煙氣脫硝裝置（ SCR）技術
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關鍵詞: 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裝置運行原理如下:
氨氣作為脫硝劑被噴入高溫煙氣脫硝裝置中,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?shù)拇呋瘎?上述反應可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內有效進行, 在NH3 /NO = 1的情況下,可以達到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足燃煤鍋爐高可靠性運行的要求。
煙氣脫硝技術特點
SCR脫硝技術以其脫除效率高,適應當前環(huán)保要求而得到電力行業(yè)高度重視和廣泛的應用。 在環(huán)保要求嚴格的發(fā)達國家例如德國,日本,美國,加拿大,荷蘭,奧地利,瑞典,丹麥等國SCR脫硝技術已經(jīng)是應用zui多、zui成熟的技術之一。根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗, SCR脫硝技術必然會成為我國火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術并得到越來越廣泛的應用。圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡圖。
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
輸送管道進人鍋爐區(qū),通過與空氣均勻混合后由分布導閥進入SCR反應器內部反應, SCR反應器設置于空氣預熱器前,氨氣在SCR 反應器的上方,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器內催化劑層進行還原反應。
SCR系統(tǒng)設計技術參數(shù)主要有反應器入口NOx 濃度、反應溫度、反應器內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。
氨儲存、混合系統(tǒng)
每個SCR反應器的氨儲存系統(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（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;改進噴射的分散性和方向;在NH3 噴入后的煙道中設置導流板;同時還應根據(jù)冷態(tài)流動模型試驗結果和數(shù)學流動模型計算結果對噴氨系統(tǒng)的結構進行優(yōu)化。
噴氨系統(tǒng)
噴氨系統(tǒng)根據(jù)鍋爐負荷、反應器入口NOx 濃度、反應器出口NOx 濃度測量的反饋信號,控制 氨的噴入量。
反應器系統(tǒng)
SCR反應器采用固定床形式,催化劑為模塊放置。反應器內的催化劑層數(shù)取決于所需的催化劑反應表面積。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,是一層無催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進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。在反應器催化劑層間設置吹灰裝置,定時吹灰,吹掃時間30～120分鐘,每周1～2次。如有必要,還應進行反應器內部的定期清理。反應器下設有灰斗,與電廠排灰系統(tǒng)相連,定時排灰。
省煤器和反應器旁路系統(tǒng)
在省煤器前和反應器之間設置旁路,稱之為省煤器旁路。當鍋爐負荷降低,煙氣流量減少,進入反應器的煙氣溫度低于要求值時,旁路開通,向反應器導入高溫煙氣,提高反應器內的溫度。此外,在反應器入口和出口間裝有一個大的旁路,稱之為反應器旁路。反應器旁路的作用是:鍋爐負荷降低時使用。例如開機和停機時使用,低負荷時使用和季節(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,它約占其投資的l/3。為了使電站安全、經(jīng)濟運行,對SCR工 藝使用的催化劑應達到下列要求:
———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 轉換率和其他方面作用低即副反應少）
———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 穩(wěn)定性
———克服強烈溫度波動的穩(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具有以下優(yōu)點: 1. 高活性; 2.抗中毒能力強; 3. 好的機械強度和耐磨損性; 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
形狀:zui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①基材（構成催化劑的骨架） 、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為催化劑的結構及其功能。
催化劑性能
對催化劑性能影響較大的因素有反應溫度、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,通常脫硝反應設定在這個溫度范圍內。當反應溫度不在這個溫度范圍內時,催化劑的性能將降低,尤其是在高溫區(qū)域使用時,由于過熱促使催化劑的表面被燒結,使催化劑壽命降低。
但是,zui近隨著脫硝裝置適用范圍的擴大,同時也要求催化劑的使用溫度范圍擴大,如適用于反應溫度200 ℃的垃圾焚化爐（袋濾器出口處設置的脫硝裝置）的低溫催化劑,或者是適用于反應溫度超過550 ℃的單循環(huán)氣輪機（在氣輪機出口處設置的脫氮裝置）的高溫脫硝催化劑。催化劑反應溫度的依賴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。通過適當?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為活性金屬種類和催化劑活性。
催化劑量是根據(jù)脫硝裝置的設計能力和操作要求來決定的,增加催化劑量可以提高脫硝性能。在實際中,催化劑的初期充填量是設計要求的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 ） ]來表示催化劑的充填量指標。脫硝反應時,排放氣體中的NOx 和注入的NH3 幾乎是以1: 1的物質的量之比進行反應,因此在相同的催化劑充填量下,通過增加NH3 的注入量,也會使NH3的泄漏量增加,所以在決定氨濃度和催化劑量時必須考慮對脫硝裝置后部機器的影響。
NH3 量的注入指標用注入的NH3 和處理氣體中的NOx 的物質的量（容量）之比（NH3 /NOx ）表示,一般根據(jù)所要求的脫硝裝置性能來設定NH3 /NOx。排放氣體中含有的其他成分,如水（H2O） 、氧氣（O2 ）等,對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 的物質的量之比決定的,所以NOx 濃度對NH3 泄漏濃度有影響
催化劑性能隨時間的變化
在工業(yè)裝置實際運行時,隨使用時間的增加,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)裝置運行條件（燃料性質、處理氣體溫度等）而有所不同。通常是以一定反應條件下的反應速度常數(shù)（它隨著催化劑種類和反應溫度而變化）來評價催化劑。催化劑的性能隨著使用時間的增加而下降,當其性質不能滿足設計要求時,就需要更換催化劑。催化劑從開始使用到換用時為止的時間被稱為催化劑的壽命。但是催化劑的壽命與機械零件的壽命不同,催化劑壽命的長短也有很大差異。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5～6 a,燃油鍋爐為7～8 a,燃氣鍋爐為8～10 a。
對于燃煤機組,哈鍋*脫硝裝置選用蜂窩狀催化劑,原因如下:
1）在世界燃煤機組的脫硝裝置上,蜂窩狀催化劑應用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,如表2所示。
SCR測量控制系統(tǒng)
反應溫度控制
在一定溫度范圍內,隨反應溫度提高,NOx 脫除率急劇增加,脫硝率達到zui大值時,溫度繼續(xù)升高會使NH3 氧化而使脫硝率下降; 反應溫度過低,煙氣脫硝反應不充分,易產生NH3 的逃逸。
因此要對SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度進行監(jiān)測并通過調節(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 的流量控制閥調節(jié)
控制NH3 的流量,控制系統(tǒng)根據(jù)反應器入口NOx的濃度、煙氣流量、反應器出口所要求NOx 的排放濃度和氨的逃逸濃度計算出氨的供給流量。為保證人身和設備安全,發(fā)生下列情況,氨氣
閥門自動關閉: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。
氨稀釋空氣流量控制
氨稀釋用空氣流量在SCR 系統(tǒng)運行時被設定好,不再調整。兩臺空氣壓縮機,一臺備用。當?shù)?臺空氣壓縮機輸出氣體壓力低于設定值或發(fā)生故障時,第2臺空氣壓縮機自動啟動
氨氣蒸發(fā)器
氨氣蒸發(fā)器與儲罐為一體化結構,加熱器放置在無水氨的液體中,通過氨儲罐內的壓力控制加熱器。當儲罐內的壓力低于設定壓力時,加熱器通電加熱液氨;加熱器過熱則斷電保護。
技術項目設計人王工簡介: （） 從事大氣污染控制等方面的設計、設備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國家二十項.主持大中型環(huán)保工程項目設計20余項，主持大型環(huán)保工程總承包2項，涉及工程投資近3億元，是（電改袋）施工的主要負責人之一，有豐富的施工組織和管理經(jīng)驗，也是”863“.國內*臺電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時煙氣量全套設計方案參與。星火熱電廠75噸/小時鍋爐袋式除塵，脫硫設計方案主要負責人...2005年11月設計日本帝人三原事務所世界*臺以煤、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電袋復合除塵器及脫硫通過日本專家審核,。出口粉塵濃度≤20 mg/ Nm3 。山西左權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爐除塵.重慶太極集團制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統(tǒng). 濟南鋼鐵股份有限公司*燒結廠660000 m3/h電袋復合除塵器主設計，山東江泉集團臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設計，河南省汝州巨龍實業(yè)有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復合除塵及脫硫系統(tǒng)工程,河南中孚實業(yè)股份有限公司12.5萬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，江蘇射陽熱電有限公司88平方電除塵器,郴州熱電130t/h機組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機組脫硝SNCR工程, 畢節(jié)熱電廠2×130t/h機組脫硝SNCR,紹興玻璃制品廠脫硝SCR等。。。。。。
SCR脫硝簡介
脫硝
SCR法脫硝反應原理
在催化劑存在條件下，反應溫度在250～450℃之間時，SCR法脫硝工藝的主要反應方程式如下：
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。在反應過程中，NH3選擇性的和NOx反應生成無二次污染的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：
無水氨，又名液氨，為無色氣體，有刺激性惡臭味。分子式NH3，分子量17 ；熔點－77.7℃，沸點－33.35℃,自燃點651.11℃；水溶液呈強堿性。
氨散逸后的特性：
無水氨通常存儲的方式是罐裝存儲，液態(tài)氨變?yōu)闅鈶B(tài)氨時會膨脹，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。所以當氨氣泄漏時，氨氣并不*的往空氣中擴散，而會在地面滯留。
氨對人體的危害：
人體若與氨接觸，對皮膚和眼睛有強烈的腐蝕作用，刺激呼吸系統(tǒng)粘膜和眼睛，使眼睛暫時或*失明，產生嚴重疼痛性灼傷，并導致頭痛、惡心、嘔吐等。嚴重時，會導致呼吸系統(tǒng)積水（肺或喉部水腫），可能導致死亡。*暴露在氨氣中，將導致產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比較經(jīng)濟，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行成本zui低，國內外大多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圖，其主要工藝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、液氨儲存、制備和供應系統(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)
