混合SNCRSCR 烟气脱硝技术.docx
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混合SNCRSCR烟气脱硝技术
混合SNCR-SCR烟气脱硝技术
混合SNCR-SCR烟气脱硝技术并非是SCR工艺与SNCR工艺的简单组合，它是结合了SCR技术高效、SNCR技术投资省的特点而发展起来的一种新型工艺。
SCR-SNCR联合技术可以达到90％的NOx的去除率，并且NH3的泄漏率仅为0.0003%。
混合SNCR-SCR工艺最主要的改进就是省去了SCR设置在烟道里的复杂AIG（氨喷射）系统，它具有以下优点：
（1）在节省催化剂的情况下，脱硝效率高，能达到SCR法的脱硝效率；
（2）反应塔体积小，空间适应性强；（3）与传统SCR工艺相比，系统压降将大大减小，从而减少了引风机改造的工作量，降低了运行费用；（4）降低腐蚀危害。
一、烟气脱硝技术介绍
目前主流的烟气脱硝技术有选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原技术（SCR）和SNCR/SCR联合脱硝技术。
SNCR技术
研究发现，在800～1250℃这一温度范围内、无催化剂作用下，氨水等还原剂可选择性地还原烟气中的NOx生成N2和H2O，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR脱硝技术。
SNCR烟气脱硝的主要反应为：
NH3为还原剂4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
SNCR通常采用的还原剂有氨水、氨水和液氨，不同还原剂的比较如表3.1所列。
表3.1不同还原剂特点
还原剂
特点
尿素
•安全原料（化肥）
•便于运输
•脱硝有效温度窗口较宽
•溶解要消耗一定热量
氨水
•运输成本较大
•需要较大的储存罐
•脱硝有效温度窗口窄
液氨
•高危险性原料
•运输和存储安全性低
从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应。
还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。
在较大尺寸的锅炉中，因为需要覆盖相当大的炉内截面，还原剂的均匀分布则更困难。
为保证脱硝反应能充分地进行，以最少喷入NH3的量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。
若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生NH4HSO4易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。
因此，SNCR工艺的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。
图3.1为典型SNCR脱硝工艺流程图。
图3.1SNCR工艺系统流程图
SNCR烟气脱硝过程是由下面四个基本过程组成：
还原剂的接收和溶液制备；
还原剂的计量输出；
在锅炉适当位置注入还原剂；
还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
SCR技术
选择性催化剂还原（SCR）技术是在烟气中加入还原剂（最常用的是氨和氨水），在催化剂和合适的温度等条件下，还原剂与烟气中的氮氧化物（NOx）反应，而不与烟气中的氧进行氧化反应，生成无害的氮气和水。
主要反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（800～1250℃）进行。
SCR技术采用催化剂，催化作用使反应活化能降低，反应可在更低的温度条件（320～400℃）下进行。
对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。
制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。
除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。
SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、（氨水转化为氨系统）、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。
SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式，高尘布置、低尘布置和尾部布置，图3.2为目前广泛采用的高尘布置SCR烟气脱硝系统工艺流程图。
图3.2SCR工艺系统流程（高尘布置）
对于一般燃煤或燃油锅炉，SCR反应器多选择安装于锅炉省煤器与空气预热器之间，因为此区间的烟气温度刚好适合SCR脱硝还原反应，氨被喷射于省煤器与SCR反应器间烟道内的适当位置，使其与烟气充分混合后在反应器内与氮氧化物反应，SCR系统商业运行的脱硝效率约为80%～90%。
SNCR/SCR混合烟气脱硝技术
SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用末反应氨进行催化反应结合起来，或利用SNCR和SCR还原剂需求量不同，分别分配还原剂喷入SNCR系统和SCR系统的工艺有机结合起来，达到所需的脱硝效果，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。
SNCR/SCR混合工艺的脱硝效率可达到60～80%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。
图3.3为典型的SNCR/SCR混合烟气脱硝工艺流程。
图3.3SNCR/SCR联合工艺脱硝流程图
主要烟气脱硝技术的比较
几种主要烟气脱硝技术综合比较情况如表3.2所列。
表3.2SCR、SNCR、SNCR/SCR技术综合比较
项目
SCR技术
SNCR技术
SNCR/SCR技术
反应剂
NH3
氨水或氨水
NH3
反应温度
320～400℃
800～1250℃
前段：
800～1000℃，
后段：
320～400℃
催化剂
V2O5-WO3/TiO2
不使用催化剂
后段加少量催化剂
脱硝效率
80～90%
30～60%
50～80%
反应剂喷射位置
SCR反应器入口烟道
炉膛内喷射
锅炉负荷不同喷射位置也不同
SO2/SO3氧化
SO2氧化成SO3的氧化率<1%
不会导致SO2氧化，SO3浓度不增加
SO2氧化较SCR低
NH3逃逸
<2.5mg/m3
<8mg/m3
<4mg/m3
对空气预热器影响
NH3与SO3易形成硫酸氢铵，需控制NH3泄漏量和SO2氧化率，并对空预器低温段进行防腐防堵改造。
SO3浓度低，造成堵塞或腐蚀的机率低
硫酸氢铵的产生较SCR低，造成堵塞或腐蚀的机率比SCR低
系统压力损失
新增烟道部件及催化剂层造成压力损失
没有压力损失
催化剂用量较SCR小，产生的压力损失较低
燃料及其变化的影响
燃料显著地影响运行费用，对灰份增加和灰份成分变化敏感，灰份磨耗催化剂，碱金属氧化物劣化催化剂，AS、S等使催化剂失活。
基本无影响
影响与SCR相同。
由于催化剂较少，更换催化剂的总成本较SCR低
锅炉负荷变化的影响
SCR反应器布置需优化，当锅炉负荷在一定范围变化时，进入反应器的烟气温度处于催化剂活性温度区间。
多层布置时，跟随负荷变化容易
跟随负荷变化中等
工程造价
高
低
较高
本项目脱硝方案的选择
本项目为1台75t/h锅炉脱硝项目，原始NOx排放浓度约为350mg/Nm3。
为满足最新实施的NOx排放要求，同时考虑到脱硝的经济性，推荐采用SNCR/SCR混合法脱硝工艺，脱硝后NOx排放浓度低于100mg/Nm3，实现达标排放。
SNCR/SCR混合法脱硝工艺优点如下：
（1）脱硝效率可达60%～80%以上，确保NOx达标排放。
（2）脱硝系统运行灵活，调整余地大。
（3）投资省。
（4）占地小。
（5）对锅炉的运行影响较小。
（6）运行维护方便。
二、本项目SNCR+SCR方案设计
2.1锅炉SNCR+SCR总体方案设计
燃煤锅炉生成的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5~10%，N2O只占1%左右。
项目1台蒸发量为10t/h蒸汽锅炉出口处NOx浓度均为450mg/Nm3,拟采用SNCR+SCR脱硝工艺能达到锅炉氮氧化物排放小于100mg/Nm3的排放要求。
我方设计的脱硝系统由7个模块组成：
氨水溶液制备储存模块、在线稀释模块、计量分配模块、喷射模块、SCR反应模块、控制模块。
本工程采用30%浓度的氨水溶液，储存在氨水溶液储罐中，通过在线稀释成5%浓度左右浓度喷入烟道中。
2.2氨水溶液制备储存模块
1）氨水溶液储罐
氨水溶液经由2台氨水溶液给料泵（1用1备）进入氨水溶液储罐。
设置1个氨水溶液储罐，罐的容积满足3天的用量（30%浓度氨水溶液）要求，储罐的容积为10m3。
采用304不锈钢制造，储罐为立式平底结构，装有液位计、温度计、浓度计等测量设备，装有人孔、梯子及通风孔等。
储罐露天放置时，四周加有隔离防护栏，并采用保温和蒸汽伴热使储罐内温度不低于30%浓度氨水溶液结晶温度18℃，并将考虑现场其他情况变量包括地震带，风载荷、雪载荷和温度变化等。
2）溶液给料泵
氨水溶液给料泵采用2台多级离心泵（1用1备），系统设有电磁流量计和压力变送器等设备。
2.3在线稀释模块
当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变化时，送入炉膛的氨水溶液的量也应随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。
若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。
因此，设计了在线稀释模块，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。
30%浓度氨水溶液和稀释水通过静态混合器稀释成一定比例喷入炉膛。
1）氨水溶液输送泵
氨水溶液输送泵采用2台多级离心泵（1用1备），供1台炉脱硝使用。
2）稀释水输送泵
稀释水输送泵采用2台多级离心泵（1用1备），供1台炉脱硝使用。
2.4计量与分配模块
每台炉置一个计量分配模块，包括氨水溶液计量分配模块和压缩空气计量分配模块。
由在线稀释模块输送过来的低浓度的氨水溶液进入炉前的氨水溶液计量分配模块。
计量分配模块中安装有电磁流量计、压力变送器和电动阀等，通过流量计的读数来控制调节阀的开度，从而控制每台锅炉需要的氨水溶液的流量。
经过计量后的氨水溶液在由模块中的分配母管分为6路，分别通向6支喷枪。
在每个支路氨水溶液管上安装有调节阀、压力表等装置，用于调整每支喷枪所需的氨水溶液的流量。
喷入炉膛的氨水溶液时经过雾化后喷入的。
在每台锅炉的计量分配模块中还设有电动阀，用来调节控制需要的量。
来自厂区的压缩空气经过除水除油、调压处理后被分为6条支路通向炉前喷枪。
在每条压缩空气支路管中也设有调节阀、压力表等装置，用于调整每只喷枪雾化所需的压缩空气用量。
2.5喷射模块
由各个计量分配模块输送过来的氨水溶液进入炉前的喷枪，经过喷枪的雾化后送入炉膛或烟道。
雾化用的喷枪采用二流体喷枪，二流体喷枪主要由枪体和喷嘴组成，枪体分为内管和外管两个部分，溶液走内管，压缩空气走外管，压缩空气在外管中呈螺旋装前进，在喷嘴出口处呈涡流装高速喷出与溶液充分混合，通过调节压缩空气用量与氨水溶液用量的比例使之达到完全雾化的效果。
2.6雾化气体的选用
雾化介质的作用是加强氨水溶液与炉内烟气混合，充分混合有利于保证脱硝效果、提高氨水溶液利用率减少尾部氨残余。
雾化介质主要是提高还原剂喷射速度、增加喷射动量，而不要求把氨水溶液全部雾化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。
小液滴在喷入口炉壁附近的低温区就挥发反应，而大液滴则可以深入炉膛才析出反应。
雾化介质的主要作用是提高液滴的喷射动量。
喷射动量取决于喷射速度和喷射物的质量，显然靠增加雾化介质的用量来提高喷射动量是不经济的。
为了提高喷射动量，则主要集中在提高喷射速度上。
本项目的雾化介质可采用压缩空气，到喷射器前的压力应在0.5～0.7MPa。
压缩空气的参数要求详见下表：
压缩空气数据表
使用的材料及化学药剂名称
压缩空气
目的
压缩空气用于仪表空气或工艺空气。
规格
压力
0.6~0.8MPa（G）
压缩空气用量（单台炉，0.6MPa）
2.1m3/h
压力下露点温度（工艺用）
3℃
压力下露点温度（仪表用）
-40℃
最大残油量
<0.01mg/Nm3
最大含尘量（工艺用）
<0.1mg/Nm3
最大含尘量（仪表用）
<0.01mg/Nm3
备注
2.7稀释水的选用
喷入炉膛的氨水是溶液状的，溶解氨水的溶剂选择最廉价易得且溶解能力较强的水。
作为氨水溶解剂的水应是具有软化水质量的纯水，满足下列规格：
生活用水 数据表
使用的材料及化学药剂名称
生活用水（自来水）
目的
用于溶解无催化剂脱硝设备中的氨水颗粒和稀释氨水溶液
规格
水的种类:
自来水
备注
1.为了上述目的，用河水或工艺用水代替自来水的场合，因硬度物质，可能会引起配管、设备结垢。
2.8冷却风
喷枪一旦装上，只要不停炉，需持续向喷枪外套管内通如冷却风，以保护喷枪。
2.8设备材料清册
一
氨水溶液储存模块
氨水溶液储存罐
容积2m3，不锈钢
个
1
过滤器
个
-
止回阀
个
-
压力表
个
-
温度表
个
2
天康
上仪
川仪
液位计
个
2
天康
上仪
川仪
手动球阀
个
7
中核苏阀
上海第二阀门厂
气动调节阀
个
-
管道及附件
304
批
1
二
氨水溶液输送模块
氨水喷射泵
多级SS离心泵，扬程100m，流量0.5m3/h/台
台
2
KSB
苏尔寿
格兰富
高质泵
手动球阀
DN15，
个
9
中核苏阀
上海第二阀门厂
过滤器
个
2
wika
止回阀
DN25
个
3
中核苏阀
上海第二阀门厂
气动开关阀
台
1
E+H
罗斯蒙特
压力表
只
3
天康
上仪
川仪
压力传感器
个
-
电磁流量计
1
E+H
罗斯蒙特
就地操作箱
个
-
管路及附件
304
套
1
三
除盐水输送模块
稀释水泵
离心泵，扬程50m，流量1m3/h/台
台
2
KSB
苏尔寿
格兰富
高质泵
手动球阀
个
20
中核苏阀
上海第二阀门厂
过滤器
个
1
wika
气动开关阀
个
1
E+H
罗斯蒙特
止回阀
个
3
中核苏阀
上海第二阀门厂
压力表
个
3
天康
上仪
川仪
压力传感器
个
1
天康
上仪
川仪
电磁流量计
个
1
E+H
罗斯蒙特
就地操作箱
个
-
管道及附件
304
套
1
四
混合模块
氨水浓度计
个
-
手动球阀
个
31
中核苏阀
上海第二阀门厂
气动开关阀
个
-
压力传感器
个
1
天康
上仪
川仪
电磁流量计
个
-
分配管
组
12
气动调节阀
台
-
转子流量计
个
6
天康
上仪
川仪
压力表
个
13
天康
上仪
川仪
接线箱
个
-
附件
304
套
1
六
还原剂喷射模块
喷枪及其附件
台
6
SPARY
LECHLER
喷嘴
6
SPARY
LECHLER
喷枪（质保期1.5年）
6
SPARY
LECHLER
伸缩机构
-
金属软管
12
SPARY
LECHLER
附件
套
1
七
压缩空气模块
气动调压阀
个
1
中核苏阀
上海第二阀门厂
手动调节阀
个
2
中核苏阀
上海第二阀门厂
手动球阀
个
10
中核苏阀
上海第二阀门厂
止回阀
个
1
中核苏阀
上海第二阀门厂
压力表
个
2
天康
上仪
川仪
压力传感器
个
-
涡接流量计
个
-
管道、附件
304
套
1
压缩空气罐
V=3m3
1
申江
八
SCR反应器
内部支撑、密封等结构
吨
5
催化剂
m3
12.8
浙江盛旺
无锡华光
框架
吨
15
催化剂小车
台
1
耙式吹灰器
台
2
电葫芦
2t,H=20m
1
江阴宏达
备用加热装置
台
-
差压变送器
个
1
天康
上仪
川仪
吹灰阀门和管路系统
套
1
九
电气模块
控制箱
个
1
国产优质
检修电源箱
只
2
国产优质
现场操作箱
只
2
国产优质
照明配电箱
只
2
国产优质
工程师站
套
1
国产优质
电缆
批
1
远东
宝胜
电缆桥架
批
1
远东
宝胜
照明具
批
1
国产优质
十
仪器仪表模块
流量计
只
-
氨泄漏检测仪
个
2
霍尼韦尔
梅思安
CEMS
客户自配
十一
保温、油漆
钢结构油漆
kg
200
保温材料及外护板（仅SCR）
280mm厚硅酸铝纤维板
m2
80
7.4备品备件清单
序号
名称
技术规格参数
单位
数量
品牌
手动阀
DN15
个
3
中核苏阀
上海第二阀门厂
过滤器
个
1
中核苏阀
上海第二阀门厂
止回阀
个
1
中核苏阀
上海第二阀门厂
安全阀
个
-
催化剂备用加热装置
台
-
管道
m
30
法兰
个
50
三、专题说明
1氮氧化物脱除率修正曲线
1．1烟气中氧含量与NOx脱除率关系
1.2烟气温度与NOx脱除率关系
1.3NOx入口浓度与脱除率关系
2SO2/SO3转换率的函数曲线
2.1SO2/SO3的转换率随烟温的函数曲线
2.2SO2/SO3的转换率随催化剂入口SO2浓度的函数曲线
2.3SO2/SO3的转换率随相对流速的函数曲线
2脱硝系统阻力变化随时间变化的情况说明
根据从往的运行经验，在系统设计合理，吹灰系统运行正常的前提下，脱硝系统阻力变化随时间变化不大，为了保证上述要求，设计过程中必须慎重考虑下列因素：
高含尘情况下，催化剂应当采用垂直布置方式，气流由上向下流动，这样烟气可以自动清理催化剂表面，使得催化剂表面积灰不会过厚，孔内径变化不大，总体阻力变化不大，对于粘性较高的灰，可以适当提高烟气流速；
催化剂的孔径选择必须合理，防止大颗粒灰搭桥，堵塞催化剂孔，在选择催化剂孔径时，应当考虑灰尘含量，灰的粒径分布等诸多因素；
对于高含尘布置方案，烟气中含尘量较高的情况下，需要考虑装设吹灰装置，本项目初步考虑每层催化剂设置声波吹灰器，并预留声波吹灰器安装接口。
烟道流速分布必须合理，应当考虑机组的平均负荷率，烟道布置应当避免积灰死角的形成，在无法避免死角的位置应当装设必要的清灰装置。
如果上述要求都能够满足，SCR系统阻力随运行时间的延长虽然略有增加，但不会发生明显的变化。
3催化剂的装载方式
催化剂模块安装前应保证外包装完整，且始终保持水平状态，在装入反应器之前必须保持模块处于干燥状态。
1、催化剂模块的翻转
催化剂安装时，必须先撤去包装并翻转。
当使用叉车、吊索或其他专用翻转工具进行翻转时，将已经拆包装的模块用叉车叉起，吊具固定在模块的烟气进口方向，将吊车的挂钩固定在吊具上，启动吊机完成翻转，吊车提升速度不应超5m/min。
操作必须谨慎，避免模块剧烈震动或机械碰撞，避免模块意外“掉下”。
2、催化剂模块的起吊
使用起吊工具把催化剂模块从地面起吊到加料门或加料平台上。
起吊工具设计目的在于减少位于反应器内部时的高度净空，并起到连接滑轮，手拉葫芦，吊车和模块的作用。
起吊工具的重量为115.58kg，最大起重量为2.5t。
起吊催化剂时，必须保持缓慢平稳的速度，防止模块掉下或突然移动。
起吊速度不应超过12米/分钟，下降速度不应超过出现7.5米/分钟。
如使用起重机提升，须对具体的起吊速度上限做出规定。
起吊模块时，应使用合适的起重机，并按照相应的起吊程序进行操作。
用起重机或吊车把模块起吊到加料台上。
使用吊车或起重机，把模块平稳地放在加料门前面的平台上。
把模块放在平台上。
把模块下落到加料门前面的平台上，直接放于叉车上。
用叉车将模块推至加料门口。
用手拉葫芦吊钩与起吊吊具连接在一起。
把模块推进反应器
催化剂模块的在反应器内的安装
3、催化剂模块的密封
安装模块时要求在模块框架之间、模块框架与SCR反应器壳体之间加设密封件或添加陶瓷纤维密封材料，防止发生泄漏，具体细节操作参照模块和反应器的图纸。
（1）一些模块在安装到SCR反应器后，需要直接靠在密封件上，而有些模块则需要将密封材料填充到模块和反应室之间，这些密封材料可以是和模块配套供应，也可以是单独供应，安装时可以用螺丝刀，小液压千斤顶等其他工具拆卸模块。
（2）某些反应器要求在模块啮合面上填充密封材料，然后再放入下一块模块。
（3）有些密封系统是在模块在反应器中的位置固定后再进行安装，安装的密封件像一顶帽子一样扣在模块缝隙的顶部，密封件可以采用安置、紧固或焊接定位。
4、催化剂模块的现场焊接
催化剂模块一般不需要焊接装配，但是某些安装过程可以通过焊接来达到模块防护和密封效果。
如果在催化剂模块上或是周围进行焊接请做好催化剂防护措施。
用防火毯紧密地盖在催化剂表面，以避免焊接产生的副产物接触到催化剂，焊渣，火花和烟气都会毒化催化剂。
如果实际情况允许，可以用风机将焊接烟气吹离催化剂。
5、SCR反应器中的加载和卸载
（1）安装催化剂模块之前，应先将SCR反应器、入口通道及电厂装置中的灰尘、铁锈、油污、废钢料、碎布料、废填充料及其他杂质清除干净。
（2）当脱硝系统安装完成启动脱硝装置之前，或者脱硝装置长时间未使用重新启动之前，应对反应器等脱硝设备进行清洁，如：
使用吸尘装置移除残留在催化剂内部的杂质。
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