脱硝装置(SCR区)运行操作培训教材20.doc

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脱硝装置（SCR区）运行操作培训教材

（初稿）

（该教材仅供运行人员前期培训之用，需在设备系统安装、调试过程中不断完善。

涉及到数据、保护定值应以最终审批后为准）

运行部

2011年11月8日

批准：

审核：

校核：

编制：

目录

第一章SCR装置的生产原理及工艺流程..........................3

第二章SCR脱硝装置的设备规格...........................9

第三章装置开、停工及正常操作..............................15

第四章检查保养.............................................41

第五章氨处置注意事项......................................45

第六章脱硝装置常见的异常现象...............................48

附录：

典型脱硝系统运行性能曲线..............................49

第一章SCR装置的生产原理及工艺流程

第一节概述

煤燃烧过程中所产生的氮氧化物（NOx），是主要大气污染物之一。

通常所说的NOx有多种不同形式，其中NO和NO2是重要的大气污染物，另外还有少量N2O。

氮氧化物（NOx）引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面：

（1）NOx对人体的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；

（2）NOx对植物的损害；（3）NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物；（4）NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾；（5）NOx参与臭氧层的破坏。

在煤的燃烧过程中，NOx的生成量和排放量与燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。

燃烧形成的NOx可分为燃料型、热力型和快速型3种。

其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计。

（1）热力型NOx，指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx。

当炉膛温度在1350℃以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx,当温度足够高时,热力型NOx可达20%。

过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响。

（2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx。

其生成量主要取决于空气燃料的混合比。

燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～90%。

过量空气系数越高,NOx的生成和转化率也越高。

（3）快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。

主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N2发生反应，形成的CN和HCN继续氧化而生成的NOx。

在燃煤锅炉中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。

在这三种形式中，快速型NOx所占比例不到5％；在温度低于1300℃时，几乎没有热力型NOx。

对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。

控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。

降低NOx排放主要有两种措施。

一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低NOx燃烧技术；二是对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。

●低NOx燃烧技术

为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原则为：

（1）降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；

（2）降低燃烧温度，防止产生局部高温区；（3）缩短烟气在高温区的停留时间等。

低NOx燃烧技术主要包括如下方法。

空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。

低氮燃烧技术的脱硝效率仅有25～40％，#4炉在大修期间将进行低氮燃烧器改造。

单靠这种技术已无法满足日益严格的环保法规标准。

●烟气脱硝技术

由于炉内低氮燃烧技术的局限性,对于燃煤锅炉,采用改进燃烧技术可以达到一定的除NOx效果,但脱除率一般不超过60%。

使得NOx的排放不能达到令人满意的程度,为了进一步降低NOx的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。

目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法三类。

其中干法包括选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）、电子束联合脱硫脱硝法;半干法有活性炭联合脱硫脱硝法;湿法有臭氧氧化吸收法等。

就目前而言，干法脱硝占主流地位。

其原因是：

NOx与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收；NOx经还原后成为无毒的N2和O2，脱硝的副产品便于处理；NH3对烟气中的NO可选择性吸收，是良好的还原剂。

湿法与干法相比，主要缺点是装置复杂且庞大；排水要处理，内衬材料腐蚀，副产品处理较难，电耗大（特别是臭氧法）。

我厂二期采用干法选择性催化还原法（SCR）脱硝技术。

第二节烟气脱硝SCR装置流程及生产原理

在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术。

其NOx的脱除率可达到80～90%。

SCR方法已成为目前国内外电站脱硝比较成熟的主流技术。

如图1所示，我厂采用选择性催化还原法（SCR）脱硝系统，脱硝还原剂的有效成份为NH3。

SCR技术是还原剂（NH3）在催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故称为“选择性”。

烟气脱硝SCR系统流程图：

图1、烟气脱硝SCR系统流程图

SCR系统包括催化剂反应器、氨储运系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。

SCR工艺的核心装置是脱硝反应器，有水平和垂直气流两种布置方式，如图2所示。

在燃煤锅炉中，烟气中的含尘量很高，#4炉采用垂直气流方式。

（a）垂直气流（b）水平气流

图2、反应器布置方式

按照催化剂反应器在烟气除尘器之前或之后安装，可分为“高飞灰”或“低飞灰”脱硝。

采用高尘布置时，SCR反应器布置在省煤器和空气预热器之间。

优点是烟气温度高，满足了催化剂反应要求。

缺点是烟气中飞灰含量高，对催化剂防磨损、堵塞及钝化性能要求更高。

对于低尘布置，SCR布置在烟气脱硫系统和烟囱之间。

烟气中的飞灰含量大幅降低，但为了满足温度要求，需要安装烟气加热系统，系统复杂，运行费用增加，故一般选择高尘布置方式。

●脱硝的基本反应方程式：

4NO＋4NH3＋O2--→4N2＋6H2O

NO＋NO2＋2NH3---→2N2＋3H2O

●影响SCR脱硝因素：

在SCR系统设计中，最重要的运行参数是烟气温度、烟气流速、氧气浓度、SO3浓度、水蒸汽浓度、钝化影响和氨逃逸等。

烟气温度是选择催化剂的重要运行参数，催化反应只能在一定的温度范围内进行，同时存在催化的最佳温度，这是每种催化剂特有的性质，因此烟气温度直接影响反应的进程；而烟气流速直接影响NH3与NOx的混合程度，需要设计合理的流速以保证NH3与NOx充分混合使反应充分进行；同时反应需要氧气的参与，当氧浓度增加催化剂性能提高直到达到渐近值；氨逃逸是影响SCR系统运行的另一个重要参数，实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射进入系统，反应后在烟气下游多余的氨称为氨逃逸，NOx脱除效率随着氨逃逸量的增加而增加，在某一个氨逃逸量后达到一个渐进值；另外水蒸气浓度的增加使催化剂性能下降，催化剂钝化失效也不利于SCR系统的正常运行，必须加以有效控制。

▲烟气温度：

脱硝一般在280℃～410℃范围内进行，此时催化剂活性最大。

所以SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间。

▲飞灰特性和颗粒尺寸：

烟气组成成分对催化剂产生的影响主要是烟气粉尘浓度、颗粒尺寸和重金属含量。

粉尘浓度、颗粒尺寸决定催化剂节距选取，浓度高时应选择大节距，以防堵塞，同时粉尘浓度也影响催化剂量和寿命。

某些重金属能使催化剂中毒，例如：

砷、汞、铅、磷、钾、钠等，尤以砷的含量影响最大。

烟气中重金属组成不同，催化剂组成就不同。

▲烟气流量：

NOx的脱除率对催化剂影响是在一定烟气条件下，取决于催化剂组成、比表面积、线速度LV和空速SV。

在烟气量一定时，SV值决定催化剂用量。

LV决定催化剂反应器的截面和高度，因而也决定系统阻力。

▲中毒反应：

在脱硝同时也有副反应发生，如SO2氧化生成SO3，氨的分解氧化（>450℃）和在低温条件下（<280°C）SO2与氨反应生成NH4HSO3。

而NH4HSO3是一种类似于“鼻涕”的物质会附着在催化剂上，隔绝催化剂与烟气之间的接触，使得反应无法进行并造成下游设备堵塞。

催化剂能够承受的温度不得高于420℃，超过该限值，会导致催化剂烧结。

▲氨逃逸率：

氨的过量和逃逸取决于NH3/NOx摩尔比、工况条件、和催化剂的活性用量。

应控制在3ppm以内。

▲SO3转化率：

SO2氧化生成SO3的转化率应控制在1％以内。

▲催化剂结构型式：

脱硝装置中脱硝催化剂采用了结构形式上最常见的蜂窝型。

蜂窝型催化剂的特点：

表面积大，体积小，机械强度大、阻力较大。

▲防爆：

SCR脱硝系统采用的还原剂为氨（NH3），其爆炸极限（在空气中体积％）15％～28％，为保证氨（NH3）注入烟道的绝对安全以及均匀混合，需要引入稀释风，将氨浓度降低到爆炸极下限以下，一般应控制在5％以内。

第三节催化剂还原剂的选择

SCR系统中的重要组成部分是催化剂，当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。

平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂外形如起伏的波纹，从而形成小孔。

加工工艺是先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均匀吸附在基板上。

各种催化剂活性成分均为WO3和V2O5。

对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。

我厂采用纯氨法是将液氨在蒸发槽中加热成氨气，然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5％的混合气体后送入烟气系统。

第四节SCR装置的工艺流程

SCR区工艺流程：

自脱硝剂制备区域来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合。

氨的爆炸极限（在空气中体积％）15％～28％，为保证安全和分布均匀，稀释风机流量按100%负荷氨量的1.15倍对空气的混合比为5%设计。

氨的注入量控制是由SCR进出口NOx,O2监视分析仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量（由燃煤流量换算求得）来控制的。

为保证氨不外泄，稀释风机出口阀设有故障连锁关闭，并发出故障信号。

混合气体进入位于烟道内的氨注入格栅，在注入格栅前设有手动调节阀和流量指示，在系统投运初期可根据烟道进出口检测NOx浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。

混合气体进入烟道通过氨/烟气混合器再与烟气充分混合，然后进入SCR反应器，SCR反应器操作温度可在320℃～410℃，SCR反应器的位置位于省煤器与空预器之间，温度测量点位于SCR反应器前的进口烟道上，出现320℃～410℃温度范围以外的情况时，温度信号将自动连锁关闭氨进入氨/空气混合器的快速切断阀。

在SCR反应器内氨与氧化氮反应生成氮气和水，反应方程式如下：

4NO+4NH3+O2→6H2O+4N2

NO+NO2+2NH3→3H2O+2N2

反应生成水和氮气随烟气进入空气预热器。

在SCR进口设置NOx,O2、烟气温度监视分析仪，在SCR出口设置NOx,O2、NH3监视分析仪。

NH3监视分析仪监视NH3的逃逸浓度小于3ppm，超过则报警。

在氨气进装