SCR脱硝技术.docx

1、SCR脱硝技术SCR脱硝技术1 SCR脱硝技术介绍 第一部分脱硝理论 一、脱硝的意义 1、NOx的产生机理 NOx主要包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等化合物其中最重要的是NO和NO2。烟气中的NO约占90左右排入大气后部分再氧化成NO2故研究NOx的生成机理主要是研究NO的生成机理。 NO的生成形式有燃料型、温度型和快速温度型三种。 1、热力型NOx它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。 2、快速型NOx是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如HC等反应生成的NOx。 3、燃料型NOx它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。 这三种类

2、型的NOx其各自的生成量和煤的燃烧温度有关在电厂锅炉中燃料型NOx 是最主要的其占NOx总量的6080热力型其次快速型最少。 2、NOx的危害 NO相对无害但NO极易被进一步氧化成NO2而NO2是一种氧化剂对人体有毒害作用可引起呼吸疾病如咳嗽和咽喉痛如再加上NO2的影响则可加重支气管炎、哮喘病和肺气肿。NO2在强阳光照射下与挥发性有机物之间的光化学反应产生臭氧、过氧乙酰硝酸酯等更强的氧化剂对眼晴有强烈的刺激作用对健康影响很大。 NOx可以通过皮肤接触和摄入被污染的食品进入消化道对人体造成危害也可以通过呼吸道吸入人体给人体造成更为严重的伤害。危害主要有 1NOx对人体的致毒作用危害最大的是NO2

3、主要影响呼吸系统可引起支气管炎和肺气肿等疾病 2NOx对植物的损害 3NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染物 2 4NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾 5NOx参与臭氧层的破坏。 燃煤锅炉排放的烟气中含有SO2、NOx和粉尘等多种有害成份其中氮氧化物NOx是、脱硝方法 NOx的治理技术可分重点控制的污染物之一。 二、脱硝的常见方法 1为燃烧的前处理、燃烧方式的改进及燃烧的后处理三种。 1燃烧前的处理通过脱氮减少燃料中的含氮量从而减少燃烧过程NOx的生成量 2燃烧技术的改进有低氧燃烧、排气循环燃烧、注入蒸汽或水、二级燃烧、分段燃烧、降低空气比和浓差燃烧。其中效果最好的是二级燃烧和浓差燃烧。 3燃烧的

4、后处理也就是对燃烧产生的含NOx的烟气尾气进行处理的方法即烟气脱硝。 2、常见烟气脱硝方法及比较 适用性及特点 特点 脱除率 投资费用 SCR 在特定催化剂作用下用氨或其它还原剂选择性地将NOx还原为N2 和H2O。 适合排气量大连续排放源 二次污染小净化效率高技术成熟设备投资高关键技术含量高 8090 高 SNCR 用氨或尿素类物质使NOx 还原为N2 和H2O。适合排气量大连续排放源 不用催化剂设备和运行费用少NH3用量大二次污染难以保证反应温度和停留时间 3060 较低 液体吸收法 先用氧化剂将难溶的NO 氧化为易于被吸收的NO2再用液体吸收剂吸收。 处理烟气量很小的情况下可取 工艺设备

5、简单、投资少收效显著有些方法能回收NOx效率低副产物不易处理目前常用的方法不适于处理燃煤电厂烟气 效率低 较低 微生物法 适用范围较大 工艺设备简单、能耗及处理费用低、效率高、无二次污染微生物环境条件难以控制仍处于研究阶段 80 低 3 活性炭 吸附法 排气量不大 同时脱硫脱硝回收NOx和SO2运行费用低吸收剂用量多设备庞大一次脱硫脱硝率低再生频繁 8090 高 电子束法等离子体法 适用范围较大用电子束照射烟气生成强氧化性OH 基、O 原子和NO2这些强氧化基团氧化烟气中的二氧化硫和氮氧化物生成硫酸和硝酸加入氨气则生成硫硝铵复合盐。 同时脱硫脱硝无二次污染运行费用高关键设备技术含量高不易掌握。

6、 85 高 3、SCR法简介 在含氧气氛下还原剂优先与废气中NO反应的催化过程称为选择性催化还原。以NH3作还 原剂V2O5-TiO2为催化剂来消除固定源如火力发电厂排放的NO的工艺已比较成熟。 也是目前唯一能在氧化气氛下脱除NO的实用方法。 在理想状态下此法NO脱除率可达90以上但实际上由于NH-3量的控制误差而造成的二次污染等原因使得通常的脱除率仅达6580。性能的好坏取决于催化剂的活性、用量以及NH3与废气中的NOx的比率。 NH3-SCR消除NO的方法已实现工业化且具有反应温度较低573753K、催化剂不含贵金属、寿命长等优点。 但也存在明显的缺点 1由于使用了腐蚀性很强的NH3或氨水

7、对管路设备的要求高造价昂贵 2由于NH3的加入量控制会出现误差容易造成二次污染 3易泄漏操作及存储困难且易于形成NH42SO4 4这个过程只能适用于固定污染源的净化难以解决如汽车发动机等移动源产生的NO消除问题。 4、脱硝设备的布置方式 SCR系统的布置方式有三种有高温高尘布置方式此外还有高温低尘及低温低尘的布置形式。 高温低尘布置方式是指SCR反应器布置在省煤器后的高温电除尘器和空气预热器之间该布置方式可防止烟气中飞灰对催化剂的污染和对反应器的磨损与堵塞其缺点是电除尘器在300400?的高温下运行条件差。 低温低尘布置或称尾部布置方式是将SCR反应器布置在除尘器和烟气脱 4 硫系统之后催化剂

8、不受飞灰和SO2的影响但由于烟气温度较低一般需要气气换热器或采用加设燃油或天然气的燃烧器将烟温提高到催化剂的活性温度势必增加能源消耗和运行费用。 高温高尘布置方式是目前应用最为广泛的一种其优点是催化反应器处于300400?的温度范围内有利于反应的进行然而由于催化剂处于高尘烟气中条件恶劣磨刷严重寿命将会受到影响。 高温高尘布置的特点 a SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间烟气未经过ESP除尘。 b 烟道系统简单压力c 反应温度比较合适320-400?一般不需要额外的热源损失较小一般小于1000Pa。加热处理后的烟气运行费用较低。 d 烟气含尘量较高烟气中重金属SO2及逃逸物等含量较高对

9、催化剂的活性存在不利影响容易造成下游设备和反应器本体堵灰。 e 对于高含尘烟气催化剂烟气通道必须加大以避免堵灰这样会降低催化剂的比面积从而会增大催化剂的用量。 f 钢结构耗量较大。 5 三、催化还原反应原理 催化还支原法是在催化剂作用下利用还原剂将氮氧化物还原为氮气。 依据还原剂是否与O2发生反应将催化还原法分为选择性催化还原法和非选择性还原法。 选择性催化还原法通常用NH3作为还原剂在铂或非重金属催化剂的作用下在较低温度条件下NH3有选择地将废气中的NOX还原为N2而基本上不与氧发生反应从而避免了非选择性还原法的一些技术问题。不仅使用的催化剂易得选择余地大而且还原剂的起燃温度低床温低从而有利

10、于延长催化剂寿命和降低反应器对材料的要求。选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOX废气目前已用于净化燃烧烟气中的NOX。 2、反应原理 1、在温度较低时在反应器中NH3与废气中的NO2、NO在催化剂的作用 6 下发生反应反应式如下 6NO4NH3?5N26H2O 1 6NO28NH3?7N212H2O 2 4NO4NH3O2?4N26H2O 3 2NO24NH3O2?3N26H2O4 在一般的选择性催化还原工艺中反应温度常控制在300度因为温度超过350度会发生下列副反应。 2NH3N23H2 4NH35O24NO6H2O 选择合适的催

11、化剂可以降低副反应4NH33O22N26H2O的速率。 2、副反应 SCR方式的不良副反应为SO2的氧化反应和NH3与SO3反应生成NH4 HSO4。 副作用方程式 SO2 1/2 O2 ? SO3 NH3 SO3 H2O ? NH4 HSO4 SO2的氧化反应随着温度的升高而加剧同时催化剂对此反应具有催化作用。一般450?为设计极限。 NH3与SO3的反应随着烟气温度的降低而加剧NH4 HSO4为粘性物质会堵塞催化剂孔隙降低其活性同时还会对下游设备如空预器除尘器等造成危害。 四、脱硝装置的系统构成 图1-1 SCR工艺的化学反应过程 7 液氨槽车液氨储罐氨蒸发器氨缓冲槽氨混和器稀释风机催化反

12、应器氨喷射隔栅锅炉省煤器空预器去除尘器SCR系统原则性工艺流程图 脱硝设备布置包括脱硝设施本体和制氨车间两部分。 脱硝设施本体布置在锅炉末排钢柱外送风机和一次风机及电除尘器入口烟道的上方制氨车间布置在主厂房固定端综合水泵房东南侧。在SCR入口烟道或SCR装置下不设置灰斗。 第二部分脱硝工艺流程 液氨从液氨槽车直接送入液氨储槽再经过蒸发槽蒸发为气态氨后通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区通过与空气均匀混合后由分布导阀进入SCR反应器SCR反应器设置于空气预热器上游气氨进入SCR反应器的上方通过一种特殊的喷雾装置和烟气均匀分布混合混合后烟气通过反应器内触媒层进行还原反应并完成脱硝过程。脱硝后的烟气再进

13、入空气预热器继续进行热交换。 电厂烟气脱硝SCR工艺系统包括氨储存及供应系统和脱硝反应系统两部分组成。 8 一、液氨储存及供应系统 液氨储存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发槽、液氨泵若有、氨气缓冲槽、稀释风机、混合器、氨气稀释槽、废水泵等。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内再送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气经氨气缓冲槽来控制一定的压力及其流量然后与稀释空气在混合器中混合均匀再送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中经水的吸收由废水泵排入排水槽再送至废水处理厂处理。 9 液氨来自槽车接槽车氨压缩机液氨贮槽

14、氨蒸发器氨缓冲罐去脱硝系统氨站工艺流程示意图 1 卸料压缩机 卸料压缩机抽取储氨罐中的氨气经压缩后将槽车的液氨推挤入液氨储罐中。 2 储氨罐 储槽上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀为储槽液氨泄漏保护所用。储槽还装有温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器将信号送到机组DCS当储槽内温度或压力高时送到机组DCS报警。储槽有防太阳辐射措施四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴当储槽槽体温度过高时自动淋水装置启动对槽体自动喷淋减温当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置对氨气进行吸收控制氨气污染。 3 液氨供应泵若有 液氨进入蒸发槽可以使用压差和液氨自身的重力势能实现也可以采用液氨泵来供应。

15、如选择液氨泵应选择专门输送液氨的泵为保证氨的不间断供应氨泵应采用一用一备。 4 液氨蒸发槽 液氨蒸发所需要的热量采用蒸汽加热表面式来提供热量。蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在一定范围当出口压力达到过高时则切断液氨进料。在氨气出口管线上装有温度检测器当温度过低时切断液氨使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力蒸发槽也装有安全阀可防止设备压力异常过高。液氨蒸发 10 槽两台机组共设置三台单台容量为单台机组的100本期工程安装三台。 5 氨气缓冲槽氨气积压器 从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲槽通过调压阀减压成一定压力再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统。液氨缓冲槽应满足为SCR系统供应稳定的氨气避免

16、受蒸发槽操作不稳定所影响。缓冲槽上设置有安全阀保护设备。 6 氨气稀释槽 氨气稀释槽为一定容积水槽水槽的液位由满溢流管线维持稀释槽设计连结由槽顶淋水和槽侧进水。液氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽低部进入通过分散管将氨气分散入稀释槽水中利用大量水来吸收安全阀排放的氨气。 7 稀释风机 喷入反应器烟道的氨气为空气稀释后的含5左右氨气的混合气体。氨气是爆炸性气体因此空气将氨稀释时要避免接近爆炸限度16。稀释风机应按每台机组两台100容量一用一备设置。 8 氨气泄漏检测器 液氨储存、供应系统、反应装置以及其他可能发生氨气泄漏的区域周边设有氨气检测器以检测氨气的泄漏并送420mA至DCS显

17、示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时送一路至主厂房的火灾报警系统报警并送一路在机组控制室DCS会发出警报操作人员采取必要的措施以防止氨气泄漏的异常情况发生。电厂液氨储存及供应系统应采取措施与周围系统作适当隔离。 9 排放系统 在氨制备区设有排放系统使液氨储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统将氨气系统紧急排放的氨气经由氨气稀释槽吸收成氨废水后经废水泵排放至排水槽再送至废水处理厂处理。 10 氮气吹扫系统 液氨储存及供应系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的安全问题。本系统的卸料压缩机、储氨罐、氨气蒸发槽、氨气缓冲槽等都备有氮气吹扫管线。在液氨卸料之

18、前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫防止氨气泄漏和系统中残余的 11 空气混合造成危险。 二、烟气系统 烟道系统 包括省煤器出口烟道接口SCR反应器入口SCR出口到空气预热器入口前烟道接口包含所有烟道、风门、支吊架、膨胀节等部件。 烟道上设有耐腐蚀材质织物补偿器耐温420?内部设防尘板与锅炉厂分界点处烟道三个方向的热位移由织物补偿器吸收除此织物补偿器外反应器进出口烟道上其它补偿器需选用CE型不锈钢补偿器补偿热位移。 脱硝反应器不设置烟气旁路系统。 三、SCR反应器 脱硝反应系统脱硝反应系统由触媒反应器、氨喷雾系统、空气供应系统所组成。SCR反应器的设计承压能力大

19、于?6500Pa瞬时不变形承载能力不低于?9800Pa。最低连续运行烟温308?。最高连续运行烟温420?。 1、反应器本体 包含反应器壳体、反应器主支撑钢结构、壳体内部所包含的支撑结构、灰斗、催化剂、烟气整流装置、密封装置等。 每炉设置两台反应器。催化剂数按“21”布置。即每个反应器设有两层催化剂预留一层空间为备用层。 烟气竖直向下流动反应器入口设气流均布装置在空预器进口烟道接入反应器和反应器进出口烟道均安装有导流板。导流板的作用一方面是减少烟气涡流产生避免烟气阻力增大另一方面是与整流层共同作用使烟气流场均匀分布则烟气与氨气、催化剂均匀接触从而保证脱硝效率。 1 反应器本体是脱硝装置最重要的

20、部分外型为矩形立方体四壁为侧板并形成壳体催化剂分2 层布置在壳体内另外设置了一个预备层。 2 烟气中的氮氧化物 NOx 与在反应器的上游注入的氨气 NH3一起通过催化剂层 并将 NOx 分解为水汽 H2O 和氮气 N2 。 3 为了使反应器内的烟气均匀流过催化剂层在烟气进口处设置了导流板 在催化剂层的上方设整流装置。反应器内的催化剂框架底部设有烟气密封的结构。 4 反应器本体有足够的强度 可充分地承受催化剂重量、自重和内部压力等负 12 荷。 5 反应器会因烟气温度升高而引起热膨胀。所以在支承反应器的钢支架上 设有可滑动的支座以消除膨胀引起的内应力。 6 对于反应器内部易于磨损的部位设置有防磨

21、措施。 7 反应器外部设有保温层由于催化还原反应为放热反应烟温略有提高考虑到沿程散热损失进入空预器时烟气温度基本不变温度偏差可以控制在3-5?内。 2、氨气喷射涡流混合器 本公司采用的氨气喷射混合系统为“涡流式混合器”此项技术是专利技术在多个项目得到验证实际使用效果优异。 其工作原理利用了空气动力学中驻涡的理论。如图所视在烟道内部选择适当的直管段布置几个圆形或其他形状的扰流板并倾斜一定的角度在背向烟气流动方向的适当位置安装氨气喷嘴这样在烟气流动的作用下就会在扰流板的背面形成涡流区这个涡流区在空气动力学上称为“驻涡区”驻涡的特点是涡流区的位置是很定不变的也就是说无论烟气流速的大小怎样变化涡流区的

22、导流板 H 整流层 催化剂运行层层 催化剂备用层 导流板 催化剂模块 8890 7660 SCR反应器 10500 13 位置基本不变。 稀释后的氨气通过管道喷射到驻涡区内在涡流的强制作用下充分混合实现混合均匀性达到催化剂入口混合度不均匀性的技术要求。保证NH3/NOX沿烟道截面均匀的分布。 氨气喷雾系统氨和空气在混合器和管路内充分混合再将此混合物导入氨气分配总管内。氨气喷雾系统含供应函箱、喷雾管格子和喷嘴等。每一供应函箱安装一个节流阀及节流孔板可使氨气混合物在喷雾管格子达到均匀分布。氨气混合物喷射配合NOX 浓度分布靠 14 雾化喷嘴来调整。 喷射系统具有良好的热膨胀性、抗热变形性和和抗振性

23、。氨喷射孔不集灰。 因其处于锅炉的高含尘区域的因素所选用的材料为耐磨材料或充分考虑防磨措施加以保护。 氨注入格栅分布管上设有压缩空气管道当注入格栅喷头发生堵塞时可进行吹扫。 在进氨装置分管阀后应设有氮气预留阀及接口在停工检修时用于吹扫管内氨气。氨喷射系统应采用国外进口。 3、催化剂层 SCR脱硝反应器垂直布置用于放置和固定催化剂模块。为了将催化剂模块装入反应器反应器设有安装门和催化剂模块更换平台。根据需要的催化剂体积不同反应器装设有几个重载平台催化剂模块可以在这些平台上面移动和就位。催化剂模块之间、催化剂模块与反应器壁面之间用密封板密封。SCR脱硝反应器的尺寸可以确保任何厂家生产的催化剂都能装

24、入。 采用进口蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂应整体成型。采用模块化设计以减少更换催化剂的时间和工作量。采用钢结构框架并便于运输、安装、起吊。 根据锅炉飞灰的特性合理选择节距大小并设计有防堵灰措施以确保催化剂不堵灰。同时催化剂设计应尽可能的降低压力损失。 催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。 4、氨的稀释空气 喷射系统设置流量调节阀能根据烟气不同的工况进行调节。蒸发的液氨在喷入烟气前应该用空气稀释为保证安全可靠允许的最大氨浓度应该小于5。使得注入烟道的氨与烟气在进入SCR反应器本体之前充分混合使催化剂均匀发挥效用 。 本装置用压力送风机的出口空气将氨稀释到 5浓度

25、左右然后注入烟气中。氨气是爆炸性气体 因此空气将氨稀释时 要避免接近爆炸限度 15.7本装置设定为5 以内8应引起注意超过12系统将自动退出。烟气内的氨气注入量越多 则扩散效果越好。与烟气的混合效果也越好。当稀释浓度计的发 15 出警报时 应确认一下氨的注入量 并迅速检查稀释空气管路的情况加以处理。 四、电气及控制系统 电气系统包括脱硝系统所有供配电系统、照明、电气控制与保护。 整套脱硝控制系统包含程控柜、电源柜包括柜内所有的继电器、电源开关等辅助设备和柜内接线等现场的控制箱、仪表柜和接线盒脱硝及制氨系统内所有仪表及控制设备包括氨逃逸率检测仪器脱硝及制氨系统内所有仪表阀门及导管仪表阀门等。 S

26、CR和脱硝剂制备系统的DCS控制系统接入到主机DCS系统进行监视控制就地不设操作员站。整个脱硝系统作为单元机组DCS系统的一部分运行人员直接通过集控室中机组DCS操作员站完成整个脱硝系统的监控。实现自动对有关参数进行扫描和数据处理定时制表参数越限时自动报警和打印根据人工指令自动完成各局部工艺系统或辅机的程序启停、模拟量控制。当系统发生异常或事故时通过保护、联锁或人工干预使系统能在安全工况下运行或停机。 控制系统能满足单元机组SCR安全启动、停机的要求在锅炉50BMCR100BMCR工况下、同时进烟温度范围在280?380?条件下保证被控参数不超出允许值以达到最佳脱硝效果。 五、其它系统 1、催

27、化剂装卸系统 2、消防系统脱硝系统SCR反应器本体区域和液氨储存、制备、供应系统区域范围内的水消防系统、气体消防灭火系统、火灾报警和消防控制系统。脱硝火灾探测及报警系统应作为主厂房火灾探测及报警系统的一个子站与主厂房采用相同的系统以便通讯联网。 3、吹灰系统主要采用蒸汽吹灰器或声波吹灰器吹灰方式将催化剂中的积灰吹扫干净避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降。 3、给排水系统脱硝剂储存、制备、供应系统区域和SCR反应器本体区域给排水系统包括SCR反应器本体区域洗手池、洗眼器、喷淋房给排水雨水排水相关系统设备、管道、附件及支吊架等。 4、暖通系统 脱硝系统SCR反应器本体区域和液氨储存、制备、供应系统区域范围内采暖 16 通风和空气调节系统的设备、管道、附件及支吊架。 5、脱硝装置灰斗省煤器及反应器前后灰.