煙氣脫硝裝置（ SCR）技術(shù)
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關(guān)鍵詞: 煙氣脫硝,脫硝 , 煙氣脫硝模塊, 脫硝模塊, SCR煙氣脫硝, SNCR煙氣脫硝
SCR裝置運(yùn)行原理如下:
氨氣作為脫硝劑被噴入高溫?zé)煔饷撓跹b置中,在催化劑的作用下將煙氣中NOx 分解成為N2和H2O,其反應(yīng)公式如下:
催化劑
4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O
催化劑
NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
一般通過(guò)使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?上述反應(yīng)可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內(nèi)有效進(jìn)行, 在NH3 /NO = 1的情況下,可以達(dá)到80～90%的脫硝效率。
煙氣中的NOx 濃度通常是低的,但是煙氣的體積相對(duì)很大,因此用在SCR裝置的催化劑一定 是高性能。因此用在這種條件下的催化劑一定滿足燃煤鍋爐高可靠性運(yùn)行的要求。
煙氣脫硝技術(shù)特點(diǎn)
SCR脫硝技術(shù)以其脫除效率高,適應(yīng)當(dāng)前環(huán)保要求而得到電力行業(yè)高度重視和廣泛的應(yīng)用。 在環(huán)保要求嚴(yán)格的發(fā)達(dá)國(guó)家例如德國(guó),日本,美國(guó),加拿大,荷蘭,奧地利,瑞典,丹麥等國(guó)SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)是應(yīng)用zui多、zui成熟的技術(shù)之一。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn), SCR脫硝技術(shù)必然會(huì)成為我國(guó)火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術(shù)并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡(jiǎn)圖。
SCR脫硝系統(tǒng)一般組成
圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡(jiǎn)圖, SCR系統(tǒng)一般由氨的儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測(cè)控制系統(tǒng)等組成。
液氨從液氨槽車(chē)由卸料壓縮機(jī)送人液氨儲(chǔ)槽,再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過(guò)氨緩沖槽和
輸送管道進(jìn)人鍋爐區(qū),通過(guò)與空氣均勻混合后由分布導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng), SCR反應(yīng)器設(shè)置于空氣預(yù)熱器前,氨氣在SCR 反應(yīng)器的上方,通過(guò)一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合,混合后煙氣通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)催化劑層進(jìn)行還原反應(yīng)。
SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要有反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器內(nèi)空間速度或還原劑的停留時(shí)間、NH3 /NOx 摩爾比、NH3 的逃逸量、SCR系統(tǒng)的脫硝效率等。
氨儲(chǔ)存、混合系統(tǒng)
每個(gè)SCR反應(yīng)器的氨儲(chǔ)存系統(tǒng)由一個(gè)氨儲(chǔ)存罐,一個(gè)氨氣/空氣混合器,兩臺(tái)用于氨稀釋的 空氣壓縮機(jī)（一臺(tái)備用）和閥門(mén),氨蒸發(fā)器等組成。氨儲(chǔ)存罐可以容納15天使用的無(wú)水氨,可充 至85%的儲(chǔ)罐體積,裝有液面儀和溫度顯示儀。液氨汽化采用電加熱的方式,同時(shí)保證氨氣/空氣混合器內(nèi)的壓力為350 kPa。 NH3 和煙氣混合的均勻性和分散性是維持低NH3 逃逸水平的關(guān)鍵。為了保證煙氣和氨氣在煙道分散好、混合均勻,可以通過(guò)下面方式保證混合:在反應(yīng)器前安裝靜態(tài)混合器;增加NH3 噴入的能量;增加噴點(diǎn)的數(shù)量和區(qū)域;改進(jìn)噴射的分散性和方向;在NH3 噴入后的煙道中設(shè)置導(dǎo)流板;同時(shí)還應(yīng)根據(jù)冷態(tài)流動(dòng)模型試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)學(xué)流動(dòng)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)噴氨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
噴氨系統(tǒng)
噴氨系統(tǒng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷、反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)器出口NOx 濃度測(cè)量的反饋信號(hào),控制 氨的噴入量。
反應(yīng)器系統(tǒng)
SCR反應(yīng)器采用固定床形式,催化劑為模塊放置。反應(yīng)器內(nèi)的催化劑層數(shù)取決于所需的催化劑反應(yīng)表面積。典型的布置方式是布置二至三層催化劑層。在zui上一層催化劑層的上面,是一層無(wú)催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進(jìn)入催化劑層時(shí)分布均勻。通常,在第三層催化劑下面還有一層備用空間,以便在催化劑活性降低時(shí)加入第四層催化劑層。在反應(yīng)器催化劑層間設(shè)置吹灰裝置,定時(shí)吹灰,吹掃時(shí)間30～120分鐘,每周1～2次。如有必要,還應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部的定期清理。反應(yīng)器下設(shè)有灰斗,與電廠排灰系統(tǒng)相連,定時(shí)排灰。
省煤器和反應(yīng)器旁路系統(tǒng)
在省煤器前和反應(yīng)器之間設(shè)置旁路,稱(chēng)之為省煤器旁路。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低,煙氣流量減少,進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度低于要求值時(shí),旁路開(kāi)通,向反應(yīng)器導(dǎo)入高溫?zé)煔?提高反應(yīng)器內(nèi)的溫度。此外,在反應(yīng)器入口和出口間裝有一個(gè)大的旁路,稱(chēng)之為反應(yīng)器旁路。反應(yīng)器旁路的作用是:鍋爐負(fù)荷降低時(shí)使用。例如開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)使用,低負(fù)荷時(shí)使用和季節(jié)性使用。以防止低溫造成催化劑中毒及催化劑污染。所有SCR系統(tǒng)旁路的插板門(mén)均要保證零泄露。
催化劑
催化劑是電廠SCR工藝的核心,它約占其投資的l/3。為了使電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)SCR工 藝使用的催化劑應(yīng)達(dá)到下列要求:
———低溫度時(shí)在較寬溫度范圍具有較高的活性
———高選擇性（ SO2 向SO3 轉(zhuǎn)換率和其他方面作用低即副反應(yīng)少）
———對(duì)二氧化硫（ SO2 ） 、鹵族酸（HCl, HF）和堿金屬（Na2O、K2O）和重金屬（如As）具有化學(xué) 穩(wěn)定性
———克服強(qiáng)烈溫度波動(dòng)的穩(wěn)定性
———對(duì)于煙道壓力損失小
———壽命長(zhǎng)、成本低理想的催化劑應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn): 1. 高活性; 2.抗中毒能力強(qiáng); 3. 好的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性; 4. 有合適的工作溫度區(qū)間。
SCR法催化劑基本概念
催化劑種類(lèi)
形狀:zui初開(kāi)發(fā)的催化劑是粒狀的?，F(xiàn)在為了防止催化劑層被粉末堵塞,減少壓力的損失,而 采用蜂窩狀或平板狀催化劑。這種催化劑可根據(jù)排氣中粉末濃度選定格子的間距。圖2是蜂窩狀催化劑的外觀照片。
組成:一般,催化劑是由①基材（構(gòu)成催化劑的骨架） 、②載體（使活性金屬成分能夠較好的分散合保持的材料）以及③活性金屬（起催化作用的成分）構(gòu)成。但現(xiàn)在使用的蜂窩狀催化劑不是用基材的,它是把載體材料本身作為基材制成蜂窩狀。表1為催化劑的結(jié)構(gòu)及其功能。
催化劑性能
對(duì)催化劑性能影響較大的因素有反應(yīng)溫度、催化劑量、氨的注入量,如圖3所示。由于在250～450 ℃（是350～400 ℃） ,催化劑有*活性,通常脫硝反應(yīng)設(shè)定在這個(gè)溫度范圍內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)溫度不在這個(gè)溫度范圍內(nèi)時(shí),催化劑的性能將降低,尤其是在高溫區(qū)域使用時(shí),由于過(guò)熱促使催化劑的表面被燒結(jié),使催化劑壽命降低。
但是,zui近隨著脫硝裝置適用范圍的擴(kuò)大,同時(shí)也要求催化劑的使用溫度范圍擴(kuò)大,如適用于反應(yīng)溫度200 ℃的垃圾焚化爐（袋濾器出口處設(shè)置的脫硝裝置）的低溫催化劑,或者是適用于反應(yīng)溫度超過(guò)550 ℃的單循環(huán)氣輪機(jī)（在氣輪機(jī)出口處設(shè)置的脫氮裝置）的高溫脫硝催化劑。催化劑反應(yīng)溫度的依賴(lài)特性是由催化劑的各種活性成分（V2O5、WO3 等）的含有濃度以及比例所決定的。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇活性金屬的組成,可以制造適合于各種用途且具有*特性的催化劑。圖4為活性金屬種類(lèi)和催化劑活性。
催化劑量是根據(jù)脫硝裝置的設(shè)計(jì)能力和操作要求來(lái)決定的,增加催化劑量可以提高脫硝性能。在實(shí)際中,催化劑的初期充填量是設(shè)計(jì)要求的zui適量和使用期間的損失量之和。一般用SV 值[ SV值=處理氣體量（m3 （Vn ） /h ） /催化劑量（m3 ） ]來(lái)表示催化劑的充填量指標(biāo)。脫硝反應(yīng)時(shí),排放氣體中的NOx 和注入的NH3 幾乎是以1: 1的物質(zhì)的量之比進(jìn)行反應(yīng),因此在相同的催化劑充填量下,通過(guò)增加NH3 的注入量,也會(huì)使NH3的泄漏量增加,所以在決定氨濃度和催化劑量時(shí)必須考慮對(duì)脫硝裝置后部機(jī)器的影響。
NH3 量的注入指標(biāo)用注入的NH3 和處理氣體中的NOx 的物質(zhì)的量（容量）之比（NH3 /NOx ）表示,一般根據(jù)所要求的脫硝裝置性能來(lái)設(shè)定NH3 /NOx。排放氣體中含有的其他成分,如水（H2O） 、氧氣（O2 ）等,對(duì)脫硝性能僅有很小的影響,而SOX、NOx、N2 則沒(méi)有影響。但是,因NH3 的注入量是根據(jù)NH3 和NOx 的物質(zhì)的量之比決定的,所以NOx 濃度對(duì)NH3 泄漏濃度有影響
催化劑性能隨時(shí)間的變化
在工業(yè)裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí),隨使用時(shí)間的增加,催化劑性能的下降是不可避免的,其性能下降的
程度隨工業(yè)裝置運(yùn)行條件（燃料性質(zhì)、處理氣體溫度等）而有所不同。通常是以一定反應(yīng)條件下的反應(yīng)速度常數(shù)（它隨著催化劑種類(lèi)和反應(yīng)溫度而變化）來(lái)評(píng)價(jià)催化劑。催化劑的性能隨著使用時(shí)間的增加而下降,當(dāng)其性質(zhì)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),就需要更換催化劑。催化劑從開(kāi)始使用到換用時(shí)為止的時(shí)間被稱(chēng)為催化劑的壽命。但是催化劑的壽命與機(jī)械零件的壽命不同,催化劑壽命的長(zhǎng)短也有很大差異。工業(yè)脫硝中,催化劑壽命隨工業(yè)裝置的種類(lèi)而有所不同,一般燃煤鍋爐為5～6 a,燃油鍋爐為7～8 a,燃?xì)忮仩t為8～10 a。
對(duì)于燃煤機(jī)組,哈鍋*脫硝裝置選用蜂窩狀催化劑,原因如下:
1）在世界燃煤機(jī)組的脫硝裝置上,蜂窩狀催化劑應(yīng)用zui廣泛。
2）同波紋板式、板式催化劑相比,蜂窩狀催化劑具有如下優(yōu)點(diǎn),如表2所示。
SCR測(cè)量控制系統(tǒng)
反應(yīng)溫度控制
在一定溫度范圍內(nèi),隨反應(yīng)溫度提高,NOx 脫除率急劇增加,脫硝率達(dá)到zui大值時(shí),溫度繼續(xù)升高會(huì)使NH3 氧化而使脫硝率下降; 反應(yīng)溫度過(guò)低,煙氣脫硝反應(yīng)不充分,易產(chǎn)生NH3 的逃逸。
因此要對(duì)SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并通過(guò)調(diào)節(jié)省煤器旁路開(kāi)度控制SCR 系統(tǒng)入口煙氣溫度
氨量控制
在NH3 /NOx 摩爾比小于1 時(shí),隨NH3 /NOx摩爾比增加,脫硝效率提高明顯; NH3 投入量超過(guò)
需要量, NH3 會(huì)造成二次污染, 一般控制NH3 /NOx 摩爾比在1. 0左右。NH3 的流量控制閥調(diào)節(jié)
控制NH3 的流量,控制系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)器入口NOx的濃度、煙氣流量、反應(yīng)器出口所要求NOx 的排放濃度和氨的逃逸濃度計(jì)算出氨的供給流量。為保證人身和設(shè)備安全,發(fā)生下列情況,氨氣
閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉:低的煙氣流量;高的氨氣/空氣比;催化劑入口煙氣溫度過(guò)高;催化劑入口煙氣溫度過(guò)低;沒(méi)有來(lái)自鍋爐的運(yùn)行允許信號(hào);啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)。
氨稀釋空氣流量控制
氨稀釋用空氣流量在SCR 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)被設(shè)定好,不再調(diào)整。兩臺(tái)空氣壓縮機(jī),一臺(tái)備用。當(dāng)?shù)?臺(tái)空氣壓縮機(jī)輸出氣體壓力低于設(shè)定值或發(fā)生故障時(shí),第2臺(tái)空氣壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)
氨氣蒸發(fā)器
氨氣蒸發(fā)器與儲(chǔ)罐為一體化結(jié)構(gòu),加熱器放置在無(wú)水氨的液體中,通過(guò)氨儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力控制加熱器。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力低于設(shè)定壓力時(shí),加熱器通電加熱液氨;加熱器過(guò)熱則斷電保護(hù)。
技術(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人王工簡(jiǎn)介: （） 從事大氣污染控制等方面的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國(guó)家二十項(xiàng).主持大中型環(huán)保工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)20余項(xiàng)，主持大型環(huán)保工程總承包2項(xiàng)，涉及工程投資近3億元，是（電改袋）施工的主要負(fù)責(zé)人之一，有豐富的施工組織和管理經(jīng)驗(yàn)，也是”863“.國(guó)內(nèi)*臺(tái)電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時(shí)煙氣量全套設(shè)計(jì)方案參與。星火熱電廠75噸/小時(shí)鍋爐袋式除塵，脫硫設(shè)計(jì)方案主要負(fù)責(zé)人...2005年11月設(shè)計(jì)日本帝人三原事務(wù)所世界*臺(tái)以煤、舊輪胎及少量料制品為混合燃料65T/H高溫高壓環(huán)流化床鍋爐（煤、木屑、舊輪胎混合燃料）袋式除塵器，240T/H電袋復(fù)合除塵器及脫硫通過(guò)日本專(zhuān)家審核,。出口粉塵濃度≤20 mg/ Nm3 。山西左權(quán)鑫興冶煉廠硅冶煉電爐煙氣凈化除塵，山西安泰焦化廠4000M2至6000M2的大型阻火防爆型脈沖除塵器在焦?fàn)t除塵.重慶太極集團(tuán)制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統(tǒng). 濟(jì)南鋼鐵股份有限公司*燒結(jié)廠660000 m3/h電袋復(fù)合除塵器主設(shè)計(jì)，山東江泉集團(tuán)臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設(shè)計(jì)，河南省汝州巨龍實(shí)業(yè)有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復(fù)合除塵及脫硫系統(tǒng)工程,河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司12.5萬(wàn)噸電解煙氣凈化系統(tǒng),廣西北海高嶺科技15平方，25平方電除塵器，黑龍江雙鴨山水泥廠100平方和50平方電除塵器，江蘇射陽(yáng)熱電有限公司88平方電除塵器,郴州熱電130t/h機(jī)組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SNCR工程, 畢節(jié)熱電廠2×130t/h機(jī)組脫硝SNCR,紹興玻璃制品廠脫硝SCR等。。。。。。
SCR脫硝簡(jiǎn)介
脫硝
SCR法脫硝反應(yīng)原理
在催化劑存在條件下，反應(yīng)溫度在250～450℃之間時(shí)，SCR法脫硝工藝的主要反應(yīng)方程式如下：
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H20
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O
6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O
煙氣中90～95％的NOx以NO形式存在，5～10％的NOx以NO形式存在。在反應(yīng)過(guò)程中，NH3選擇性的和NOx反應(yīng)生成無(wú)二次污染的N2和H2O隨煙氣排放。SCR法脫硝工藝的還原劑可采用液氨、尿素或氨水，一般脫硝工程選用液氨作為還原劑。
氨的物理特性：
無(wú)水氨，又名液氨，為無(wú)色氣體，有刺激性惡臭味。分子式NH3，分子量17 ；熔點(diǎn)－77.7℃，沸點(diǎn)－33.35℃,自燃點(diǎn)651.11℃；水溶液呈強(qiáng)堿性。
氨散逸后的特性：
無(wú)水氨通常存儲(chǔ)的方式是罐裝存儲(chǔ)，液態(tài)氨變?yōu)闅鈶B(tài)氨時(shí)會(huì)膨脹，并形成氨云；雖然氨的分子量比空氣小，但液氨泄入空氣中后迅速形成氣態(tài)氨后，很容易與空氣中的水形成水滴的氨氣，形成液體氨滴。所以當(dāng)氨氣泄漏時(shí)，氨氣并不*的往空氣中擴(kuò)散，而會(huì)在地面滯留。
氨對(duì)人體的危害：
人體若與氨接觸，對(duì)皮膚和眼睛有強(qiáng)烈的腐蝕作用，刺激呼吸系統(tǒng)粘膜和眼睛，使眼睛暫時(shí)或*失明，產(chǎn)生嚴(yán)重疼痛性灼傷，并導(dǎo)致頭痛、惡心、嘔吐等。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)積水（肺或喉部水腫），可能導(dǎo)致死亡。*暴露在氨氣中，將導(dǎo)致產(chǎn)生咳嗽或呼吸急促的支氣管炎，甚至窒息。
SCR法脫硝布置方式
根據(jù)SCR法脫硝反應(yīng)室布置在鍋爐尾部煙氣系統(tǒng)的不同位置，可將SCR法脫硝布置方式分為高塵布置和低塵布置兩種，其中低塵布置又可分為高溫除塵器低塵布置和脫硫后低塵布置，比較而言，低塵布置由于煙氣中的粉塵濃度低可有效減少催化劑的磨損，延長(zhǎng)催化劑的壽命，但是由于高溫除塵器或者脫硫后需要增加GGH和燃燒器，綜合比較高塵布置相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)，目前已建的SCR法脫硝裝置大多采用高塵布置
SCR法脫硝工藝系統(tǒng)
工程應(yīng)用中SCR法脫硝系統(tǒng)常用的還原劑有液氨、氨水和尿素，其中以液氨作還原劑運(yùn)行成本zui低，國(guó)內(nèi)外大多SCR法脫硝系統(tǒng)采用液氨作為還原劑。液氨作為還原劑的SCR法脫硝裝置布置圖見(jiàn)圖，其主要工藝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、液氨儲(chǔ)存、制備和供應(yīng)系統(tǒng)以及廢氣收集系統(tǒng)等，根據(jù)各系統(tǒng)所處位置主要分為氨區(qū)和SCR區(qū)
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