低氮燃燒技術

1、西安電力高等?？茖W校畢業(yè)論文引言我國能源構成以煤炭為主，消耗量占一次能源消費量的76%左右。隨著經濟的快速發(fā)展，煤耗的增加，燃煤造成的大氣污染日趨嚴重，特別是燃煤煙氣中的氮氧化物（NOx），是大氣污染的主要污染物之一。氮氧化物NOx會破壞臭氧層，從而改變紫外線到達地面的強度；臭氧層的變化還會引起氣候的變化，進而影響到整個生態(tài)環(huán)境；空氣中的氮氧化物NOx還是產生酸雨的重要來源，酸雨對生態(tài)環(huán)境的影響已經廣為人知，它使得土壤和水源酸化，影響農作物的生長；現代科學也已經證實人類許多疾病的產生也與空氣中氮氧化物NOx有著直接的關系。在大氣污染控制方面，氮氧化物NOx控制技術研究和應用是目前繼二氧化硫控制

2、技術后的又一重要研究課題，其中氮氧化物NOx的生成機理對氮氧化物NOx控制技術的發(fā)展有著重要的意義。世界發(fā)達國家對氮氧化物NOx污染的研究起步較早，已有相應的控制技術在工業(yè)上得到應用。我國對大氣污染特別是對氮氧化物NOx的研究開始的時間不長，與世界發(fā)達國家的水平還有一定的差距，特別是在工業(yè)應用方面，我國才剛剛起步，因此高效的氮氧化物NOx控制技術以及其在工業(yè)上的廣泛應用將對我國大氣污染的控制起到重要的作用。 我國NOx排放量目前已超過一千萬噸，城市大氣中NOx污染也十分嚴重，并存在著發(fā)生光化學煙霧的危險。隨著國民經濟發(fā)展、人口增長、城市化進程的加快，未來中國NOX排放量將繼續(xù)穩(wěn)步增長。若不采取

3、進一步的排放控制措施，到2020年，中國NOX排放總量將可能達到2363-2914萬t，超過美國成為世界第一大NOX排放國。到2030年，火力發(fā)電貢獻率將達45%左右，交通運輸貢獻率超過30%。我國對NOx排放和污染的控制已開始提到議事日程，1995年修訂的大氣法中已明確提出“企業(yè)應當逐步對燃煤產生的氮氧化物采取控制的措施”，目前實施的“一控雙達標”中也要求重點城市環(huán)境空氣氮氧化物濃度2000年要達標。但目前均未對NOx排放總量控制和污染源達標排放提出要求，“一控雙達標”對NOx是不配套的。因此，應制訂并完善污染源排放NOx標準，制訂排放NOx總量控制計劃，加強控制技術的開發(fā)，提出適合我國國情

4、的控制對策，以改善城市大氣質量。因此了解國內外發(fā)電企業(yè)NOx排放情況及標準；認識排放NOx的機理；了解控制NOx的技術種類；熟悉SCR煙氣脫硝技術的原理及工藝過程對于即將服務于電力企業(yè)的學生而言是必要的。目錄引言1第一章 NOx控制技術概況51.我國NOx污染現狀52.電廠NOx排放標準53.我國火電廠NOX的控制措施64.NOX形成機理與控制技術7第二章選擇性催化還原法煙氣脫硝技術的原理81.原理及流程82.催化劑92.1催化反應原理102.2催化劑的種類114還原劑的種類、性能特點及應用情況124.1三中還原劑的特性124.2安全性比較134.3經濟性比較135.影響SCR脫硝效率的因素1

5、5第三章 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)及設備161.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)布置方式162.SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)的組成172.1SCR反應器172.2煙道及導流裝置183.液氨儲存系統(tǒng)和供應系統(tǒng)183.1液氨蒸發(fā)槽183.2氨氣緩沖槽194.氨、空氣噴霧系統(tǒng)19第四章 國電銅陵發(fā)電有限公司600MW機組煙氣脫硝工程201.工程概況202.SCR系統(tǒng)的設計202.1設計基礎參數202.2脫硝工藝流程203.煙氣脫硝系統(tǒng)及工藝特點213.1脫硝反應系統(tǒng)213.2液氨儲存、制備、供應系統(tǒng)224.本工程的設計特點23小結25第一章 NOx控制技術概況1.我國NOx污染現狀據項目“能源規(guī)劃中綜合考慮環(huán)境因素”研究的初步

6、估算，1990年我國氮氧化物的排放量約為910萬噸，其中近七成來自于煤炭的直接燃燒，目前我國NOx排放量已超過在1000多萬噸。鑒于我國的能源消耗量今后將隨經濟的發(fā)展不斷增長，NOx排放量也將持續(xù)增加。據有關研究的估算， 2000年和2010年，我國的NOx排放量分別達到1561萬噸和2194萬噸。由此可見，今后NOx排放量將十分巨大。如果不加強控制，NOx將對我國大氣環(huán)境造成嚴重的污染NOx排放量的劇增使我國城市大氣中的NOx污染程度加重。2.電廠NOx排放標準我國1991年頒布了燃煤電廠大氣污染物排放標準，之后歷經1996年和2003年兩次修訂，1996年修訂的火電廠大氣污染物排放標準中對

7、新建1000t/h以上的鍋爐規(guī)定了NOx的排放要求，對于其他鍋爐的NOx排放沒有要求。2003年修訂的火電廠大氣污染物排放標準，則按時段和燃料特性分別規(guī)定了燃煤、燃油鍋爐的NOx排放限值，見表1.1 表1-1 火力發(fā)電鍋爐NOx最高允許排放濃度 單位：mg/m3時段第1時段 第2時段 第3時段 實施時間 2005年1月1日 2005年1月1日 2005年1月1日 燃煤鍋爐 Vdaf<10%15001300110010%Vdaf20%1100650650Vdaf>20%450燃油鍋爐 650400200次煙煤 2100.50615煙煤 2600.60738無煙煤 2600.60738

8、其他所有固體燃料 2600.60738火電廠大氣污染物排放標準規(guī)定：第3時段的火電廠鍋爐都需預留煙氣脫除NOx裝置空間，NOx排放標準限值與燃煤揮發(fā)分有關，揮發(fā)分小于10%時排放標準為1100mgm3；揮發(fā)分介于10%20%時排放標準為650mgm3；揮發(fā)分大于20%時排放標準為450mgm3。這一修訂的標準堅持了低NOx燃燒控制的原則。如歐共體在1988年發(fā)布施行的大型燃燒裝置排放導則對燃煤電廠NOx的控制，就是基于這一控制原則，其新建燃煤電廠NOx的排放標準一般為650mgm3，如揮發(fā)分小于10%，則排放標準為1300mgm3，與我國GBl32231996類同；1998年修訂這一導則時，則

9、對2000-01-01以后獲得許可的非邊遠地區(qū)的電廠提出了煙氣脫硝的要求，其新建燃煤電廠NOx的排放標準分別為400mgm3 (50100MW)、300mgm3 (100300MW)、200mgm3 (大于300MW)。我國國家排放標準與美國、歐盟的排放標準類似，都是必須嚴格遵守的最低要求的標準，我國省級人民政府可以制定嚴于國家的地方排放標準；美國州政府可以制定嚴于聯(lián)邦政府的地方排放標準；歐盟各國可以制定嚴于歐盟的國家排放標準。3.我國火電廠NOX的控制措施 國際上控制NOx排放的措施可大致分為政策手段和經濟手段兩類。所謂政策手段，是指通過制定法律和空氣質量標準等方法，要求采用“最佳可用技術”

10、對污染源進行治理，以降低NOx排放量；而經濟手段則是通過排污收費、征收污染稅或能源稅、發(fā)放排污許可證和排污權交易等多種途徑，刺激和鼓勵削減NOx排放量。針對中國NOx排放現狀、發(fā)展趨勢及其分布特征，參照美、日、歐等發(fā)達國家經驗，結合我國經濟、技術發(fā)展水平，提出如下的中國NOx排放的綜合控制對策建議。根據大氣法的規(guī)定和要求，在NOx污染嚴重的部分地區(qū)進行NOx區(qū)域總量排放控制、NOx排污收費和排污許可證制度的試點工作。建立健全國家酸雨監(jiān)測網，加強NOx污染排放源的在線監(jiān)測。進一步加強城市NOx污染環(huán)境監(jiān)測和污染源監(jiān)測工作，完善城市和區(qū)域環(huán)境監(jiān)測網絡的能力。 從以上法規(guī)與標準可知，到目前為止，從國

11、家層面上對燃煤電廠的NOx控制主要是以低NOx燃燒為控制原則，同時積極制定NOx治理規(guī)劃，開展煙氣脫硝的試點工作。低NOx燃燒控制原則也是最佳技術路線控制原則，廣泛應用于發(fā)達國家初期對燃煤電廠NOx的控制，以及后期作為煙氣脫硝的前置控制。4.NOx形成機理與控制技術在燃燒過程中，產生NOx分為以下三類。在高溫燃燒時，空氣中的N2和O2在燃燒中形成的NOx，稱為熱力性NOx。燃料中有機氮經過化學反應而生成的NOx，稱為燃料型NOx。在火焰邊緣形成的快速性NOx。正在研究中的NOx污染控制技術有很多，從方法上來看可以分為三大類：（1）化學類：SNCR、SCR、直接分解法；（2）物理類：高壓電子射線

12、技術、低溫非平衡態(tài)等離子體技術；以及（3）生物類：煙氣微生物除硝等。在實際工業(yè)應用中，目前被廣泛采納的技術主要有兩類：燃燒控制NOx技術和煙氣脫硝技術。燃燒控制NOx技術通過優(yōu)化燃燒來控制NOx的生成量，主要包括：低NOx燃燒器（LNB）、分級燃燒和再燃等技術。而煙氣脫硝技術應用較多的主要是選擇性脫NOx方法，當在選擇性脫NOx方法中使用催化劑時，這種方法就被稱為選擇性催化還原方法（SCR）。相應的，如果沒有使用催化劑，則將此方法稱為選擇性非催化還原方法（SNCR）。第二章 選擇性催化還原法煙氣脫硝技術的原理1.原理及流程SCR技術是還原劑（NH3、尿素）在催化劑作用下，選擇性地與NOx反應生

13、成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”。主要反應如下：4NH3+4NOO24N2+6H2O4NH3+2NO2O26N2+6H2OSCR工藝的反應原理和典型工藝布置見圖1、圖2。SCR系統(tǒng)包括催化劑反應室、氨儲運系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關的測試控制系統(tǒng)。SCR工藝的核心裝置是脫硝反應器，有水平和垂直氣流兩種布置方式，如圖3所示。在燃煤鍋爐中，煙氣中的含塵量很高，一般采用垂直氣流方式。 （垂直布置） （水平布置）圖3按照催化劑反應器在煙氣除塵器之前或之后安裝，可分為“高飛灰”或“低飛灰”脫硝，采用高塵布置時，SCR反應器布置在省煤器和空氣預熱器之間。優(yōu)點是煙氣溫度高，滿足了催化劑反應要求

14、。缺點是煙氣中飛灰含量高，對催化劑防磨損、堵塞及鈍化性能要求更高。對于低塵布置，SCR布置在煙氣脫硫系統(tǒng)和煙囪之間。煙氣中的飛灰含量大幅降低，但為了滿足溫度要求，需要安裝煙氣加熱系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜，運行費用增加，故一般選擇高塵布置方式。在反應條件改變時，還可以發(fā)生以下副反應；4NH3+3O22N2+6H2O+1267.1KJ (3)2NH3N2+3H2-91.9 KJ (4)4NH3+5O24NO+6H2O+907.3 KJ (5)發(fā)生NH3的反應式（4）和NH3氧化為NO的反應式（5）都在350以上才進行，450以上才激烈起來。在一般的選擇催化還原工藝中，反映溫度?？刂圃?00以下，這時僅有NH

15、3氧化為N2的副反應（3）發(fā)生。2.催化劑選擇性催化還原脫硝原理是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇性的把煙氣中的NOX還原為無毒無污染的N2和H2O，催化劑的投資占了整個系統(tǒng)投資的較大比例，并且催化劑的壽命一般在23年左右，因而催化劑更換頻率影響整個脫硝系統(tǒng)的運行成本，催化劑的選擇也是整個SCR系統(tǒng)中的重點。煙氣脫硝對催化劑性能上的要求：1）較高的NOX選擇性；2）在較寬范圍內保持較高的催化活性；3）具有良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及機械穩(wěn)定性；4）費用較低2.1催化反應原理催化反應原理是NH3快速吸附在V2O5表面的B酸活性點，與NO反應，形成中間產物，分解成N2和H2O，在O2的存

16、在下，催化劑的活性點很快得到恢復，繼續(xù)下一個循環(huán)，其化學吸附與反應過程如圖3所示。反應步驟可分解為：圖4 V2O5上NH3 的吸附及與NO反應(1)NH3擴散到催化劑表面；(2)NH3在V2O5上發(fā)生化學吸附；(3)NO擴散到催化劑表面；(4)NO與吸附態(tài)的NH3反應，生成中間產物；(5)中間產物分解成最終產物N2和H2O；(6)N2和H2O離開催化劑表面向外擴散。2.2催化劑的種類催化劑有貴金屬催化劑和普通金屬催化劑之分。貴金屬催化劑由于和SOX反應，并且昂貴，實際上不予采用。普通催化劑效率不是太高，也比較貴，并且要求較高的溫度（300400）。最常用的金屬基催化劑含有氧化釩、氧化鈦、氧化鉬

17、、氧化鎢等。目前工程中應用最多的SCR催化劑是氧化鈦基催化劑。載體用TiO2、Al2O3、Fe2O3、及SiO2等，其中TiO2具有較高的活性和抗SO2性能，是最合適的脫硝材料。V2O5是最重要的活性成分，具有較高的脫硝效率，但同時也促進了SO2向SO3的轉化；而另一種活性材料WO3的添加，有助于抑制SO2的轉化。其他活性材料還有Mo、Gr等，它們可起到助催化劑及穩(wěn)定劑的作用。目前，廣泛應用的SCR催化劑大多是以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3 、V2O5-MoO3為活性成分。表2-1是兩種在實際運用中活得很好效果的SCR催化劑。從中可以看出這兩種催化劑均以TiO2為主，這種TiO

18、2需做成晶體的結構，它可有效提高催化劑的活性，抑制SO3的腐蝕。同時，還配有多種氧化劑物質如GaO、Fe2O3等，也是為了加強催化劑的活性。另外還有一些物質如玻璃纖維等，是為了提高整個催化劑的抗沖刷強度。WO3不僅有提高硬度的作用，還可固定煙氣中砷，減少他它催化劑的毒化作用。表2-1催化劑組成類型WO3為載體MoO3為載體類型WO3為載體MoO3為載體SiO25.13.4Na2O0.010.01Al2O30.653.9K2O0.020.01Fe2O30.010.14SO21.13.4TiO279.773.3P2O50.010.01GaO0.790.01V2O50.591.6MgO0.010.0

19、1MoO312.9BaO0.010.01WO311.0選擇合適的催化劑是SCR技術能夠成功應用的關鍵所在。試驗和研究表明，催化劑因煙氣特性的不同而異。對于煤粉爐，由于排出的煙氣中攜帶大量飛灰和SO2，因此，選擇的催化劑除具有足夠的活性外，還應具有隔熱、抗塵、耐腐、耐磨以及低SO3轉化率等特性。目前已實際應用的催化劑種類主要有板式、蜂窩式、波紋板型。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網格為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成；蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑是丹麥HALDOR TOPSOE A/S公司研發(fā)的催化劑，外形如起伏的波紋，從而形成小孔。加工工藝是先制作玻璃

20、纖維加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均勻吸附在基板上。各種催化劑活性成分均為WO3和V2O5。表2-2為各種催化劑性能比較。表2-2 不同催化劑性能比較性能參數蜂窩式板式波紋狀蜂窩式基材整體擠壓不銹鋼金屬板玻璃纖維板催化劑活性中低高氧化率高高低壓力損失高中低抗腐蝕性一般高一般抗中毒性（As）低低高堵塞可能性中低中模塊重量中重輕耐熱性中中中4還原劑的種類、性能特點及應用情況對于SCR工藝，選擇的還原劑有尿素、氨水和純氨。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應溫度后與水反應生成氨氣；氨水法，是將25的含氨水

21、溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發(fā)器中加熱成氨氣，然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為5的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。4.1三中還原劑的特性液氨的特性無水氨，又名液氨，為危險貨物品規(guī)定的危險品，無水氨為無色氣體，有刺激性惡臭味，分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.7714g/l，熔點-77.7,沸點-33.35，自然點651.11，蒸氣密度0.6，水溶液呈堿性。無水氨通常以加壓液化的方式儲存，液態(tài)氨轉化為氣態(tài)時會膨脹850倍，并形成氨云，液氨泄漏到空氣中時，會與空氣中的水形成云狀物，不易擴散，對附近的人身造成危害。無水氨可以侵蝕某些塑料制品，如橡膠及涂層。

22、不能與乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀等物質共存。尿素的特性尿素的分子式為（NH2）2CO，分子量60.06，含氮通常大于46%，為白色或淺黃色的結晶體，吸濕性較強，易溶于水，水溶液呈中性。無水氨和氨水相比，尿素是無毒、無害的化學品，便于運輸和儲存。利用尿素作為還原劑時運行環(huán)境較好，因為尿素是在噴入混合燃燒室后轉化為氨，實現氧化還原反應的，因此，可以避免在儲存、管路及閥門泄漏時造成的危害。氨水的特性有水氨為規(guī)定的危險品，用于脫硝的還原劑通常采用濃度為20%29%氨水，叫較水氨相對安全。有水氨的水溶液呈強堿性和強腐蝕性。當空氣中氨氣在15%28%范圍內時會有爆炸的危險。

23、4.2安全性比較從還原劑的輸送及儲存的角度考慮，從管路、儲存罐、槽車罐等的泄漏事故或交通事故中分析，液氨泄漏出的氨氣要比尿素水溶液或氨水危險性大得多。因此氨水和尿素正越來越多的得到應用。特別近十年來，采用尿素作為還原劑的SCR比例迅速上升。4.3經濟性比較使用液氨作為原料的SCR系統(tǒng)，只需將液氨蒸發(fā)即可得到氨蒸氣；而使用尿素作為原料的系統(tǒng)需要經過熱解或水解才能得到氨蒸氣。在尿素轉化為NH3的過程中，即使不考慮尿素本身純度因素，會產生水、二氧化碳等副產品，其反應器出口成分:NH3占22%28%，CO2占14%27%,H2O占50%58%。而無水氨作為最純的反應劑，直接跟NOX反應生成無害的水和氨

24、氣，沒有副產品。液氨系統(tǒng)采用電加熱形式，并且液氨的儲存制備系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，加熱器一年的大部分時間不運行，電耗和蒸汽耗量都比尿素系統(tǒng)小。因此，從能耗和物耗的角度考慮，尿素的運行費用要高于液氨系統(tǒng)。由于尿素的產物中有水蒸氣存在，從尿素熱解槽或水解槽出來的混合蒸汽在進入混合氣前，為了防止水蒸氣的凝結和高腐蝕性的氨基甲酸銨的形成，其管材和閥門需要使用不銹鋼，并且采用伴熱措施。而在液氨作為還原劑的原料中，液氨儲存罐、氨氣緩沖槽、液氨稀釋槽、液氨蒸發(fā)器等設備和管道全部都可以采用碳鋼。三中還原劑的綜合比較如表2-3. 表2-3三種SCR還原劑的比較SCR 還 原 劑液 氨氨 水尿 素脫硝劑成本便宜（100

25、%）貴(150%)最貴(180%)生成一千克氨氣所需的原料量1.0KG(99%氨)4KG（25%氨）1.76KG運輸成本便宜貴便宜安全性有毒有害無害儲存條件高壓常壓常壓、干態(tài)儲存方式儲罐（液態(tài)）儲罐（液態(tài)）料倉（微粒狀）初始投資費用便宜貴貴運行費用便宜，需要熱量蒸發(fā)液氨貴，需要高熱量蒸發(fā)、蒸餾水和氨貴，需要高熱量水解尿素和蒸發(fā)氨設備安全要求有相關法律規(guī)定需要基本不需要綜上所述，在三種脫硝還原劑中，液氨法的投資、運輸和使用成本為三者最低，但此方法具有一定的安全隱患，必須有嚴格的安全保證和防火措施，液氨的運輸、儲存涉及到當地的法規(guī)和勞動衛(wèi)生標準。在國外，許多電站僅允許使用鐵路運輸液氨。脫硝使用氨水

26、的質量百分比一般為20%30%,較液氨安全，但運輸體積大，運輸成成本較純氨高。尿素是一種顆粒狀的農業(yè)肥料，安全無害，但用其制氨的系統(tǒng)復雜、設備占地大、初始投資大，大量尿素的儲存還存在潮解問題。在日本和我國臺灣地區(qū)，普遍使用液氨作為脫硝劑。在美國，政府對公路運輸液氨實行管制，同時出于安全性的考慮，一般采用尿素作為脫硝劑。具體采用何種方式制氨，需進行詳細的技術經濟比較，結合當地法律法規(guī)的要求，以及考慮氨來源的可靠性和穩(wěn)定性來最后確定。5.影響SCR脫硝效率的因素在SCR系統(tǒng)設計中,最重要的運行參數是反應溫度,反應時間,NH3/NOx摩爾比,煙氣流速,氧氣濃度,氨的溢出濃度,SO3濃度,水蒸汽濃度,

27、鈍化影響等。反應溫度是選擇催化劑的重要運行參數,催化反應只能在一定的溫度范圍內進行,同時存在催化的最佳溫度,這是每種催化劑特有的性質,因此反應溫度直接影響反應的進程.在SCR工作過程中溫度的影響有兩方面:一是溫度升高使脫NOx反應速度加快,NOx脫除率升高.二是溫度升高NH3氧化反應開始發(fā)生,即4NH3+5O24NO+6H2O,使NOx脫除率下降。反應時間是煙氣與催化劑的接觸時間,隨著反應時間的增加,NOX脫除率迅速增加,當接觸時間增至200ms左右時,NOx脫除率達到最大值,隨后下降.這主要是由于煙氣與與催化劑的接觸時間增大,有利于煙氣在催化劑微孔內的擴散,吸附,反應和生成物的解吸,擴散,從

28、而使NOX脫除率提高.但是,隨著接觸時間過長,NH3氧化反應開始發(fā)生,使NOX脫除率下降。NOX脫除率隨著NH3/NOX摩爾比的增加而增加,NH3/NOX摩爾比小于1時,其影響更加明顯.若NH3投入量偏低,NOX脫除率不高;若NH3投入量偏高,NH3氧化等副反應的反應速度將增大,從而降低了NOX脫除率,同時也增加了凈化后煙氣中NH3的排放濃度,造成二次污染.一般控制NH3/NOX摩爾比在1.2以下. 另外,煙氣流速直接影響NH3與NOX的混合程度,需要設計合理的流速以保證NH3與NOX充分混合使反應充分進行;同時反應需要氧氣的參與,隨著氧濃度增加,催化劑性能提高,但氧濃度不能過高,一般控制在2

29、%3%;氨的溢出濃度是影響SCR系統(tǒng)運行的另一個重要參數,實際生產中通常是多于理論量的氨被噴射進入系統(tǒng),反應后在煙氣下游多余的氨稱為氨的溢出,NOX脫除效率隨著氨的溢出量的增加而增加,在某一個氨的溢出量時達到一個最大值;另外水蒸氣濃度的增加使催化劑性能下降,催化劑鈍化失效也不利于SCR系統(tǒng)的正常運行,必須加以有效控制。第三章 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)及設備1.SCR煙氣脫硝系統(tǒng)布置方式SCR反應器可以安裝在鍋爐之后的不同位置,即高溫高塵、高溫低塵及低溫低塵布置三種形式。如圖所示。高溫高塵布置方式是將SCR反應器布置在省煤器和空預器之間,其優(yōu)點是催化反應器處于300400溫度區(qū)間,有利于反應的進行。但

30、是,由于催化劑處于高塵煙氣中,條件惡劣,磨刷嚴重,壽命將會受到下列因素影響(1)飛灰中K、Na、Ga、Si、As會使催化劑污染或中毒；(2)飛灰磨損反應器并使蜂窩狀催化劑堵塞；(3)若煙氣溫度過高會使催化劑燒結或失效。高溫低塵布置方式是將SCR反應器布置在空預器和高溫電除塵器之間,該布置方式可防止煙氣中飛灰對催化劑的污染和對反應器的磨損與堵塞,其缺點是在300400的高溫下,電除塵器運行條件差,可靠性不高,一般不采用。低溫低塵布置 (或稱尾部布置)方式是將SCR反應器布置在除塵器和煙氣脫硫系統(tǒng)之后,催化劑不受飛灰和SO2影響,但由于煙氣溫度較低,僅為5060,一般需要用GGH或燃燒器將煙氣升溫

31、,能耗和運行費用增加。(a) 高溫高塵布置(b) 高溫低塵布置 (c) 低溫低塵布置圖 脫硝反應系統(tǒng)布置由于省煤器與空預器之間的煙溫剛好適合SCR脫硝還原反應,氨被噴射于省煤器與SCR反應器間煙道內的適當位置,使其與煙氣充分混合后在反應器內與NOX反應,脫硝效率可達80%以上,因此,高溫高塵布置是目前應用最廣泛的布置方式。高溫高塵布置方式有垂直氣流和水平氣流兩種布置方式,如圖所示,在燃煤鍋爐中,由于煙氣中的含塵量較高,一般采用垂直氣流方式。2.SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)的組成SCR系統(tǒng)一般是由氨儲存系統(tǒng)、氨/空氣噴霧系統(tǒng)、催化反應器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。首先,液氨由液氨罐

32、車運送到液氨儲罐,輸出的液氨經蒸發(fā)器蒸發(fā)成氨氣,再將其加熱到常溫后送入氨緩沖槽中備用。運行時,將緩沖槽的氨氣減壓后送入氨/空氣混合器中,與空氣混合后進入煙道內的噴氨格柵,噴入煙道后再通過靜態(tài)混合器與煙氣充分混合,繼而進入到SCR反應器中，工藝流程如圖3-2所示。圖3-2 SCR工藝流程圖2.1SCR反應器SCR反應器是煙氣脫硝系統(tǒng)最核心的設備,反應器的水平段安裝有煙氣導流、優(yōu)化分布的裝置以及噴氨格柵，在反應器的豎直段裝有催化床。催化劑底部安裝氣密裝置，防止未處理的煙氣泄露。反應器采用固定床平行通道形式，一般催化劑床層為24層，并預留一層位置，作為將來脫硝效率低于需要值時增裝催化劑用，以此作為增

33、強脫硝效率并延長有效催化劑壽命的備用措施。反應器為直立式焊接鋼結構容器，內部設有催化劑值支撐結構，能承受內部壓力、地震負荷、煙塵負荷、催化劑負荷和熱應力等。反應器殼外部設有加固肋及保溫層。催化劑頂部裝有密封裝置，防止未處理過的 煙氣短路。催化劑通過反映器外的催化劑填裝系統(tǒng)從側門放入反映器內。2.2煙道及導流裝置煙道一般是由足夠強度的鋼板制成，能承受所有荷重條件，并且是氣密性的焊接結構。所有焊接接頭在里外都要進行連續(xù)焊，如果采用圓形管道的話，一般需要使用必要的外部加固筋。因為煙氣腐蝕緣故，煙道壁需要預留充分的腐蝕余量，總體上最小壁厚為6mm，內部尺寸精度至少在±0.5%的公差之內。煙道

34、外部要有充分的加固和支撐，來防止過度的顫動和振動。所有煙道的轉彎處一般要設置導向板，導向板和轉彎處應考慮適當的防腐措施。3.液氨儲存系統(tǒng)和供應系統(tǒng)液氨存儲和供應系統(tǒng)主要包括液氨卸料壓縮機、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽和氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。液氨的供應由液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入液氨儲罐內，儲罐輸出的液氨于液氨蒸發(fā)器內蒸發(fā)為氨氣，經氨氣緩沖槽送至脫硝系統(tǒng)。因事故，系統(tǒng)緊急排放的氨氣則導入氨氣稀釋槽中，經水的吸收排入廢水池，再由廢水泵送至廢水處理場處理。加氨方式有兩種，一類是無水加氨，氨從液氨儲罐依次進入蒸發(fā)器和緩沖罐，經減壓后與空氣混合，再噴入煙道中；另一類是有

35、水加氨，氨從液氨罐經霧化噴嘴進入高溫蒸發(fā)器，蒸發(fā)后的氨噴入煙道中。3.1液氨蒸發(fā)槽液氨蒸發(fā)槽為螺旋管式。管內為液氨，管外為溫水浴，以蒸汽直接噴入水中加熱至40，再以溫水將液氨汽化，并加熱至常溫。蒸汽流量受蒸發(fā)槽本身水浴溫度控制調節(jié)。當水的溫度高于45時則切斷蒸汽來源，并在控制室DCS上報警顯示。蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在2.1kg/cm2。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測器，使氨氣至緩沖槽維持適當壓力和溫度。蒸發(fā)槽也裝有安全閥，可防止設備壓力異常過高。全套包括：氨氣管道及各設備壓力、液位顯示及控制和所有其他必要的裝置、支架、法蘭、緊固件等。電廠提供的蒸汽壓力一般為0.81.3MP,溫度

36、280375,以此作為蒸發(fā)器熱源.3.2氨氣緩沖槽從蒸發(fā)槽出來的氨氣流進入氨氣緩沖槽，通過調節(jié)閥減壓至1.8kg/cm2，再通過氨氣輸送管線送至鍋爐則的脫硝系統(tǒng)。緩沖槽的作用是穩(wěn)定氨氣的供應，避免受蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所影響。緩沖槽上也有安全閥可保護設備。4.氨、空氣噴霧系統(tǒng)氨和空氣在混合器和管路內充分混合后進入氨氣分配總管。氨、空氣噴霧系統(tǒng)包括供應箱、噴氨格柵和噴嘴等。每一供應箱安裝一個節(jié)流閥及節(jié)流孔板，可使氨混合物在噴氨格柵達到均勻分布。手動節(jié)流閥的設定，是靠煙氣風管的取樣所獲得的氨氮的摩爾比來調整。氨噴霧管位于催化劑上游煙氣風管內。氨、空氣混合物噴射配合NOX濃度分布，通過霧化噴嘴來調整。第

37、四章 國電銅陵發(fā)電有限公司600MW機組煙氣脫硝工程1.工程概況國電科技環(huán)保集團有限公司環(huán)保工程分公司引進了國外先進SCR煙氣脫硝技術。該技術來源于德國FBE公司，經過兩年的充分消化吸收，現已進入項目實施階段。SCR原理是在有氧狀況下，通過催化劑在合適的溫度范圍內使煙氣中的NOX與NH3產生反應生成N2與H2O，從而達到脫除煙氣中的NOX的目的。國電銅陵電廠規(guī)劃總裝機容量為4臺600MW國產超臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組，分二期建設，一期工程裝機容量為2臺600MW機組。本期脫硝工程是對國電銅陵發(fā)電有限公司一期工程2600MW超臨界機組2號爐全煙氣進行脫硝。采用的脫硝工藝為選擇性催化還原（SCR），

38、高含塵布置。在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大工況、處理100%煙氣量的條件下，脫硝效率不小于80%。工程項目與主體工程同步實施。2號機組也已投入運行。2.SCR系統(tǒng)的設計2.1設計基礎參數脫硝裝置進口煙氣參數（計算值，設計煤種）如下。煙氣量：1846935m3/h煙氣O2含量（體積比）：3.28%煙氣NOX含量：657mg/m3煙氣粉塵含量：50g/m3煙氣溫度：3722.2脫硝工藝流程本項目脫硝系統(tǒng)采用一爐兩個反應器。分別設置噴射系統(tǒng)、稀釋風機、煙道、催化劑吹灰系統(tǒng)等，公用部分主要包括還原劑（液氨）儲存設備及輸送系統(tǒng)、事故排放系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)及氣源等引接系統(tǒng)。液氨由液氨槽車運送，利用卸氨壓縮機

39、輸入儲氨罐中，再用液氨泵輸送到液氨蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣，經氨氣穩(wěn)壓槽與稀釋空氣在渦流混合器中混合均勻，在送達脫硝系統(tǒng)。SCR反應器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間，鍋爐排出的煙氣與氨氣在渦流混合器中混合均勻，進入SCR反應器通過催化劑發(fā)生還原反應。脫硝后的煙氣經過空預器熱回收后進入靜電除塵器。3.煙氣脫硝系統(tǒng)及工藝特點國電銅陵電廠煙氣脫硝系統(tǒng)主要包括脫硝反應系統(tǒng)（煙氣系統(tǒng)、催化劑、吹灰系統(tǒng)）和氨系統(tǒng)（吸收劑儲存、制備、供應系統(tǒng)）兩部分。3.1脫硝反應系統(tǒng)（1）煙氣系統(tǒng) 煙氣系統(tǒng)是指從鍋爐省煤器出口至SCR反應器本體入口、SCR反應器本體出口至空氣預熱器進口之間的連接煙道。(2)SCR反應器SCR反

40、應器本體是指未經脫硝的煙氣與NH3混合后通過安裝催化劑的區(qū)域產生反應的區(qū)間。本工程脫硝反應器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間，垂直布置，煙氣豎直向下流動，反應器入口設氣流均勻裝置，反應器入口及出口段設置導流板，對于反應器內部易于磨損的部位設計必要的防磨措施。反應器內部各類加強板、支架設計成不易積灰的形式，同時考慮熱膨脹的補償措施。其中，反應器入口部位裝設等壓力整流器，此裝置為專利產品，均流效果優(yōu)異，是保證脫氨效率、延長催化劑壽命的關鍵。(3)SCR催化劑催化劑的形式采用蜂窩式，整體成型，具有比表面積大，在相同參數情況下體積小，質量輕，適用范圍廣，內外介質均勻等特點。載體采用TiO2，主要成分為

41、V2O5、WO3、MoO3等。反應器內催化劑采用模塊化設計，布置兩層，同時預留加裝催化劑的空間。催化劑模板設計為有效防止煙氣短路的密封系統(tǒng)。（4）氨噴射系統(tǒng)保證氨氣和煙氣混合均勻，噴射系統(tǒng)設置流量調節(jié)閥，能根據煙氣不同的工況進行調節(jié)。噴射系統(tǒng)將具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和抗振性。本工程采用專利產品渦流混合器，改變了應用傳統(tǒng)的格柵式氨混合器易發(fā)生噴嘴堵塞、混合不均勻、調節(jié)系統(tǒng)復雜、經常發(fā)生故障等的狀況。具有煙氣適應性強，混合效果好，噴孔數量少，不需要維護，噴嘴數量少，口徑大，可以做到無堵塞運行，控制簡便，調試時間短等特點。（5）吹灰系統(tǒng)和控制系統(tǒng)根據本工程灰分高的特性，設置吹灰器，采用蒸汽吹

42、灰系統(tǒng)。吹灰器的數量和布置應能使催化劑中的積灰盡可能多的吹干凈，盡可能避免因死角而造成催化劑失效，導致脫硝效率的下降。本工程脫硝系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式，脫硝控制系統(tǒng)采用與機組DCS一體化配置的本地控制站（SCR反應裝置）和遠程I/O控制站（公用制氨系統(tǒng)）完成數據采集、順序控制和調節(jié)控制功能。脫硝控制系統(tǒng)建成后，就地公用制氨系統(tǒng)自動化水平將滿足“無人值守、定期巡檢”的能力，而在主機組控制室中，通過機組DCS操作員站可完成對整個脫硝系統(tǒng)的啟/?？刂?、正常運行的監(jiān)視和調整以及異常與事故工況的處理和故障診斷，而無需現場人員的操作配合。3.2液氨儲存、制備、供應系統(tǒng)本工程吸收劑制備采用外購液氨，液氨的供應

43、由液氨槽車運送，利用卸氨壓縮機將液氨由槽車輸入儲氨罐內，用液氨泵將儲槽中的液氨輸送到液氨蒸發(fā)槽內蒸發(fā)為氨氣，經氨氣緩沖槽來控制一定的壓力及流量，然后與稀釋空氣在混合器中混合均勻，在送達脫硝系統(tǒng)。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋槽中，經水的吸收排入廢水池，再經由廢水泵送至廢水處理廠處理。氨儲存和供應系統(tǒng)配有良好的控制系統(tǒng)。(1)卸氨壓縮機卸氨壓縮機抽取儲氨罐中的氨氣，經壓縮后將槽車的液氨推擠入液氨儲罐中。 （2）儲氨罐每臺爐液氨的儲氨罐容量為130m3，按照鍋爐BMCR工況，每天運行20H，連續(xù)運行10天的消耗量考慮。儲槽上應安裝有超流閥、逆止閥、緊急關斷閥和安全閥為儲槽液氨泄露保護所用。儲

44、槽還有溫度計、壓力表、液位計、高液位報警儀和相應的變送器將信號送到脫硝控制系統(tǒng)，當儲槽內溫度或壓力高時報警，當儲槽槽體溫度過高時自動淋水裝置啟動，對槽體自動噴淋降溫；當有微量氨氣泄露時也可啟動自動淋水裝置，對氨氣進行吸收，控制氨氣污染。(3)液氨供應泵本工程液氨進入蒸發(fā)槽，采用液氨泵來供應，設置一用一備。(4)液氨蒸發(fā)槽液氨蒸發(fā)所需要的熱量采用蒸汽來提供。蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在一定的范圍內，當出口壓力過高時，則切斷液氨進料。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測器，當溫度過低時切斷液氨，使氨氣至緩沖槽維持恰當溫度及壓力，蒸發(fā)槽裝有安全閥，可防止設備壓力異常過高。液氨蒸發(fā)槽應按照在BMCR

45、工況下100%容量設計。液氨蒸發(fā)槽蒸發(fā)能力為350KG/H。(5)氨氣緩沖槽從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進入氨氣緩沖槽，通過調節(jié)閥減至一定壓力，再通過氨氣輸送管線送至鍋爐側的脫硝系統(tǒng)。液氨緩沖罐能為SCR系統(tǒng)供應穩(wěn)定的氨氣，避免受蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所影響。緩沖槽體積為5m3。緩沖槽上也裝有安全閥保護設備。(6)氨氣稀釋槽氨氣稀釋槽為2m3的水槽，水槽的液位由滿溢流管線維持，稀釋槽設計有槽頂淋水和槽側進水。液氨系統(tǒng)各安全閥排放出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽底部進入，通過分散管將氨氣分散入稀釋槽中水中，利用大量水來吸收來排放的氨氣。(7)稀釋風機噴入鍋爐煙道的氨氣應為經空氣稀釋后的含氨5%左右的混合氣體。所選擇的風機滿足脫除煙氣中NOX最大值的要求，并留有一定的