SCR煙氣脫硝工藝方案

1、SCR1氣脫硝工藝方案1.脫硝工藝的簡介有關(guān)NQ的控制方法從燃料的生命周期的三個階段入手，限燃燒前、燃燒中和燃燒后。當前，燃燒前脫硝的研究很少，幾乎所有的脫硝都集中在燃燒中和燃燒后的 NQ的控制。所以在國際上把燃燒中 NQ的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措 施，把燃燒后的NQ控制措施統(tǒng)稱為二次措施，又稱為煙氣脫硝技術(shù)。目前普遍采用的燃燒中 NQ控制技術(shù)即為低NQ燃燒技術(shù)，主要有低NQX燃燒器、 空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。應用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)(Selective Catalytic Reduction ，簡稱SCR、選擇性非催化還原技術(shù)(Selective N

2、on-Catalytic Reduction，簡稱 SNCR 以及 SNCR/SCF混合煙氣脫硝技術(shù)。2 .SCR煙氣脫硝技術(shù)近幾年來選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù) (SCR)發(fā)展較快，在歐洲和日本得到了 廣泛的應用，目前催化還原煙氣脫硝技術(shù)是應用 *多的技術(shù)。1)SCF脫硝反應 目前世界上流行的SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。此兩種法都是利用氨對NQ的還原功能，在催化劑的作用下將NQ(主要是NO還原為對大氣沒有多少影響的N2和水。還原劑為NH，其不同點則是在尿素法 SCR中，先利用一種設(shè)備將尿素轉(zhuǎn)化為氨 之后輸送至SCR觸媒反應器，它轉(zhuǎn)換的方法為將尿素注入一分解室中，此分解室提供

3、尿素分解所需之混合時間，駐留時間及溫度，由此室分解出來之氨基產(chǎn)物即成為SCR的還原劑通過觸媒實施化學反應后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有熱解法和水解法，主要化學反應方程式為：NHCQNHHQ 2NH+CQ 在整個工藝的設(shè)計中，通常是先使氨蒸發(fā)，然后和稀釋空氣或煙氣混合, *后通過分配格柵噴入 SCF反應器上游的煙氣中。典型的SCR反應原理示意圖如下:在SCR反應器內(nèi)，NQ通過以下反應被還原:4NO+4NH+Q f 32+6HO6NO+4N缶 5N+6HQ當煙氣中有氧氣時，反應第一式優(yōu)先進行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關(guān)系。在鍋爐的煙氣中，NO般約占總的NQ濃度的5% NQ2

4、參與的反應如下：2NQ+4NH+Q f 32+6HO6NO+8NHR 7N2+12H2O上面兩個反應表明還原 NO比還原NO需要更多的氨。在絕大多數(shù)鍋爐煙氣中，NO僅占NO總量的一小部分，因此 NO的影響并不顯著。SCF系統(tǒng)NO脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和 NO反應。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的NO脫除率，就必須增加反應器中 NH/NOx摩爾比。當不能保證預先設(shè)定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標準時，就必須在反應器內(nèi)添加或更換新的催化劑以恢復

5、催化劑的活性和反 應器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。2） SCF系統(tǒng)組成及反應器布置 在選擇催化還原工藝中，NO與NH在催化劑的作用下產(chǎn)生還原。催化劑安放在一個固定的反應器內(nèi)，煙氣穿過反應器平行流經(jīng)催化劑表面。催化劑單元通常垂直布置，煙氣自上向下流動。如下圖所示：SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCF旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。下圖為典型SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)基本流程簡圖:3 .SNCR煙氣脫硝技術(shù)選擇性催化還原脫除 NO的運行成本主要受催化劑壽命的影響，一種不需要催化劑的選擇性還原過程或許更加誘人，這就是選擇性非催

6、化還原技術(shù)。該技術(shù)是用 NH、尿素等還原劑噴入爐內(nèi)與NCX進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為 8501100C的區(qū)域，該還原劑(尿素)迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NQ進行SNCR反應生成N2,該方法是以爐膛為反應器。NH3或研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛 8501100C這一狹窄的溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下,尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NQ，基本上不與煙氣中的 O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。在8501100C范圍內(nèi)，NH或尿素還原NQ的主要反應為:NH為還原劑4NH+4NO+2 4N+6HO尿素為還原劑NO+CO(NH2 +1/2O22N+CO+HO

7、當溫度高于1100C時，NH3則會被氧化為4NH+5Q 4NO+62O不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH的反應*佳溫度區(qū)為 850110OC。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使NO還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使NO 還原率降低。NH是高揮發(fā)性和有毒物質(zhì)，氨的逃逸會造成新的環(huán)境污染。引起SNCF系統(tǒng)氨逃逸的原因有兩種，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了 氨與NO的反應；另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內(nèi) *有效的部位，因為 NQ在爐膛內(nèi)的分布經(jīng)常變化，如果噴入 控制點太少或噴到爐內(nèi)某個斷面上的氨分

8、布不均勻，則會出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。在較大的燃煤鍋爐中，還原劑的均勻分布則更困難，因為較長的噴入距離需要覆蓋相當大的爐內(nèi)截面。為保證脫硝反應能充分地進行，以*少的噴入NH量達到*好的還原效果，必須設(shè)法使噴入的NH與煙氣良好地混合。若噴入的NH不充分反應，則逃逸的NH不僅會使煙氣中的 飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH遇到S03會產(chǎn)生(NH4) 2S04易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。SNCR因氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為30%-40%受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大，多用作低 NO燃燒技術(shù)的補充處理手段。采用SNCF技術(shù)，目前的趨勢是用尿素代替氨作為還原劑，值得注意的是，近年的研究表

9、明，用尿素作為還原劑時，NQ會轉(zhuǎn)化為NO, 20會破壞大氣平流層中的臭氧，除此之外， N20還被認為會產(chǎn)生溫室效應，因此產(chǎn)生 NO問題 己引起人們的重視。綜上所對比，SCR兌硝工藝技術(shù)先進，工藝成熟，經(jīng)濟合理，工業(yè)業(yè)績居多，脫硝效率高， 擬選用目前效率*高的SCR技術(shù)。4.工藝系統(tǒng)說明SCF脫硝系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)所組成，SCR反應器及附屬系統(tǒng)、氨儲存處理系統(tǒng)和氨注入系統(tǒng)。4.1氨的儲存系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成液氨儲存系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐等。（2）工藝描述還原劑（氨）用罐車運輸并在儲罐儲存。在咼壓下，氨被液化以減小運輸和儲存的體積。市場購買的還原劑（液態(tài)氨純度99.6%），供應商用罐裝車運輸

10、（以液體形態(tài)儲存在壓力容器內(nèi)），送往氨貯存場地，通過氨卸載壓縮機抽取儲罐中氣氨，送入儲罐后，將槽車中的液氨，擠入液氨儲槽中貯存。使用時，儲存罐中的氨借助自壓輸送到蒸發(fā)器中。卸載壓縮機卸料壓縮機為往復式壓縮機，系統(tǒng)設(shè)置二臺卸載壓縮機，一臺運行，一臺 備用。液氨儲槽 本工程設(shè)置2臺液氨儲罐，供兩爐使用。液氨儲罐的*大充裝量為25R3 。儲氨罐組可供應兩臺爐設(shè)計條件下，每天運行24小時，連續(xù)運行7天的消耗量。液氨儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)斷閥和安全閥做為儲罐安全運行保護所用。儲罐還裝有溫度計、壓力表液位計和相應的變送器將信號送到主體機組DCS控制系統(tǒng)，當儲罐內(nèi)溫度或壓力高時報警。儲罐四周安裝

11、有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當儲罐內(nèi)液氨溫度過高時自動淋水裝置啟動，對儲罐進行噴淋降溫。4.2氨注入系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成氨注入系統(tǒng)包括氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。(2) 工藝描述儲罐里的液態(tài)氨靠自壓輸送到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)(通過蒸汽加熱)將氨蒸發(fā)，每個蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在冬2kg/cm2。當出口壓力超過2kg/cm2時，切斷節(jié)流閥，停止液氨供應。從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進入氨氣緩沖罐， 通過氨氣輸送管道送至每一臺爐的SCR反應裝置旁。再用空氣稀釋高濃度無水氨，這樣氨 /空氣混合物安全且不易燃。通過裝在SCR入 口煙道內(nèi)的氨注入格柵，將氨 /空氣混合物注入到SCR

12、系統(tǒng)內(nèi)。(3) 主要設(shè)備選型液氨蒸發(fā)槽液氨蒸發(fā)所需要的熱量由低壓蒸汽提供，共設(shè)有二個液氨蒸發(fā)槽(一用一備)。蒸發(fā)槽裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力異常過高。液氨蒸發(fā)槽面積按照在BMCF工況下單臺機組100%容量設(shè)計。氨氣緩沖槽氨氣緩沖槽的作用即在穩(wěn)定氨氣的供應，避免受蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所影響。緩沖槽上也有安全閥可保護設(shè)備。氨氣稀釋槽氨氣稀釋槽為立式水槽，水槽的液位由滿溢流管線維持，稀釋槽設(shè)計連結(jié)由槽頂淋水和糟側(cè)進水。液氨系統(tǒng)各排放處所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽低部進入。通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來吸收安全閥排放的氨。稀釋風機噴入鍋爐煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5 %左右氨氣的混合氣

13、體。所選擇的風機滿足脫除煙氣中 NOX*大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風機兩臺按一臺100%容量(一用一備)設(shè)置，共有四臺離心式稀釋風機。氨/空氣混合器為了實現(xiàn)氨和稀釋空氣的充分、均勻的混合，氨氣泄漏檢測器液氨儲存及注入系統(tǒng)周邊設(shè)有 3只氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯 示大氣中氨的濃度。當檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在機組控制室會 發(fā)出警報，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生。電廠液氨儲存及供應注入系統(tǒng)遠離機組，并采取措施與周圍環(huán)境隔離。排污系統(tǒng)液氨儲存和注入系統(tǒng)的氨排放管路為一個封閉系統(tǒng)，將經(jīng)由氨氣稀釋槽吸收成氨廢水后排放至廢水池再經(jīng)由廢水泵送至主廠廢水處理站。氮

14、氣吹掃液氨儲存及注入系統(tǒng)保持系統(tǒng)的嚴密性防止氨氣的泄漏和氨氣與空氣的混合造成爆炸是*關(guān)鍵的安全問題?；诖朔矫娴目紤]，本系統(tǒng)的卸料 壓縮機、液氨儲罐、氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐等都備有氮氣吹掃管線。在液 氨卸料之前通過氮氣吹掃管線對以上設(shè)備分別要進行嚴格的系統(tǒng)嚴密性 檢查和氮氣吹掃，防止氨氣泄漏和與系統(tǒng)中殘余的空氣混合造成危險。4.3 SCR反應器及附屬系統(tǒng)(1) 系統(tǒng)組成SCR反應器和附屬系統(tǒng)由擋板門、氨注入格柵、SCR反應器、催化劑、吹灰系統(tǒng)和煙道等組成。(2) 工藝描述由氨/空氣混合器來的稀釋氨氣通過氨注入格柵的多個噴嘴，將氨噴入煙氣中。注入格柵后的煙氣混合裝置促進煙氣和氨的混合，保證煙氣中氨

15、濃度的均勻分布。來自鍋爐省煤器出口的煙氣通過 SCR反應器，SCF反應器包含催化劑層，在催化 劑作用下，NH與NQ反應從而脫除NQ催化劑促進氨和 NQ的反應。在SCR反應器*上面 有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運、安裝和更換。煙氣 經(jīng)過煙氣脫硝過程后經(jīng)空氣預熱器熱回收后進入靜電除塵器和FGD 系統(tǒng)后排入大氣。SCR反應器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應副產(chǎn)物，以減少反應器壓力降。SCF工藝主要性能指標有：脫硝效率、氨量、反應器的壓力降等。SCRX藝主要設(shè)計參數(shù)有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。燃煤鍋爐SCR®

16、氣脫硝裝置催化劑設(shè)計參數(shù)見下表。燃煤鍋爐SCR®氣脫硝裝置催化劑設(shè)計參數(shù)項目蜂窩型催化劑板型催咼灰煤低灰煤化劑單塊催化劑孔數(shù)400441529間距（mrj）7.47.06.46.9比表面積（仃/ m3 ）427470500285空隙率（%69716782壓力降（kpa/m）0.20.210.270.1（3）主要設(shè)備選型 SCR反應器反應器的水平段安裝有煙氣導流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應器的豎直段裝有催化劑床。反應器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預留1層位置，作為未來脫硝效率低于保證值時增裝催化劑用，以此作為增強脫硝效率并延長有效觸媒壽命的備用措施。脫硝效率按80滋

17、計，催化劑模塊尺寸為長 1901mm寬952mmK高1100mm（含框架），鍋爐脫硝反應器每層布置21個模塊（3X 7），層之間空間咼度為 3.4m，其中每層催化劑前端有耐磨層， 減弱飛灰對催化劑的沖刷作用。每個反應器按3層設(shè)計，運行初期僅裝2層。每臺爐設(shè)置一個反應器。反應器為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器，內(nèi)部設(shè)有觸媒支撐結(jié)構(gòu)，能承受內(nèi)部壓 力，地震負荷、煙塵負荷、觸媒負荷和熱應力等。反應器殼外部設(shè)有加固 肋及保溫層。觸媒通過反應器外的觸媒填裝系統(tǒng)從側(cè)門放入反應器內(nèi)。噴氨格柵為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對反應器中第一層催化劑上方煙氣 的NH/NQ摩爾比的調(diào)整，所以需在進口煙道上的合適位置設(shè)置噴氨

18、格柵 包括供應箱、噴射格柵和噴射孔等。噴射系統(tǒng)配有節(jié)流閥及節(jié)流孔板。在 對NO濃度進行連續(xù)分析的同時，調(diào)節(jié)必要的氨量從噴氨格柵中噴氨。4.4 脫硝裝置總體布置本煙氣脫硝工程主要構(gòu)筑物有脫硝裝置、液態(tài)氨的貯存和供應系統(tǒng)的構(gòu)筑 物。在制定脫硝裝置布置方案時，應考慮下面設(shè)備：SCR反應器；煙氣管道；與鍋爐省煤器和空氣預熱器的聯(lián)接；輔助設(shè)備。4.4.1布置原則在規(guī)劃基本的現(xiàn)場布置方案時，建筑和設(shè)備的位置應該按照需要的功能來布置，并考慮進出方便、建造難易、操作、維護和安全性。SCF反應器布置方案應該考慮將來在其它鍋爐上安裝脫硝裝置的要求， 脫硝系統(tǒng)的布置不能影響將來的裝置布置和施工。一臺鍋爐設(shè)置一個SC

19、R反應器。為SCF反應器留有適當?shù)目臻g，用來設(shè)置過道，便于催化劑模塊的安裝 和操作。為催化劑模塊的抬升預留足夠的空間。通道應該盡可能連續(xù)，所有的主要通道能允許叉式升降機（鏟車）通行, 并考慮其轉(zhuǎn)動半徑。442總體布置方案選擇（1）SCF反應器的布置方式：在熱段/高灰布置中，SCF反應器位于省煤器和空氣預熱器之間，因為該區(qū)域煙氣溫度在300-400 C的范圍內(nèi)。鍋爐省煤器和空氣預熱器之間的煙氣溫度在該范圍內(nèi)。世界上絕大多數(shù)燃煤火電廠的 SCF裝置采用這種布置萬式。這種布置方式的主要優(yōu)點是投資和運行費用低，因為該段的煙氣溫度與催 化劑要求的運行范圍相符合。這種布置的其主要缺點是催化劑暴露于含有 全

20、部灰塵和硫分的煙氣中。采用這種布置方式主要是含硫量低于2%勺煙煤發(fā)電鍋爐。由于SCR系統(tǒng)所要求的煙氣溫度為 330415C，故SCR反應器放置在省煤器和空 氣預熱器之間。新建SCR系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)在電廠現(xiàn)場測量及提供的資料，在布置基立 柱等時主要考慮校核原有鍋爐鋼架基礎(chǔ)的荷載。（2）液態(tài)氨的貯存和供應布置根據(jù)石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范(GB50160-92)關(guān)于乙類液體儲罐防火間距的要求:氨站應該距離生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)設(shè)備 20m距離明火和散發(fā)火花地點 25m距離全廠重要設(shè)施 30m距離運輸?shù)缆?、廠圍墻 IOm。氨儲罐布置在半露天防曬雨棚中的零米地面；氨卸載壓縮機等轉(zhuǎn)動的機械設(shè)備以及電氣設(shè)備布置在氨儲罐旁邊的建構(gòu)筑物內(nèi)。蒸發(fā)器、緩沖貯罐均布置在儲罐旁邊的構(gòu)筑物內(nèi)，采用防曬雨棚；稀釋空氣風機、氨/空氣混合器均相應布置在每一臺鍋爐的零米附近。道路:在液態(tài)氨的貯存和供應的建筑構(gòu)筑物形成消防環(huán)路，采劇混凝土路面與廠區(qū)道路相連接。液氨采用輸送管道方式。