煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)

煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)研討

2012.2.12煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)1、概述2、NOx形成的機(jī)理和NOx生成的控制3、NOx脫除技術(shù)選擇4、脫銷(xiāo)工程涉及的主要設(shè)備及系統(tǒng)5、SCR煙氣流動(dòng)模擬設(shè)計(jì)6、SCR內(nèi)部結(jié)構(gòu)7、還原劑的運(yùn)輸方式及接卸設(shè)施8、SCR典型工期9、投資估算及財(cái)務(wù)分析10、其它注意事項(xiàng)目錄

煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)NOx的危害低空臭氧的產(chǎn)生光化學(xué)煙霧的形成酸雨各種潛在的致癌物質(zhì)光化學(xué)煙霧中對(duì)植物有害的成分主要為臭氧和氮氧化合物：臭氧濃度超過(guò)0.1ppm時(shí)便對(duì)植物產(chǎn)生危害。NO2濃度達(dá)1ppm時(shí)，某些植物便會(huì)受害。1、概述不同濃度的NO2對(duì)人體健康的影響煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)環(huán)境中NOX

來(lái)源氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和氧化二氮(N2O),還有NxOy。在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%。隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)T<1500oC時(shí),NO的生成量很少,而當(dāng)T>1500oC時(shí),T每增加100oC,反應(yīng)速率增大6-7倍。火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2003)2004年以后的新項(xiàng)目必須預(yù)留煙氣脫除氮氧化物裝置空間鍋爐NOx最高容許排放濃度（燃煤）：

煤質(zhì)NOx最高容許排放濃度（mg/Nm3)Vdaf>20%45010%≤Vdaf≤20%650Vdaf<10%1100火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011)2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃機(jī)；2012年以后的新項(xiàng)目燃煤鍋爐氮氧化物（以NO2計(jì)）排放限值（mg/Nm3)：100采用W型鍋爐，現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐，以及2003年

12月31日前建成投產(chǎn)或通過(guò)環(huán)評(píng)審批的電廠鍋爐氮氧化物（以NO2計(jì)）排放限值（mg/NM3)：200油料燃機(jī)氮氧化物（以NO2計(jì)）排放限值（mg/Nm3)：120天燃?xì)馊紮C(jī)氮氧化物（以NO2計(jì)）排放限值（mg/Nm3)：50

火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR設(shè)備容量在德國(guó)的發(fā)展情況19801982198419861988199019921994199619982003安裝脫硫設(shè)備容量：45000MW安裝SCR脫硝設(shè)備容量：30000MW

聯(lián)邦污染物防治法第13條例排放標(biāo)準(zhǔn)(CO,NOx,SOx,HCI,HF,粉塵）環(huán)境部長(zhǎng)會(huì)議確定控制NOx聯(lián)邦污染物防治法第17條例排放標(biāo)準(zhǔn)(CH,HCI,HF,SOx,NOx,重金屬,PCDD/F,粉塵)垃圾焚燒電站7煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)德國(guó)安裝SCR脫硝設(shè)備容量發(fā)展情況30000250002000015000100005000安裝SCR脫硝設(shè)備容量MWelbituminouscoaloillignite來(lái)源：德電聯(lián)煙煤油褐煤8煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)德國(guó)NOx排放情況Miot煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)A.熱力型NOX主要反應(yīng)

N2+O→NO+NN+O2→NO+ON+OH→NO+H無(wú)煙煤燃燒中，一般一半以上的NOx為熱力型相關(guān)因素

高溫環(huán)境燃料與空氣的充分混合2、NOx形成的機(jī)理和NOx生成的控制NOX形成機(jī)理煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)熱力型NOx的生成濃度與溫度的關(guān)系煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)B.燃料型NOX燃料中的有機(jī)氮化合物在燃燒過(guò)程中氧化生成的氮氧化物在煤粉燃燒中，約80％的NOx為燃料型相關(guān)因素與燃料和空氣的混合程度密切相關(guān)與燃燒區(qū)域的溫度關(guān)系不大C.快速型NOX在燃燒的早期生成形成過(guò)程氮和燃料中的碳?xì)浠衔锓磻?yīng)N2＋CH化合物＝＝》HCN化合物HCN化合物氧化生成NOHCN化合物＋O2＝＝》NO對(duì)于燃煤鍋爐，快速型NOx所占份額一般低于5％。煤的燃燒方式對(duì)排放的影響NO的生成及破壞與以下因素有關(guān)：(a).煤種特性，如煤的含氮量，揮發(fā)份含量，燃料比FC/V以及V-H/V-N等。(b).燃燒溫度。(c).爐膛內(nèi)反應(yīng)區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內(nèi)氧氣，氮?dú)?，NO和CHi的含量。(d).燃料及燃燒產(chǎn)物在火焰高溫區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。NOX生成的控制控制原理

降低燃燒溫度控制燃料和空氣的混合速度與時(shí)機(jī)主要控制手段燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)（風(fēng)速、旋流強(qiáng)度等）優(yōu)化煤粉濃縮技術(shù)OFA分級(jí)送風(fēng)技術(shù)注意事項(xiàng)鍋爐的燃燒效率煤粉的著火和穩(wěn)燃煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)不同燃煤設(shè)備所生成的NOx的原始排放值及為達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)所需的NOx降低率舉例：固態(tài)除渣煤粉爐，當(dāng)要求NOx排放值為650mg/m3時(shí)，所需的NOx降低率為36％。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SNCRSCR在空氣預(yù)熱器前高灰段布置鍋爐空預(yù)器ESPSCRinairheater燃燒估算FGDVVVVGGHSCR在低塵段布置同時(shí)脫硫脫硝工藝GGHSCR尾部布置活性炭SOx/NOx吸附工藝VVVVVV省煤器3、NOx脫除技術(shù)選擇16煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)煙氣脫硝方案選擇煙氣脫硝工藝選擇：目前發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較為成熟的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、電子束法以及熾熱碳還原等。其中選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)在大型電站中應(yīng)用較多。SNCR的優(yōu)點(diǎn)是初投資費(fèi)用低，缺點(diǎn)是脫硝效率較低、對(duì)電站鍋爐控制要求高、氨的逃逸率較大。SCR煙氣脫硝具有脫除效率高、氨的逃逸率小(≤3ppm)、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)、歐美和日本等國(guó)家火電廠的煙氣脫硝裝置采用SCR技術(shù)大約占到95％。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR脫硝系統(tǒng)選擇(44套SCR系統(tǒng),其中38套高灰段布置,6套低灰段布置）高灰段低灰段0510152025布置位m3(x1000)2.2%97.8%蜂窩狀平板狀051015催化劑類型47.6%52.4%安裝催化劑體積總量:18,714m3m3(x1000)18煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)A.選擇性非催化還原法(SNCR)主要反應(yīng)氨4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O尿素2NO+(NH2)2CO+1/2O2→2N2+2H2O+CO2反應(yīng)溫度:

760~1090C

最佳反應(yīng)溫度：870~1090C脫硝效率對(duì)于城市固體垃圾爐轉(zhuǎn)化效率在30~50%之間，大型電站鍋爐的轉(zhuǎn)化效率控制在20~40%之間。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)B.選擇性催化還原法(SCR)主要反應(yīng)

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O反應(yīng)溫度

230～450C一般應(yīng)用溫度：300～400C℃轉(zhuǎn)化效率在70~90%之間。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR還原劑的比選SCR可用的還原劑一般有三種：氨水、液氨以及尿素。三種脫硝原料在市場(chǎng)上可以很方便的直接購(gòu)買(mǎi)，其供應(yīng)市場(chǎng)是充足的。在日本和中國(guó)臺(tái)灣均采用液氨法，在歐洲根據(jù)不同地區(qū)三種方案均有應(yīng)用。由于液氨與尿素方案互有利弊，還原劑選用液氨(無(wú)水氨)或尿素都是可行的。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)脫硝效率的確定

根據(jù)工程煤質(zhì)特點(diǎn)和燃燒煙氣中NOx濃度，確定工程脫硝效率，采用2～3層+預(yù)留1層的催化劑方案。旁路系統(tǒng)根據(jù)《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》（HJ562-2010）中6.1.2的規(guī)定：“脫硝系統(tǒng)不得設(shè)置反應(yīng)器旁路”，因此不設(shè)置SCR煙道旁路裝置。煙氣溫度對(duì)催化劑的影響由于一般SCR催化劑能適應(yīng)的運(yùn)行溫度在310～400℃。鍋爐運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)，一般省煤器出口煙氣溫度可以滿足催化劑的正常運(yùn)行要求。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)選擇性催化還原法特點(diǎn)原則在催化劑作用下，氨做為還原劑選擇性地和煙氣中的NOx

反應(yīng)生成N2+H2O最有效的NOx脫除技術(shù)催化劑型式板式或者蜂窩式TiO2為載體，V2O5做為主要活性物質(zhì)，輔以WO3等增加活性，抗燒結(jié)，減低SO2的轉(zhuǎn)化率脫硝效率70-90%燃料煤，天然氣，石油，木材，城市垃圾等煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)脫硝工藝系統(tǒng)圖（液氨方案）煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)尿素脫硝工藝原則性系統(tǒng)圖煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)鍋爐整體布置催化劑氨的噴射柵格煙氣入口煙氣出口閥門(mén)控制站氨的稀釋風(fēng)機(jī)空氣加熱器加熱器和分機(jī)控制面板氨的蒸發(fā)和控制單元氨的存儲(chǔ)系統(tǒng)NH3煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR反應(yīng)器和旁路煙道典型的SCR系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR反應(yīng)器和旁路煙道典型的SCR系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)

煤質(zhì)、鍋爐、電除塵器、煙風(fēng)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、電廠水源、水文氣象、場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、巖土工程及地震。6kV電源：引風(fēng)機(jī)電負(fù)荷容量變化，當(dāng)采用尿素作為還原劑時(shí)，增加尿素解熱爐電加熱器，需核算高廠變、開(kāi)關(guān)柜及電纜等引接方案是否滿足要求。380V電源：新增380V負(fù)荷主要包括脫硝劑制備系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)及引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，根椐負(fù)荷分布情況，分別在各負(fù)荷中心設(shè)置MCC，即新增加氨區(qū)MCC、脫硝MCC,及引風(fēng)機(jī)MCC。熱工自動(dòng)化：煙氣脫硝控制系統(tǒng)采用機(jī)組公用硬件系統(tǒng)。包括DCS、火災(zāi)報(bào)警和消防控制系統(tǒng)及工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等。涉及到部分建筑結(jié)構(gòu)、消防、上下水、暖通工程。4、脫銷(xiāo)工程涉及的主要設(shè)備及系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)空預(yù)器選擇的影響SCR脫硝運(yùn)行時(shí)，部分NH3和煙氣中SO3和H2O形成的硫酸氫銨(NH4HSO4)，在150～230℃時(shí)，會(huì)對(duì)空氣預(yù)熱器中溫段和低溫段形成強(qiáng)腐蝕。硫酸氫銨具有很強(qiáng)的粘結(jié)性，粘在傳熱元件表面會(huì)吸附大量飛灰，造成堵灰。同時(shí)，煙氣中部分SO2被SCR催化劑轉(zhuǎn)化為SO3，加劇了空氣預(yù)熱器冷端腐蝕和堵塞。鍋爐安裝脫硝設(shè)備后需要對(duì)預(yù)熱器及吹灰器系統(tǒng)采取相應(yīng)的配套措施。換熱元件采用吹灰通透性高的波形替代，為防止空氣預(yù)熱器腐蝕，合并冷段和中溫段，冷段層采用搪瓷表面的傳熱元件，此傳熱元件表面光潔，易于清洗，耐磨損、耐腐蝕，使用壽命可以達(dá)到50000h。考慮長(zhǎng)期運(yùn)行清洗和冷端加高的需要，吹灰器改為雙介質(zhì)（蒸汽+高壓水）吹灰器，并配備高壓水泵系統(tǒng)。運(yùn)行時(shí)吹灰介質(zhì)為蒸汽，停機(jī)時(shí)采用高壓水清洗。引風(fēng)機(jī)選擇的影響考慮不同型式的電除塵器，針對(duì)不同形式的引風(fēng)機(jī)選擇，引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)是否合以及采用電動(dòng)還是小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，需進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，根據(jù)比較結(jié)果給出引風(fēng)機(jī)選型推薦意見(jiàn)。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)5、SCR煙氣流動(dòng)模擬設(shè)計(jì) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Speed,ft/sSideViewEnlargementPlanView煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)按1:15比例制作的SCR脫硝設(shè)備流場(chǎng)模型35煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR脫硝設(shè)備流場(chǎng)建模試驗(yàn)

第一層催化劑的模擬試驗(yàn)優(yōu)化前優(yōu)化后36煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR脫硝設(shè)備流場(chǎng)建模試驗(yàn)

第一層催化劑表面積灰

優(yōu)化前優(yōu)化后37煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)催化劑在反應(yīng)器中的布局反應(yīng)器外殼噴氨格柵煙氣通往空氣預(yù)熱器催化劑框籃催化劑單元催化劑層6、SCR內(nèi)部結(jié)構(gòu)38煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR反應(yīng)器煙氣NH3未反應(yīng)的NOx與逃逸的NH3排放限值濃度NOx未反應(yīng)NOx逃逸NH3第一層第二層第三層NH3+NOxNH3特點(diǎn):NOx

–減少至

100mg/m3(約50ppm)NH3-反應(yīng)基本消耗完按化學(xué)計(jì)量組成所需的附加氨氣量39煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)催化劑/反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)的主要依據(jù)要求的脫硝效率容許的NH3

逃逸率煙氣流量以及進(jìn)口NOx濃度煙氣側(cè)壓力降煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)SCR催化劑設(shè)計(jì)中要考慮的因素NH3

逃逸率SO2

到SO3

的轉(zhuǎn)化率NH4HSO4造成預(yù)熱器的阻塞使用NH3

的煙氣最低溫度As的毒化堿金屬（Na，K）的毒化飛灰磨損高溫下催化劑的燒結(jié)催化劑的壽命煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)催化劑測(cè)試-催化劑組成(非表面材料)

化學(xué)成分 基于WO3

基于MoO3SiO2 % 5,1 3,4Al2O3 % 0,65 3,9Fe2O3 % 0,01 0,14TiO2 % 79,7 73,3CaO % 0,79 0,01MgO % 0,01 0,01BaO % 0,01 0,01Na2O % 0,01 0,01K2O % 0,02 0,02SO3 % 1,1 3,4P2O5 % 0,01 0,01V2O5 % 0,59 1,6MoO3 % - 12,9WO3 % 11,0 -42煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)催化劑型式蜂窩式板式波紋板式煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)氨的噴射柵格煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)氨的噴射柵格和靜態(tài)混合器NH3

噴射柵格靜態(tài)混合器PhotocourtesyofSiemens’FlowModelTestsbrochure,1998.煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)靜態(tài)混合器PhotocourtesyofKoch-Glitsch,Inc.煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)

7、還原劑的運(yùn)輸方式及接卸設(shè)施

本工程外購(gòu)液氨由供貨廠家負(fù)責(zé)用罐車(chē)運(yùn)輸?shù)诫姀S氨儲(chǔ)存區(qū)，卸氨壓縮機(jī)抽取液氨貯罐頂部的氣相氨，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，其出口氣體氨打入罐車(chē)頂部將罐車(chē)內(nèi)的液氨由底部壓入氨貯罐，完成液氨卸載過(guò)程。液氨卸完后，將軟管內(nèi)剩液排入氨稀釋罐。卸氨壓縮機(jī)一運(yùn)一備，卸料時(shí)間按1h考慮。尿素由社會(huì)車(chē)輛運(yùn)輸?shù)綇S內(nèi)。煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)液氨

基本上為純凈的氨-99.5-99.7%的氨,至多0.3%的水48煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)無(wú)水氨的存儲(chǔ)罐典型的SCR系統(tǒng)煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)氨的存儲(chǔ)系統(tǒng)及構(gòu)架煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)氨的蒸發(fā)器煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)氨的流量分配閥門(mén)站煙氣脫硝技術(shù)-選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)8、SCR典型工期012345678910111