煙氣脫硝虛擬實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書

1、煙氣脫硝虛擬實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書目錄1.運(yùn)行原理32.技術(shù)特點(diǎn)33.系統(tǒng)一般組成43.1.氨儲(chǔ)存、混合系統(tǒng)43.2.噴氨系統(tǒng)53.3.反應(yīng)器系統(tǒng)53.4.省煤器和反應(yīng)器旁路系統(tǒng)54.催化劑54.1.SCR法催化劑基本概念64.2.催化劑種類64.3.催化劑性能74.4.催化劑性能隨時(shí)間的變化94.5.對(duì)于燃煤機(jī)組,哈鍋推薦脫硝裝置選用蜂窩狀催化劑,原因如下:105.SCR測(cè)量控制系統(tǒng)105.1.反應(yīng)溫度控制105.2.氨量控制105.3.氨稀釋空氣流量控制105.4.氨氣蒸發(fā)器111. 運(yùn)行原理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:

2、催化劑 4NO + 4NH3 +O2 4N2 + 6H2O催化劑 NO +NO2 + 2NH3 2N2 + 3H2O一般通過使用適當(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8090%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。2. 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

3、等國(guó)SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)是應(yīng)用最多、最成熟的技術(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。3. 系統(tǒng)一般組成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。 液氨從液氨槽車由卸料壓縮機(jī)送人液氨儲(chǔ)槽,再經(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)人鍋爐區(qū),通過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,通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合,混合后

4、煙氣通過反應(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。3.1. 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,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

5、證煙氣和氨氣在煙道分散好、混合均勻,可以通過下面方式保證混合: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。3.2. 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。3.3. 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。在最上一層催化劑層的上面,是一層無(wú)催化劑的整流層

6、,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30120分鐘,每周12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。3.4. 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

7、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)旁路的插板門均要保證零泄露。4. 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:l 低溫度時(shí)在較寬溫度范圍具有較高的活性 l 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) l 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 l 克服強(qiáng)烈溫度波動(dòng)的穩(wěn)定性 l 對(duì)于煙道壓力損失小 l 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

8、; 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。4.1. SCR法催化劑基本概念4.2. 催化劑種類 形狀:最初開發(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,催化劑是由基材(構(gòu)成催化劑的骨架) 、載體(使活性金屬成分能夠較好的分散合保持的材料)以及活性金屬(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。4.3. 催化劑性能對(duì)催化劑性能影

9、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250450 (最好是350400 ) ,催化劑有最佳活性,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),由于過熱促使催化劑的表面被燒結(jié),使催化劑壽命降低。但是,最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)溫度的依賴特性是由催化劑的各種活性成分(V2O5、WO3

10、 等)的含有濃度以及比例所決定的。通過適當(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最佳特性的催化劑。圖4為活性金屬種類和催化劑活性。 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)要求的最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

11、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 4.4. 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

12、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。催化劑從開始使用到換用時(shí)為止的時(shí)間被稱為催化劑的壽命。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)裝置的種類而有所不同,一般燃煤鍋爐為56 a,燃油鍋爐為78 a,燃?xì)忮仩t為810 a。 4.5. 對(duì)于燃煤機(jī)組,哈鍋推薦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)用最廣泛。 2)同波紋板式、板式催化劑相比,蜂窩狀催化劑具

13、有如下優(yōu)點(diǎn),如表2所示。5. SCR測(cè)量控制系統(tǒng)5.1. 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)到最大值時(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)并通過調(diào)節(jié)省煤器旁路開度控制SCR 系統(tǒng)入口煙氣溫度 5.2. 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 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高;催化劑入口煙氣溫度過