上上燃煤锅锅炉的烟烟气中NNOx浓度要要控制在在2000 mgg /mm以下后后，有力地地促进了了该国大大型燃煤煤电厂控控制NOx排放技技术水平平的迅速速提高。如今，德国的的燃煤电电厂，不仅对对老式锅锅炉不断断进行技技术改造造和燃烧烧优化调调整，采用了了一系列列低NOx燃烧系系统，而且大大型电站站全面安安装了烟烟气脱氮氮装置。德国在燃烧烧系统技技术改造造方面做做了大量量工作，60年代代中期以以前，德国的的燃
37、煤电电厂基本本采用湿湿式燃烧烧器，当时NOx的排放放浓度在在20000 mmg /m以上。60年代代中期以以后推广广的干式式燃烧器器的使用用使NOx的排放放浓度降降为1220015000mgg/m左右。直流燃烧器器四角布布置、切圆燃燃烧是德德国传统统的低NNOx燃烧方方式。燃烧中中心的火火焰峰值值温度和和最大热热流密度度较低，因而有有利于降降低NOx的产生生。之后在在传统角角置直流流燃烧器器的基础础上发展展起来的的炉膛内内整体空空气分级级燃烧器器于200世纪700年代后后期开始始得到广广泛应用用。它将炉炉膛总风风量155%左右右的助燃燃空气由由燃烬风喷口口送入，由于下部部主燃区区氧气浓浓度远低
38、低于传统统燃烧方方式，因而火火焰峰值值温度较较低，从而在在总体上上降低NNOx的排放放。Schholvven电电厂7440MWW F机机组的实实际运行行表明，这种燃燃烧器不不仅具有有燃烧效效率高，低负荷荷性能好好，而且NOx排放量量低。使它的的NOx排放浓浓度保持持在7550 mmg /m左右，比燃用用同煤种种的传统统燃烧器器低约2200 mg /m。为了进进一步降降低NOx的排放放量，德国又又在此基基础上开开发了的的同轴双双切圆燃燃烧系统统，80年代代中期以以后德国国投入运运行的新新机组大大多采用用这种燃燃烧系统统。同轴双双切圆燃燃烧系统统有两种种形式，一种是是带同向向偏置二二次风的的同轴燃
39、燃烧系统统，另一种种是同轴轴反切圆圆低NOx燃烧系系统，Schholvven电电厂1338MWW机组多多年的实实际运行行表明，前者不不仅具有有很好的的低负荷荷性能。而且满满负荷运运行时，NOx的生成成浓度能能保持在在6500 mgg/m的较低低水平上上。后者在在运行中中NOx的排放放浓度一一般低于于5500 mgg /mm。Schhkoppau电电厂4550MWW褐煤发发电机组组采用该该燃烧系系统，NOx的排放放浓度始始终在1140 mg /m左右。因而使使在该电电厂仅用用一级脱脱氮技术术就使烟烟气中的的NOx低于排排放标准准。虽然低NOx燃燃烧系统统大大降降低了NNOx的生成成量，但除少少数
40、现代代化的褐褐煤发电电厂外，单纯通通过采用用低NOx燃烧仍仍难以使使烟气中中的NOx达到越越来越严严格的排排放限值值， 因而德德国的燃燃煤电厂厂现在普普遍采用用称为二二级脱氮氮技术的的烟气脱脱氮装置置，以降低低烟气中中已生成成的NOx的排放放。这些装装置分为为选择性性催化还还原(SSCR)脱氮、选择性性非催化化还原(SNCCR)脱脱氮和同同步脱硫硫脱氮等等类型。德国于800年代引引进SCCR技术术，并规定定发电量量50MMW以上上的电厂厂都得配配备SCCR脱NOx系统。19884年下下半年德德国已有有5台脱硝硝试验装装置投运运，19885年12月Vebba电厂厂1500MW及及Altt-baa
41、ch电电厂4660MWW机组上上的大型型脱硝装装置投产产。这两台台机组的的锅炉均均为干式式排渣，脱硝装装置在除除尘器之之前并用用日本催催化剂。而后投投产的SSanddreuuth电电厂1000MWW机组的的脱硝装装置装在在除尘除除硫装置置之后，在这台台设备上上第一次次使用粒粒状沸石石为催化化剂，并第一一次采用用不旋转的的重新加加热系统统。选择性非催催化还原原(SNNCR)脱氮工工艺在德德国主要要是用于于功率较较小的燃燃煤电厂厂的发电电机组。该法同同样是利利用NH3(或类似似产品，如尿素素等)作为还还原剂，将NOx转化为为N2和H2O。只是不不采用催催化剂，Marrl热电电厂755MW机机组以该
42、该法脱氮氮，NOx排放浓浓度同样样达到了了低于2200 mg/m的标准准。在德国还有有少数燃燃煤电厂厂采用活活性炭同同步脱硫硫脱氮法法进行烟烟气脱氮氮。该法的的特点是是脱硫脱脱氮同时时进行。其过程程为NH3与除尘尘后烟气气一起通通过活性性炭填料料层，借助于于活性炭炭的催化化作用，NH3与NOx反应生生成N2和H2O。而经过过向烟气气中喷水水使SO2转化成成的硫酸酸则被活活性炭吸吸收，进而设设法回收收。德国在十几几年的时时间里，烟气脱脱硝技术术的工业业应用进进展十分分迅速，到19885年末末公用电电厂装脱脱硝装置置的发电电设备容容量已达达6100MW，19886年7月已有有43台试试验装置置在电
43、厂厂运行，到19991年达达约3000000MW，根据国国家标准准规定的的所有需需要二次次脱硝的的机组(占总容容量的440%)都已装装上脱硝硝装置，主要用用于石煤煤锅炉(87.7%)，其它褐褐煤及燃燃油锅炉炉分别占占5.33%与7.00%。烟气脱脱硝方法法一般都都采用干干法，而且绝绝大部分分都用SSCR法法， SNNCR法法仅占约约5%。通过开发利利用一系系列低NNOx燃烧系系统，全面安安装烟气气脱氮装装置，并对老老式锅炉炉进行技技术改造造和燃烧烧优化调调整等技技术措施施，德国的的燃煤电电厂有效效控制了了NOx的排放放。19884119955年， NOx排放放量减少少了700%以上上，排放量量
44、已从119800年占总总排放的的24%降至19991年年以后的的10%以下，收效非非常显著著。见表5。Tab 5 原西西德应用用脱硝技技术所取取得的成成果参 数数1982年年1991年年总排放量(NOx)/kta-130202640发电厂与供供热厂所所占份额额/%2613.5公用电厂所所占份额额/%24.58排放因子(公用电电厂)/g(kkWh)-13.20.8排放浓度，mg/Nm916240表6给出了了欧洲一一些国家家和日本本脱硝装装置的统统计(119900年资料料)，从中可可以看到到德国的的脱硝技技术在欧欧洲的先先进地位位。德国占占西欧全全部脱硝硝装置的的80%强，通过采采用低燃燃烧技术术
45、和烟气气脱硝装装置，德国火火电厂的的NOx排放量量已经大大大降低低。德国和日本本是世界界上NOx控制技技术应用用最多的的两个国国家。与日本本相比，德国的的脱硝工工艺有以以下特点点： 液态排排渣锅炉炉后也能能装脱硝硝装置； 将脱硝硝装置装装在除尘尘器及除除硫装置置之后对对检修有有利；除了用用TiO2为催催化剂外外还用活活性碳与与沸石为为催化剂剂。Tab 6 几个个国家火火电厂脱脱硝装置置数量参 数原西德*奥地利丹麦荷兰日本1992年年1991年年1993年年1991年年1992年年装置数/台台1311231122脱硝装置容容量/MMW2850002300750125占总容量的的分额/%40468
46、46.2平均排放因因子g(kWh)-10.820.844.87*1.050.46*仅列出公公用电站站的数据据； *119900年数据据2.3.2.2.2. 日本 在减低氮氧氧化物排排放方面面，日本的的工业部部门作做做了大量量的研究究和工业业实验，取得了了良好的的效果。其中如如三菱重重工业公公司的“三菱低低NOx燃烧系系统”就是具具有代表表性的一一个，在世界界各国有有较大的的影响。该系统统由三部部分组成成：旋转式式分离器器(MRRS)装在在磨煤机机上部，将分离离出来的的粗粉再再次送去去研磨；PM型燃燃烧器(pollluttionn miinimmum burrnerr)利用惯惯性原理理将一次次风分为为两股，一股为为贫燃料料风粉流流，另一股股为富燃燃料风粉粉流，实现燃燃料分级级；三级燃燃烧系统统称为为“三菱高高级燃烧烧技术”(MACCT)