SCR與SNCR脫硝技術(shù)

1、.SCR 和 SNCR 脫硝技術(shù)SCR 脫硝技術(shù)SCR 裝置運行原理如下 :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

2、足燃煤鍋爐高可靠性運行的要求 。煙氣脫硝技術(shù)特點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)國家例如德國,日本 ,美國 ,加拿大 ,荷蘭 ,奧地利 ,瑞典 ,丹麥等國 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)國家的經(jīng)驗 , SCR脫硝技術(shù)必然會成為我國火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術(shù)并得到越來越廣泛的應(yīng)用 。圖 1 為 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡圖。.專業(yè)專注.SCR 脫硝系統(tǒng)一般組成圖 1 為 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡圖 , SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng) 、氨與空氣混合系統(tǒng) 、氨氣噴入系統(tǒng) 、反應(yīng)

3、器系統(tǒng) 、省煤器旁路 、SCR 旁路、檢測控制系統(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間、NH3/NOx摩爾比、 NH3 的逃逸量 、 SCR 系統(tǒng)的脫硝效率等 。.專業(yè)專注.氨儲存、混合系統(tǒng)每個 SCR

4、反應(yīng)器的氨儲存系統(tǒng)由一個氨儲存罐,一個氨氣 / 空氣混合器 ,兩臺用于氨稀釋的空氣壓縮機(jī) (一臺備用 )和閥門 ,氨蒸發(fā)器等組成 。 氨儲存罐可以容納 15天使用的無水氨 ,可充 至 85% 的儲罐體積 ,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;同時還應(yīng)

5、根據(jù)冷態(tài)流動模型試驗結(jié)果和數(shù)學(xué)流動模型計算結(jié)果對噴氨系統(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 濃度測量的反饋信號 ,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。在最上一層催化劑層的上面 ,是一層無催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進(jìn)入催化劑層時分布均勻 。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,定時吹灰 ,吹掃時間 30 120 分鐘 ,

6、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 ,定時排灰 。省煤器和反應(yīng)器旁路系統(tǒng).專業(yè)專注.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,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)荷降低時使用 。例如開機(jī)和停機(jī)時使用 ,低負(fù)荷時使用和季節(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。催化劑催化劑是電廠 SCR工藝的核心

7、,它約占其投資的 l/3 。為了使電站安全 、經(jīng)濟(jì)運行 ,對 SCR 工 藝使用的催化劑應(yīng)達(dá)到下列要求: 低溫度時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)烈溫度波動的穩(wěn)定性 對于煙道壓力損失小 壽命長、成本低理想的催化劑應(yīng)具有以下優(yōu)點: 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 測量控制系統(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 ,

8、NOx 脫除率急劇增加 ,脫硝率達(dá)到最大值時 ,溫度繼續(xù)升高會使 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。.專業(yè)專注.因此要對 SCR 系統(tǒng)入口煙氣溫度進(jìn)行監(jiān)測并通過調(diào)節(jié)省煤器旁路開度控制SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度氨量控制在 NH3 /NOx摩爾比小于1 時,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

9、度和氨的逃逸濃度計算出氨的供給流量。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低 ;沒有來自鍋爐的運行允許信號;啟動急停開關(guān) 。氨稀釋空氣流量控制氨稀釋用空氣流量在SCR 系統(tǒng)運行時被設(shè)定好,不再調(diào)整 。 兩臺空氣壓縮機(jī) ,一臺備用 。 當(dāng)?shù)?1 臺空氣壓縮機(jī)輸出氣體壓力低于設(shè)定值或發(fā)生故障時,第 2 臺空氣壓縮機(jī)自動啟動氨氣蒸發(fā)器氨氣蒸發(fā)器與儲罐為一體化結(jié)構(gòu),加熱器放置在無水氨的液體中,通過氨儲罐內(nèi)的壓力控制加熱器 。當(dāng)儲罐內(nèi)的壓力低于設(shè)定壓力時,加熱器通電加熱液氨 ;加熱器過熱則斷電保護(hù)

10、。SNCR 脫硝技術(shù)SNCR 脫硝技術(shù)是將 NH3 、尿素等還原劑噴入鍋爐爐內(nèi)與NOx 進(jìn)行選擇性反應(yīng) ，.專業(yè)專注.不用催化劑 ，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850 1100 的區(qū)域 ，迅速熱分解成 NH3 ，與煙氣中的 NOx 反應(yīng)生成 N2 和水，該技術(shù)以爐膛為反應(yīng)器 。SNCR 煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為30% 80% ，受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大。采用 SNCR 技術(shù)，目前的趨勢是用尿素代替氨作為還原劑。1、技術(shù)原理在 850 1100 范圍內(nèi) ，NH3 或尿素還原 NOx 的主要反應(yīng)為 ：NH3 為還原劑4 NH3 + 4NO +O2 4N2 + 6H2O尿素為還

11、原劑NO+CO(NH2)2 +1/2O2 2N2 + CO2 + H2O2、系統(tǒng)組成SNCR 系統(tǒng)煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程完成：接收和儲存還原劑 ；在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；還原劑的計量輸出 、與水混合稀釋 ；還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。3、技術(shù)特點技術(shù)成熟可靠 ，還原劑有效利用率高系統(tǒng)運行穩(wěn)定設(shè)備模塊化 ，占地小，無副產(chǎn)品，無二次污染煙氣脫硝系統(tǒng)構(gòu)成.專業(yè)專注.4、脫硝系統(tǒng)基本流程和添加劑效果基于純氨 、氨水和尿素的溶液 （比如 satamin 和 carbamin 二次添加劑 ）目前在很大程度上比較流行 。通過選擇性非催化還原法，氨基在 800 -1050 時 NO 生成

12、氮氣和水蒸氣 ：NH2+NO <=> H2O+N2當(dāng)使用含氨化合物的水溶液時，化合物分解就會釋放出氨氣。換言之 ，只有在霧化流體蒸發(fā)后氨氣才可以從含氨化合物中揮發(fā)出來。自由基之間的反應(yīng)選擇性并不是很強(qiáng)。因此充足的脫除添加劑還是必要的。圖1 顯示了煙氣溫度950 時化學(xué)配比因子NSR 與 NOx 脫除量的關(guān)系 。.專業(yè)專注.5、流程設(shè)計和裝置描述燃料添加劑貯存加料裝置Satamin 添加劑是一種專利產(chǎn)品。根據(jù)鍋爐大小和每年的燃料消耗量，Satamin添加劑一般以每桶200 ， 500 和 1000 公升桶裝形式供給 。對于大型裝置 ，一般設(shè)置一個較大的儲罐和加料控制器，Satamin

13、 和 Carbamin 是低氨水溶液 。因而 ，在貯料箱的充料過程中 ，或萬一貯料箱遭到破壞 ，在儲存位置附近將不會有有毒氣體逸出。儲罐中放置一個夾層箱或貯存箱足夠使用。如果設(shè)備放在室外 ，貯料箱要考慮伴熱或保溫，放液區(qū)要作防水處理 。 在充料過程中必須關(guān)閉雨水排水閥。罐車?yán)脡嚎s氣來卸液。當(dāng)往 NOx 脫除車間輸送脫除添加劑時，需要使用磁耦合泵和潛液泵。6、混合和分配系統(tǒng)還原劑用水稀釋 。 可以使用自來水或井水來稀釋Satamin和 Carbamin還原劑。如果燃料中沒有加入防止高低溫腐蝕的添加劑，可以通過混合和分配系統(tǒng)加入注入系統(tǒng)稀釋后還原劑的加料系統(tǒng)依賴于燃燒室的幾何尺寸。帶有單相噴嘴的

14、水冷噴槍.專業(yè)專注.在鍋爐的應(yīng)用中非常成功。雙相噴嘴使用壓縮空氣的噴槍適合于層燃鍋爐。7、二次排放燃燒富硫燃料 （ >0.5% 的 S），溫度小于 350 時， 煙氣中高的 NH3 濃度能夠形成硫酸氨 。 和硫酸氫氨不一樣，硫酸氨是一種無污染的副產(chǎn)物。在溫度小于160時，硫酸氫氨的形成與煙氣中SO3 量和 NH3 量有關(guān) 。硫酸氫氨容易導(dǎo)致?lián)Q熱器表面結(jié)垢腐蝕。 但是 ，通過使用配制合理的脫除添加劑（ Satamin和Carbamin 產(chǎn)品），就可以避免硫酸氫氨的形成。改進(jìn)后的 SNCR 裝置氨排放允許值依賴于鍋爐大小，為 530mg/m3 。NOx 脫除裝置的設(shè)計是根據(jù)使用添加劑sata

15、min 和 carbamin ，該系統(tǒng)不影響鍋爐效率。 反應(yīng)熱量與稀釋水蒸發(fā)熱量相當(dāng)。SNCR 和 SCR 的區(qū)別SNCR 的反應(yīng)劑采用爐膛內(nèi)噴射，不需特殊預(yù)留空間。SNCR 不采用催化劑系統(tǒng)不存在壓力損失且不會對下游設(shè)備造成影響。SNCR 和 SCR 是目前煙氣脫硝的常用技術(shù)，SNCR 和 SCR相比具有以下特點 。第一，SNCR 和 SCR 最大的不同在于脫硝過程中不使用催化劑，且不導(dǎo)致SO2 /SO3 氧化，故造成空預(yù)器堵塞的機(jī)會非常小。第二，整個過程沒有壓力損失 ，因此不需提高引風(fēng)機(jī)壓頭，特別是改造機(jī)組不需對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造 ，既節(jié)省了投資又縮短了建設(shè)工期。第三，SNCR 所需設(shè)備占地面

16、積小 ，且相對于 SCR設(shè)備簡單 ，施工量減少 ，.專業(yè)專注.縮短了工程實施時間 ，對于改造機(jī)組而言 ，在場地限制較大的情況下更便于工程實施 。第四，SNCR 工藝整個還原過程在鍋爐內(nèi)部進(jìn)行，不需要另外設(shè)立反應(yīng)器。還原劑通過安裝在鍋爐墻壁上的噴嘴噴入煙氣中。噴嘴布置在燃燒室和省煤器之間的過熱器區(qū)域 ，鍋爐的熱量為反應(yīng)提供了能量，使 NOX 在這里被還原。反應(yīng)器 、反應(yīng)器支撐鋼結(jié)構(gòu)及其附屬煙道的取消，降低了較大一部分投資，減少了大部分安裝工作 ，而且更便于日后的檢修 、維護(hù)工作 。下面對兩種脫硝技術(shù)進(jìn)行簡單對比。1. 脫硝效率 、工程造價和運行費用低碳燃燒技術(shù)的脫硝效率約在25% 40% ，工程造價較低 ，運行費用較低 ;SNCR 技術(shù)的脫硝效率約在25% 40%，工程造價低 ，運行費用中等 ; LNB+SNCR 技術(shù)脫硝效率約在40% 70% ，工程造價中等，運行費用中等 ;SCR 技術(shù)脫硝效率在80% 90% ，工程造價較高 ，運行費用中等 。2. 對系統(tǒng)的