脫硝知識培訓(xùn)

脫硝知識培訓(xùn)第一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第1章NOX的生成煤燃燒產(chǎn)生的NOx主要是NO和NO2，另有少量N2O。在煤的燃燒過程中，NOx的生成量和排放量與燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等密切相關(guān)，燃燒形成的NOx可分為燃料型、熱力型和快速型。（一）燃料型NOx煤中的氮一般以氮原子的形態(tài)與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成氮的環(huán)狀或鏈狀化合物，燃燒時，空氣中的氧與氮原子反應(yīng)生成NO，NO在大氣中被氧化成毒性更大的NO2。這種燃料中的氮化合物經(jīng)熱分解和氧化反應(yīng)而生成的NO稱為燃料型NOx。。煤燃燒產(chǎn)生的NOx，其中75~90%是燃料型NOx。第二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（二）熱力型NOx熱力型NOx是指空氣中的N2與O2在高溫條件下反應(yīng)生成的NOx。以煤粉爐為例，在燃燒溫度為1350℃時，幾乎100%是燃料型NOx，但當(dāng)溫度為1600℃時，除了反應(yīng)溫度對熱力型NOx的生成有決定性影響外，還和N2濃度以及停留時間有關(guān)。過量空氣系數(shù)和煙氣停留時間對熱力型NOx的生成有很大影響。（三）快速型NOx快速型NOx主要是指燃料中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的烴，與燃燒空氣中的N2發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN化合物繼續(xù)被氧化而生成的NOx。第三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第2章SCR催化原理催化還原法(SCR)根據(jù)NOx還原作用與還原劑的關(guān)系可以分為非選擇性化還原(Non-SelectiveCatalyticReduction)和選擇性催化還原(SelectiveCatalyticReduction)兩種。非選擇性NO催化還原的機理類似于直接分解，還原劑的作用只是清除催化劑表面的氧，廢氣中氧氣、H2O和SO2等都會對催化劑的活性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此非選擇性還原沒有實際應(yīng)用前景。當(dāng)前應(yīng)用最多的SCR技術(shù)以NH3作還原劑，V2O5/TiO2為催化劑來降解火電廠排放的NOx，這也是目前唯一能在氧化氣氛下脫除NOx的實用方法。1979年，世界上第一個工業(yè)規(guī)模的SCR裝置在日本Kudamatsu電廠投入運行。NH3-SCR過程通常是在空氣預(yù)熱器的上游將還原劑NH3注入含有NOx的煙道氣中，隨后NOx在催化劑的作用下被還原為N2和水。第四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三FGDAirHeaterStackBottomAshCoalMillFlyashFan3000°F2200°FSelectiveCatalyticReduction550-750°F50-90%reduction<2ppmNH3slipSCR

NOxControl700°FESP第六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三典型的SCR脫硝反應(yīng)器示意圖第七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三NH3噴射，溫度范圍：350～400℃；可達到90％以上脫硝率；投資費用高，空間限制，NH3泄漏，SO3排放，催化劑中毒失火；應(yīng)用：超過75臺鍋爐；旋風(fēng)爐，墻燃爐，切燃爐，容量范圍：122－1300MW第八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三原理：利用NH3做還原劑，在300~400℃溫度范圍和一定的催化劑（鐵、釩、鉻、銅、鈷或鉬等金屬氧化物）作用下，使煙氣中的NOX還原為無害的N2和H2O。主反應(yīng)機理：8NH3+6NO2→7N2+12H2O4NH3+6NO→5N2+6H2OSCR特點：（1）90％～95％NOX削減率；（2）氨泄漏量低,0-5ppm（3）極好的空燃比控制，接近1.0.

（4）廣泛應(yīng)用于日本、歐洲的燃?xì)?、燃油和燃煤鍋爐 問題：投資及運行費用高、催化劑中毒、氨儲存、粉煤灰綜合利用第九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第3章SCR的工藝與設(shè)備選擇性催化還原系統(tǒng)安裝于鍋爐省煤器之后的煙道上，NH3通過固定于注氨格柵上的噴嘴噴入煙氣中，與煙氣混合均勻后一起進入填充有催化劑的脫硝反應(yīng)器。反應(yīng)器通常垂直放置(也有個別水平放置的)，NOx與NH3在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)。反應(yīng)器中的催化劑分上下多層，經(jīng)過最后一層催化劑后，使煙氣中的NOx控制在排放限值以內(nèi)。省煤氣旁路是用來調(diào)節(jié)溫度的，即通過調(diào)節(jié)經(jīng)過省煤器的煙氣與通過旁路的煙氣比例來控制反應(yīng)器中的煙氣溫度，氨噴射器安裝位置在反應(yīng)器的上游足夠遠處，以保證噴入的氨與煙氣充分混合。第十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三一、供氨與注氨系統(tǒng)貯存在液氨罐的高純液氨經(jīng)氣化器加熱后，由液態(tài)氨轉(zhuǎn)為氣態(tài)氨，通過供氨管路送至催化劑反應(yīng)器前的噴氨匯流排上，最后由噴氨格柵均勻地注入反應(yīng)器前的煙道。由于氨的爆炸極限15~28%(在空氣中的體積比)，為保證安全和分布均勻，氨氣注入煙道前由稀釋風(fēng)機提供空氣并進行體積濃度稀釋，實現(xiàn)氨氣與空氣的混合比為低于5%。二、催化反應(yīng)系統(tǒng)注入煙道后的氨氣隨煙氣氣流自上而下垂直進入SCR脫硝反應(yīng)器，在280~400℃的溫度條件下及催化劑的作用下，將煙氣中的NOx催化降解為無害的N2和H2O。第十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三三、檢測與控制系統(tǒng)氨的注入量控制是由SCR進出口在線的NOx、O2監(jiān)視分析儀測量值、煙氣溫度測量值、稀釋風(fēng)機流量、煙氣流量(由燃煤流量換算求得)來控制的。NH3監(jiān)視分析儀監(jiān)視NH3的逃逸率，設(shè)計上一般小于3%，超限則報警并自動調(diào)節(jié)NH3注入量。四、輔助系統(tǒng)氨氣注入格柵前分配管上設(shè)有壓縮空氣管道，當(dāng)注入格柵噴頭發(fā)生堵塞時進行吹掃。在氨氣進裝置分管閥后設(shè)有氮氣預(yù)留閥及接口，在停工檢修時用于吹掃管內(nèi)氨氣。SCR內(nèi)設(shè)置吹灰器，吹掃介質(zhì)為蒸汽，吹掃頻率根據(jù)SCR壓差決定。第十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三工藝參數(shù)一、入口NOx濃度由于各種組分(包括NOx、NH3)在煙氣中分布并不均勻，以下所說的組分濃度均為平均濃度。對于特定的鍋爐，SCR反應(yīng)器入口煙氣NOx濃度受鍋爐運行條件的影響，煤質(zhì)變化、鍋爐負(fù)荷變化、燃燒條件(如配風(fēng)方式、過?？諝饬康?的變化都會使反應(yīng)器入口煙氣NOx濃度發(fā)生變化。二、脫硝率SCR反應(yīng)器出口煙氣NOx濃度(或脫硝效率)一般根據(jù)環(huán)保法規(guī)(排放限值、排污收費)通過技術(shù)經(jīng)濟比較來選擇。脫硝率定義為反應(yīng)器進口前的NOx濃度扣除反應(yīng)器出口后的NOx濃度，再除以反應(yīng)器進口前的NOx濃度的比值，它直接反映了煙氣中氮氧化物的脫除效率。第十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三三、空間速率空間速率(SV)是SCR反應(yīng)器中最重要的設(shè)計參數(shù)之一。SV定義為單位時間內(nèi)單位體積的催化劑所能處理的單位煙氣的體積量。單位為h-1。反映了煙氣在SCR反應(yīng)器內(nèi)的停留時間的大小。

式中，SV為空間速率，h-1，Vfg為煙氣流量，m3/h?？臻g速率是催化反應(yīng)器SCR反應(yīng)器中的空間速率是一個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，也主要設(shè)計依據(jù)，空間速率的確定除受催化劑特性的影響之外，需要考慮脫硝效率、運行溫度、氨的允許逃逸量以及煙氣中的粉塵含量、鍋爐形式、催化反應(yīng)器布置位置等諸多因素。煙氣的空間速率越大，其停留時間越短。一般而言，SCR的脫硝效率將隨煙氣空間速率的增大而降低?？臻g速率通常是根據(jù)SCR反應(yīng)器的布置位置、脫硝效率、煙氣溫度、允許的氨逃逸量以及粉塵濃度來確定的。第十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三空間速率大，煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間短，則NOx降解反應(yīng)有可能不完全，這樣氨的逃逸量就會比較大，同時煙氣對催化劑骨架的沖刷也大。相反，空間速率太小，則增加了催化劑的消耗量，運行的經(jīng)濟性下降?？臻g速率一般控制在2500~3500h-1。四、反應(yīng)溫度(℃)每一種催化劑都有其充分發(fā)揮活性的反應(yīng)溫度范圍，SCR工藝所用的催化劑也不例外。反應(yīng)溫度不僅決定反應(yīng)物的反應(yīng)速度，而且決定催化劑的反應(yīng)活性。以目前廣泛使用的釩-鈦催化劑為例，反應(yīng)操作溫度大多設(shè)定在320~420℃之間。如果溫度過低，反應(yīng)速率慢，甚至出現(xiàn)了一些不利于NOx降解的副反應(yīng)，如銨鹽的生成反應(yīng)加快。如果溫度過高，則會出現(xiàn)催化劑活性微晶受高溫?zé)Y(jié)的現(xiàn)象，影響了催化劑的使用壽命。第十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三五、反應(yīng)時間反應(yīng)時間即為煙氣流經(jīng)反應(yīng)器時，在所有催化劑孔道內(nèi)停留的總時間。根據(jù)定義，反應(yīng)時間的計算式如下：(4-3)式中Qg為煙氣體積流量；Vc為催化劑體積；ε為催化劑孔道橫截面積與催化劑整體橫截面積的比率。六、NH3/NOx的摩爾比氨氮摩爾比簡稱為氨氮比，它的定義是SCR反應(yīng)器入口煙氣中氨的摩爾濃度與氮氧化物的摩爾濃度的比值，其定義式如下：(4-4)式中和分別為反應(yīng)器入口煙氣中NH3和NOx的摩爾濃度。第十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三理論上，1mol的NOx需要1mol的NH3去脫除，NH3量不足會導(dǎo)致NOx的脫除效率降低，但NH3過量又會帶來NH3對環(huán)境的二次污染以及產(chǎn)生氨鹽等腐蝕性物質(zhì)。通常噴入的NH3量隨著機組負(fù)荷的變化而變化，NH3量與NOx脫除效率的關(guān)系必需通過現(xiàn)場的調(diào)試來實現(xiàn)。在設(shè)定的脫硝率下，如果噴氨調(diào)節(jié)閥的性能越好、噴氨格柵的混合性能越強，那么，實際NH3/NOx的摩爾比就越接近理論值。七、SO2轉(zhuǎn)化率釩-鈦催化劑在降解NOx的過程中，也會把煙氣中的部分SO2催化氧化為SO3。當(dāng)SO3的轉(zhuǎn)化率過高，不僅容易導(dǎo)致空氣預(yù)熱器的堵灰和后續(xù)設(shè)備的腐蝕，而且會造成催化劑中毒。因此，在SCR運行時，一般要求SO2的轉(zhuǎn)化率小于1%。降低SO2氧化為SO3的主要措施是通過改善催化劑成份來實現(xiàn)的，例如，在釩-鈦催化劑體系中加入鎢、鉬等成份，可有效地抑制SO2被氧化為SO3。第十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三八、NH3逃逸率NH3逃逸率是指催化反應(yīng)器出口煙氣中所含NH3體積分?jǐn)?shù)，它反映了未參加反應(yīng)的NH3的量。NH3逃逸率之所以受到高度的重視，主要有兩個原因，一是逃逸了的NH3浪費了生產(chǎn)成本，可能造成環(huán)境的二次污染；二是逃逸了的NH3與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH4HSO4和(NH4)2SO4等粘稠狀的銨鹽，粘結(jié)在空預(yù)器等下游設(shè)備上，并腐蝕這些設(shè)備，同時增大了沿程阻力。NH3逃逸率一般控制在小于3%。減少NH3逃逸率的措施要通過設(shè)計合理的空間速率和NH3/NOx的摩爾比來實現(xiàn)。九、反應(yīng)器運行壓降反應(yīng)器運行壓降指省煤器出口至空預(yù)器進口之間煙道的壓降，主要反映了煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器催化劑層后的壓頭損失。正常情況下，反應(yīng)器運行壓降小于1000Pa。第十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三美國和歐洲部分電廠的SCR工藝參數(shù)電站PSNHMerrimack#1機組PP&LMontour#2機組BEWAGKWReuterD和E機組AltbachHKWNeckar機組裝機容量/MW122745300460燃料種類煙煤煙煤煙煤煙煤煙氣量/m3/h31275026063009300001300000進口NOx濃度/mg/m32018600650650出口NOx濃度/mg/m3<226<60<150<200設(shè)計脫硝率/%88.9907781.5設(shè)計溫度/℉660725725698氨逃逸率/ppm<5<2<5<5反應(yīng)器個數(shù)1211投運時間199920001988/19891990SCR安裝位置高塵區(qū)高塵區(qū)高塵區(qū)高塵區(qū)催化劑層數(shù)3+1(備用)2+2(備用)3+1(備用)3催化劑型式與孔徑/mm平板式/5.4蜂窩式/7.1蜂窩式/7.4蜂窩式/7.4吹灰器布置每層布置每層布置僅第一層布置—第二十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三供氨設(shè)備目前，電站鍋爐SCR裝置普遍使用的是液氨。液氨屬化學(xué)危險物質(zhì)，對液氨的運輸與卸載等處理有非常嚴(yán)格的規(guī)程與規(guī)定，歐洲很多電站的液氨供應(yīng)僅允許使用鐵路運輸。采用氨水就可以避開適用于液氨的嚴(yán)格規(guī)定。雖然氨水可在常壓下運輸和儲存，但經(jīng)濟性差，需要額外的設(shè)備和能量消耗，并需采用特殊的噴嘴將氨水噴入煙氣。德國僅有個別電站使用氨水作為SCR的還原劑。采用液氨作為還原劑時，在噴入煙氣管道前需采用熱水或蒸汽對液氨進行氣化。液氨被氣化為氨氣后，通過專用的稀釋風(fēng)機提供稀釋風(fēng)，也可以從送風(fēng)機出口抽取一小部分冷空氣(約占鍋爐燃燒總風(fēng)量的0.5%~1%)作為稀釋風(fēng)，對其進行稀釋混合，形成濃度均勻的氨與空氣的混合物(通常將氨體積含量控制在5%以內(nèi))，通過布置在煙道中的氨噴嘴均勻噴入SCR反應(yīng)器前的煙氣管道。第二十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三二、供氨設(shè)備（一）貯氨罐液氨是一種高毒性的物質(zhì)，對它的防護安全問題受到了相關(guān)職業(yè)安全和健康管理部門以及環(huán)保主管部門的高度重視，各國都建立了相關(guān)的法規(guī)對液氨的儲存、運輸和使用進行嚴(yán)格的規(guī)范與限制。這里著重討論液態(tài)NH3的儲存與使用。作為SCR還原劑的液氨系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲存罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖槽等，另外還必須備有噴淋設(shè)施、廢水泵、廢水池等附屬設(shè)施，同時安裝計量和監(jiān)測儀表，在管理上嚴(yán)格遵守有關(guān)安全操作規(guī)程。液態(tài)NH3存放在圓形或圓柱形壓力罐內(nèi)(如圖)，儲存罐的容積一般在50~200m3之間?？們Υ嫒萘堪纯晒﹥芍艿氖褂脮r間設(shè)計。每個廠最少配備兩個儲罐。每個儲罐只裝一半，以便需要時可用泵將一個罐里的氨送到另一個罐里去。這樣做除了安全的考慮外，還為了保證一個罐在檢修時SCR反應(yīng)器能不間斷地工作。第二十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三國外貯氨罐實物圖

國內(nèi)貯氨罐實物圖

第二十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三儲存罐可以放置在地面或地下，但位于市區(qū)內(nèi)的電廠必須置放在地下，儲存罐外面要涂敷防護層，其中的地下式儲罐需要涂瀝青防腐層，地面式儲罐需要涂特殊的熱反射層。大量的液態(tài)NH3由壓力罐車通過火車或汽車運送，小量的則由鋼瓶或壓力罐由汽車運送，無論火車運輸還是汽車運輸，都必須具有運輸危險化學(xué)品的資質(zhì)。送到后利用氣體平衡方法，采用專用泵將液態(tài)NH3輸送到儲罐內(nèi)。每個儲存罐均應(yīng)配備安全泄壓閥、液位變送器和液位開關(guān)作為超壓保護裝置，液氨供應(yīng)管道還應(yīng)配備止回閥和安全泄壓閥，萬一液氨管道出現(xiàn)事故和操作錯誤時，可以避免出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏。儲存罐還裝有溫度計、壓力表液位計和相應(yīng)的變送器將信號送到脫硝控制系統(tǒng)，當(dāng)儲存罐內(nèi)溫度或壓力出現(xiàn)高限報警時，儲存罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴頭裝置啟動，對罐體進行自動噴淋減溫；當(dāng)有微量氨氣泄漏時也可啟動自動噴淋裝置，對氨氣進行吸收，控制氨氣擴散污染。

第二十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（二）卸氨裝置液氨的純度為>99.9%，由槽車運來的液氨用壓縮機(圖4-6)進行卸料，通過卸料壓縮機的壓差將槽車內(nèi)的液氨送至儲存罐內(nèi)，卸氨過程產(chǎn)生的尾氣收入裝有水的吸收罐內(nèi)，避免對環(huán)境造成影響。由于卸氨過程液氨減壓后蒸發(fā)吸熱，所以卸氨管道上經(jīng)常會大量結(jié)冰或化霜，為減少此類問題的發(fā)生，確保卸氨過程的安全。經(jīng)常在槽車之后的卸氨管上聯(lián)接一臺蛇形管自然吸熱器，減少液氨管道的結(jié)冰或化霜現(xiàn)象。圖4-7為蛇形管自然吸熱器實物圖。槽車中液氨的排出是通過向槽車上部空間輸入高壓氨氣把液氨壓出來的。高壓氨氣是通過連通液氨儲罐上部飽和氨氣獲得的，通過氨氣壓縮機將氨氣增壓，增壓后的氨氣進入槽車并起到驅(qū)逐其中液氨的作用，圖4-8是壓縮機卸氨的工作原理圖。另外槽車中余下的氨氣，可通過壓縮機反向旋轉(zhuǎn)把氨氣壓回儲罐。當(dāng)儲罐需要進行維修時，壓縮機還可用于兩個儲罐之間的液氨的倒罐輸送，以及用來放出儲罐里的氨氣。第二十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-6壓縮機實物圖

圖4-7蛇形管自然吸熱器實物圖

第二十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第二十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（三）氣化器氣化器的作用在于把液態(tài)氨轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氨。氣化器的加熱源一般采用蒸汽加熱，也可用電加熱頭加熱。加熱溫度控制在50℃左右。氣化器的氣化能力一般按最大需氨量的1.2~1.5倍來考慮。液氨氣化器為螺旋管式，圖4-9是氣化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖4-10是氣化器的實物圖。氣化器盤管內(nèi)為液氨，管外為溫水，用蒸汽直接噴入水中，并把水加熱到一定的溫度，再以溫水將液氨氣化，并加熱至常溫。蒸汽流量受蒸發(fā)器本身水浴溫度控制調(diào)節(jié)，當(dāng)水的溫度高過設(shè)定值時切斷蒸汽氣源。氣化器上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)出口壓力達到設(shè)定值時，則切斷液氨進料。在氨氣出口管線上也裝有溫度檢測器，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時切斷液氨，使氨氣至緩沖槽維持適當(dāng)溫度及壓力。氣化器還裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力異常過高。每套氣化器裝置配有一個調(diào)壓管道，它把氨氣輸送到SCR系統(tǒng)，另外應(yīng)有一個備用的氣化器，在出現(xiàn)故障或維修的時候用來保證系統(tǒng)的安全運行。第二十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三補水氣態(tài)氨液態(tài)氨蒸汽溢流口圖4-9氣化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4-10是氣化器的實物圖第二十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（六）氮氣吹掃脫硝系統(tǒng)最關(guān)鍵的安全問題是：保持液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)的嚴(yán)密性，防止氨氣的泄漏和氨氣與空氣的混合造成爆炸?；诖朔矫娴目紤]，供氨系統(tǒng)的卸料壓縮機、液氨儲罐、氨氣氣化器、氨氣緩沖罐等都應(yīng)備有氮氣吹掃管線。在設(shè)備初次投運或檢修后投運，液氨卸料之前必須通過氮氣吹掃管線對與氨直接接觸的設(shè)備分別進行嚴(yán)格的系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗和氮氣置換，防止氨氣泄漏和系統(tǒng)中殘余的空氣混合爆炸，并造成爆炸的危險。（七）排放系統(tǒng)排放出的液氨或氣氨通過裝有水的氨吸收罐吸收，再經(jīng)由廢水泵送到工業(yè)廢水處理站。第三十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（八）防護裝置氨具有強烈的刺激性，氨對皮膚、眼睛及軟組織有強烈的腐蝕作用，如不慎接觸會造成傷害。為保障人身安全，應(yīng)完善防護措施，如配有防護服、防毒面具。氨站還必須安裝應(yīng)急淋浴，應(yīng)急淋浴水應(yīng)為飲用水，如不慎造成與氨水接觸，應(yīng)立即沖洗。氨站還應(yīng)設(shè)有洗眼器，沖洗用水必須是飲用水。在氨水不慎進入眼睛時，要用大量的水沖洗至少15分鐘，然后立即就醫(yī)。氨進入人體眼部后，有強烈的刺激感、疼痛感，容易引起角膜炎(眼睛紅腫)，造成角膜腐蝕，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致失明。第三十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三注氨設(shè)備一、稀釋風(fēng)機SCR脫硝系統(tǒng)采用的氨(NH3)還原劑，其爆炸極限(在空氣中體積%)15~28%，為保證氨(NH3)注入煙道的絕對安全以及均勻混合，需要引入稀釋風(fēng)，將氨濃度降低到爆炸下限以下，一般應(yīng)控制在5%以內(nèi)。稀釋風(fēng)機為氨氣的稀釋與混合提供空氣。風(fēng)機的出力按煙氣最大量時稀釋氨氣所需風(fēng)量來考慮，并留有裕度，混合后的氨氣/空氣混合物的體積比在BMCR工況下為5%。稀釋氣流流量的控制在開始啟動時手動調(diào)整，以后無需再調(diào)。圖4-12、圖4-13是稀釋風(fēng)機實物圖。第三十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-12國外氨氣稀釋風(fēng)機實物圖

圖4-13國內(nèi)氨氣稀釋風(fēng)機實物圖

第三十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三二、供氨母管/集管經(jīng)稀釋風(fēng)機稀釋后的氨氣與空氣實現(xiàn)了混合，氨氣注入煙道之前，供氨母管沿著煙道的垂直斷面又分成若干個集管，以利噴入的氨氣均勻分布在煙道的各個斷面上。圖4-14是氨氣稀釋后注入煙道前的供氨管路示意圖，圖4-15則為相應(yīng)的實物圖。第三十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第三十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三三、注氨格柵(AIG)注氨格柵(AmmoniaInjectionGrid，AIG，見圖4-16)是SCR系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，注入的氨氣在煙道中分配的均勻性，直接關(guān)系到脫硝效率和氨的逃逸率兩項重要指標(biāo)。保證注入的氨氣在煙道中與煙氣均勻混合是選擇性催化反應(yīng)順利進行的先決條件。注氨格柵一般采用碳鋼材質(zhì)，布置在省煤器出口與催化反應(yīng)器進口之間的煙道上。目前，注氨格柵的形式較多，但一般由安裝在煙道垂直斷面上的若干噴氨支管與支管上的噴嘴組成。大型燃燒設(shè)備的SCR的噴射系統(tǒng)中，噴嘴(圖4-17)達數(shù)百個之多。第三十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第三十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三根據(jù)SCR催化劑的反應(yīng)動力學(xué)原理，氨和NOx的混合程度對提高SCR工藝的脫硝效率具有極大的影響。如果還原劑和NOx不能充分混合，而又要達到NOx排放量指標(biāo)要求，則無疑將導(dǎo)致催化劑的用量大增和氨的外逸，造成運行成本的提高和新的環(huán)境污染。為了達到還原劑和NOx的充分混合接觸，最理想的狀況是使還原劑的濃度分布與NOx的濃度分布相一致，即在NOx的濃度高的位置，噴入的氨也相應(yīng)多一些，而在NOx的濃度低的位置，噴入的氨也相應(yīng)少一些。而要達到這一要求就需要根據(jù)NOx的分布單獨調(diào)整每一個噴嘴的噴氨量。因此，噴射系統(tǒng)需要做成可以調(diào)節(jié)的，通過對每一個噴嘴的噴氨量的調(diào)節(jié)，建立與NOx的通量剖面相一致的氨的噴入劑量，將有助于大幅度提高脫硝效率。第三十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-18噴嘴/靜態(tài)混合器的布局圖

圖4-19靜態(tài)混合器

第三十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三注氨格柵和噴射點的密度是影響混合均勻度的重要因素(圖4-17)，噴嘴數(shù)量越多越有利于形成混合均勻的流動，但數(shù)以百計的噴嘴無疑增加了設(shè)計、安裝與運行維護的復(fù)雜性，所以，利用較少噴嘴達到同樣效果的探索一直是該領(lǐng)域中研究的另一個熱點，一種通過將氨噴射到轉(zhuǎn)盤上，然后利用旋轉(zhuǎn)運動使氨均勻擴散開來的噴氨方式可以使噴嘴數(shù)目大幅度減少。為了進一步提高氨氣/煙氣的混合效果，不少供應(yīng)商在煙道內(nèi)部還設(shè)置了所謂的靜態(tài)混合器，來控制整個反應(yīng)器入口的橫斷面上煙氣溫度分布和流速分布。另外，在所有煙氣轉(zhuǎn)向處都安裝了導(dǎo)流板，保證煙氣流向正確，整個系統(tǒng)的壓力損失降到最低程度。第四十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三設(shè)計優(yōu)良的噴射系統(tǒng)可以縮短擴散長度、減少壓力損失，從而少占場地、節(jié)約建造費用和運行費用。目前已經(jīng)有若干種成熟的高效注氨技術(shù)付諸商業(yè)應(yīng)用，比如奧地利INTEGRAL公司所研制的注氨格柵綜合考慮了在減少壓力降和節(jié)省管道空間的前提下，實現(xiàn)氨氣/煙氣均勻分布和穩(wěn)定混合的要求。通過把可調(diào)節(jié)噴射量的噴槍按設(shè)計要求安裝在煙氣管道的橫截面上，并在氨噴入的地方造成煙氣的紊流，使反應(yīng)物充分混合，在使用液氨、氨溶液和尿素時都表現(xiàn)出了良好的性能。序號項目數(shù)值1煙氣流量1950000Nm3/h2液氨消耗量3000kg/h3煙氣管道橫截面21m×12m4注氨格柵最大距離0.6m5最大混合距離1.2m6偏差3.4%~4.0%(額定負(fù)載下)7注氨的壓降10Pa表4-4噴射格柵實驗第四十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三反應(yīng)器一、本體催化反應(yīng)器是一個與尾部煙道相連的安裝催化劑和完成脫硝化學(xué)反應(yīng)的容器，如前所述，催化劑反應(yīng)器有高灰段、低灰段和尾部煙氣段布置方式。燃煤鍋爐煙氣脫硝的SCR反應(yīng)器都在很高的位置上垂直放置(燃天然氣或燃油鍋爐的反應(yīng)器可以水平放置)，在大部分設(shè)計中，煙氣都是先在向上流動的煙道與氨混合，然后經(jīng)過水平煙道再折轉(zhuǎn)向下流過脫硝反應(yīng)器。反應(yīng)器和煙道的設(shè)計都采用傳統(tǒng)的煙氣流速用來保持飛灰在煙氣中處于懸浮狀態(tài)。由于催化反應(yīng)器需要占用很大的空間，因此對于老廠加裝煙氣脫硝系統(tǒng)的改造工程來說，場地問題往往成為設(shè)計工作中經(jīng)常遇到的難題。催化反應(yīng)器通過設(shè)計合理的過渡段與煙氣管道相連接，保證反應(yīng)器內(nèi)催化還原反應(yīng)充分進行，需要在上游的煙氣管道中配置煙氣混合裝置和轉(zhuǎn)向?qū)Я餮b置。另外還需要在反應(yīng)器內(nèi)安裝吹灰器，使催化劑保持清潔和反應(yīng)活性。一臺鍋爐通常配兩套催化反應(yīng)器，每套反應(yīng)器處理總煙氣量的1/2。第四十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第四十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三催化劑固定在反應(yīng)器中，催化劑的支撐結(jié)構(gòu)在保證牢固的情況下還應(yīng)注意排列合理，盡量減少對煙流的阻礙，以及避免產(chǎn)生渦流出現(xiàn)煙氣回流。反應(yīng)器的本體由若干層催化劑層和承載催化劑的煙道殼體構(gòu)成，可簡單地視為裝有催化劑的變形煙道。反應(yīng)器的本體是實現(xiàn)煙氣中氮氧化物降解的場所。SCR反應(yīng)器體積大小是根據(jù)煤質(zhì)數(shù)據(jù)、煙氣條件、煙氣粉塵量、燃燒介質(zhì)元素成分、煙氣流量、NOx進口濃度、脫硝效率、SOX濃度、反應(yīng)器壓降、使用壽命等決定的。圖4-20為SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)剖面圖。SCR安裝在獨立的金屬構(gòu)架平臺上，截面成矩形，并且由起到加強作用的鋼板托起，反應(yīng)器的載荷通過它的側(cè)墻均勻地分布，SCR反應(yīng)器被固定在中心并向外膨脹，使水平膨脹位移量最小。SCR反應(yīng)器外壁一側(cè)在催化劑層處有檢修門，用于將催化劑模塊裝入催化劑層。每個催化劑層都設(shè)有人孔，機組停運時通過人孔進入檢查催化劑模塊。第四十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三煙氣與注入的氨氣接觸后，首先經(jīng)過混合柵，提高氨氣與煙氣的混合程度，混合柵一般為呈網(wǎng)狀布置的金屬構(gòu)件?；旌蠔藕?，煙氣/氨氣經(jīng)過折角導(dǎo)流柵，流向發(fā)生變化。在最后進入催化反應(yīng)層之前，煙氣/氨氣流過小盡寸的正方形整流柵，煙氣/氨氣的混合的均勻性再度提高，并保證在催化劑層上的水平斷面上均勻分配?；旌蠔拧?dǎo)流柵、整流柵的最佳幾何尺寸、安裝形式及設(shè)置的必要性通過流體模擬試驗方法確定。催化劑箱由底部的支承鋼梁組成(圖4-24)，反應(yīng)器橫截面和催化劑的層間距設(shè)計，應(yīng)能保證吹灰器的安裝和正常運行需要。第四十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-21煙氣與氨氣的混合柵

圖4-22煙氣與氨氣折角導(dǎo)流柵

第四十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-23煙氣與氨氣的整流柵

圖4-24催化劑箱的支承鋼梁

第四十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三吹灰器裝在每個催化劑層的上方，采用過熱蒸汽吹灰，吹掉催化劑上的積灰。催化劑反應(yīng)器的下游設(shè)有一組取樣管，取樣管深入煙道的斷面上，由多根取樣插管組成，用于測量截面上NOx的濃度(及其它如NH3、SOx等的濃度)。圖4-25為取樣管的現(xiàn)場拼裝圖。反應(yīng)器殼體(參見圖4-26)通常采用標(biāo)準(zhǔn)的板箱式結(jié)構(gòu)，輔以各種加強筋和支撐構(gòu)件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應(yīng)力的要求，并且實現(xiàn)與外界的隔熱。反應(yīng)器還設(shè)有門孔、觀察口、單軌吊梁，用于催化劑的安裝、運行觀察和維護保養(yǎng)。板箱式反應(yīng)器由鋼結(jié)構(gòu)支撐。第四十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-25取樣管的現(xiàn)場拼裝圖

圖4-26吊裝中的反應(yīng)器殼體第四十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第五十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三二、催化劑每個反應(yīng)器內(nèi)裝填一定體積的催化劑，催化劑裝填量的多少，取決于設(shè)計的處理煙氣量、脫硝效率以及催化劑的性能。催化劑模塊是商業(yè)催化劑的最小單元結(jié)構(gòu)，若干個催化劑模塊組成箱體結(jié)構(gòu)，若干只箱體再組成催化劑層，每個反應(yīng)器一般由3~4層的催化劑層組成的。1.催化劑模塊催化劑模塊是商業(yè)催化劑的最小單元結(jié)構(gòu)，以蜂窩催化劑為例，每個模塊上開有22×22個氣流口。氣流孔徑的大小取決于鍋爐所用燃料的種類。例如，普通的燃煤煙氣脫硝催化劑采用的氣流孔徑為p=7mm，孔壁厚a<1mm。催化劑模塊的斷面隨著設(shè)計的情況會出現(xiàn)變化，但長度一般不超過1m。第五十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-28蜂窩式與波紋式催化劑的單元模塊第五十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三2.催化劑箱催化劑模塊以箱體(圖4-29)組合的形式安裝。設(shè)計箱體主要是考慮到能保證催化劑在反應(yīng)器中便于安裝到適宜固定的位置，同時它也充當(dāng)運輸容器，保護催化劑模塊在運輸過程中免遭損壞。箱體由一個薄金屬筒體構(gòu)成，它的底部有一個用于固定的支撐格柵，頂部分布很多的小方格，煙氣可以進入，格柵上采用優(yōu)良的不銹鋼網(wǎng)格，這樣可以保護催化劑，避免外來物損傷催化劑。各模塊之間采用彈性的礦物纖維進行密封。催化劑模塊裝入鋼箱有利于運行與安裝，防止催化劑的破損。以美國康寧公司生產(chǎn)的催化劑為例，每只鋼箱內(nèi)裝有8×8=64個催化模塊。塊與塊之間以及塊與框子外殼之間安裝有陶瓷纖維密封(參見圖4-32、圖4-33)，用以防止未處理煙氣的泄漏以及外部振動的影響。第五十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-29催化劑箱體實物圖第五十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-30催化劑箱體底部的支撐格柵

圖4-31催化劑箱體頂部保護格柵第五十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-32模塊之間的纖維密封示意圖

圖4-33模塊之間的纖維密封實物圖第五十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三3.催化劑反應(yīng)層每層催化劑由若干個裝有催化劑單元的鋼箱均勻排列組成，以300MW機組為例，每層催化劑由42只鋼箱組成。為了防止煙氣短路，鋼箱之間采用密封鋼條密閉。圖4-34為蜂窩式催化劑反應(yīng)層示意圖，圖中的每一小方塊代表了催化劑鋼箱。圖4-35為催化劑反應(yīng)層在反應(yīng)器中的位置示意圖。圖4-36為反應(yīng)器內(nèi)就位好的催化劑層，圖4-37為反應(yīng)器內(nèi)就位好的催化劑層的仰視圖。防止催化劑箱體間煙氣短路，在箱體與箱體頂部間隙之間焊接密封板或密封條(圖4-38)，箱體和反應(yīng)器壁之間有斜板，這些部件可有效防止催化劑模塊間煙氣短路。在SCR壁板和催化劑之間的死角處裝設(shè)屋脊?fàn)蠲芊庋b置(圖4-39)，可以有效避免灰塵的堆積和碳粒的聚集。第五十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第五十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三第五十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-36就位好的催化劑反應(yīng)層

圖4-37催化劑反應(yīng)層仰視圖

第六十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三圖4-38箱體頂部間隙之間的密封條

圖4-39反應(yīng)器死角處的密封裝置

第六十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三（二）旁路不同類型的催化劑有不同的最佳工作溫度。通常，典型的氧化鈦和氧化釩基催化劑的工作溫度范圍為340~400℃，最佳反應(yīng)溫度約為370℃，最低工作溫度約為320℃。SCR最低運行溫度取決于煙氣中SO3、NH3以及水分含量等。SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度較低時易發(fā)生硫酸銨鹽的沉積，煙氣溫度較高時會增大SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率，而且長時間處在450℃以上時會燒結(jié)催化劑的活性成份，降低反應(yīng)活性。因此，SCR運行期間需嚴(yán)格控制反應(yīng)器入口的煙氣溫度，使SCR入口煙氣溫度維持在最低運行溫度以上，并應(yīng)盡量維持在最佳工作溫度范圍內(nèi)，以避免硫酸銨鹽的沉積，提高脫硝效率。當(dāng)SCR反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間時，為使SCR催化劑在最佳工作溫度范圍內(nèi)運行，通常設(shè)置省煤器煙氣旁路來調(diào)節(jié)SCR入口煙氣溫度，目的是在鍋爐低負(fù)荷運行等工況下當(dāng)煙氣溫度降低時，保證SCR反應(yīng)器中的煙氣溫度高于硫酸銨與硫酸氫銨的凝固溫度，從而有效地控制由于硫酸銨鹽凝固導(dǎo)致的催化劑及空氣預(yù)熱器的沾污積灰與腐蝕堵塞。

第六十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)鍋爐啟停較為頻繁時，通常需要采用省煤器煙氣旁路系統(tǒng)，對于停爐后快速啟動SCR裝置運行具有重要作用。SCR反應(yīng)器煙氣旁路則是為了在鍋爐機組冷態(tài)啟動時防止催化劑受到損害而設(shè)置的。目前新建鍋爐機組較少采用SCR煙氣旁路，但現(xiàn)役機組進行SCR改造時采用SCR煙氣旁路的較多。設(shè)置反應(yīng)器煙氣旁路時，通常在SCR反應(yīng)器入口和出口的煙氣管道安裝隔斷擋板，可方便地對SCR反應(yīng)器進行檢修而不影響鍋爐運行。1.大旁路由于在鍋爐低負(fù)荷運行時會降低SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度，鍋爐啟、停時會導(dǎo)致煙氣溫度大幅度波動，因此可通過設(shè)置SCR旁路(從SCR入口到SCR出口)來減少鍋爐工況變化對SCR催化劑的影響。在美國，一般采取設(shè)SCR旁路的措施使煙氣繞過SCR反應(yīng)器。在SCR系統(tǒng)停運期間，旁路可以防止催化劑中毒和污垢沉積。SCR旁路應(yīng)采用零泄漏擋板。此外，美國設(shè)置SCR旁路也是考慮SCR裝置季節(jié)性運行的需要。第六十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三設(shè)置SCR旁路有利有弊。若設(shè)置SCR旁路，可以在鍋爐低負(fù)荷時減少SCR催化劑的損耗，并且有利于SCR的檢修，但旁路增壓擋板的密封問題和積灰問題較為嚴(yán)重，投資、運行和維護費用較高。是否設(shè)置SCR旁路，主要依據(jù)鍋爐冷態(tài)啟動的次數(shù)，若每年在10次以內(nèi)，則無需旁路，否則，推薦設(shè)置旁路。2.小旁路此外，也有設(shè)置從省煤器入口到SCR入口的小旁路(參見圖4-40)，其作用是當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運行時，提高進入SCR的煙氣溫度。這種省煤器旁路流量一般設(shè)計為鍋爐BMCR工況下總煙氣流量的10%，但設(shè)置省煤器旁路將減少省煤器吸熱，影響鍋爐主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度。對于已投產(chǎn)的電站鍋爐加裝SCR，此方案將改變鍋爐的整體包覆、鋼架、門孔布置等。另外，鍋爐在低負(fù)荷時NOx濃度相應(yīng)較低，SCR裝置在低負(fù)荷時可以停止噴氨，僅作煙氣通道使用。因此，對于很少低負(fù)荷運行的燃煤電站，可不考慮設(shè)置省煤器煙氣調(diào)溫旁路。第六十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期三省煤器小旁路煙道通常使用一個可調(diào)節(jié)的擋板來調(diào)整經(jīng)過旁路的熱煙氣與省煤器出口的冷煙氣比率。鍋爐負(fù)荷越低，擋板的開度就越大，旁路的熱煙氣就越多。省煤器出口煙道