SCR煙氣脫硝工藝方案

1. 脫硝工藝的簡(jiǎn)介

有關(guān)NOX的控制方法從燃料的生命周期的三個(gè)階段入手，限燃燒前、燃燒中和燃燒后。當(dāng)前，燃燒前脫硝的研究很少，幾乎所有的脫硝都集中在燃燒中和燃燒后的NOX的控制。所以在國(guó)際上把燃燒中NOX的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措施，把燃燒后的NOX控制措施統(tǒng)稱為二次措施，又稱為煙氣脫硝技術(shù)。
目前普遍采用的燃燒中NOX控制技術(shù)即為低NOX燃燒技術(shù)，主要有低NOX燃燒器、空氣分級(jí)燃燒和燃料分級(jí)燃燒。
應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（Selective Non-Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱SNCR）以及SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)。
2 .SCR煙氣脫硝技術(shù)
近幾年來(lái)選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)發(fā)展較快,在歐洲和日本得到了廣泛的應(yīng)用,目前催化還原煙氣脫硝技術(shù)是應(yīng)用最多的技術(shù)。
1）SCR脫硝反應(yīng)
目前世界上流行的SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。此兩種法都是利用氨對(duì)NOX的還原功能，在催化劑的作用下將NOX(主要是NO)還原為對(duì)大氣沒(méi)有多少影響的N2和水。還原劑為NH3，其不同點(diǎn)則是在尿素法SCR中，先利用一種設(shè)備將尿素轉(zhuǎn)化為氨之后輸送至SCR觸媒反應(yīng)器，它轉(zhuǎn)換的方法為將尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合時(shí)間，駐留時(shí)間及溫度，由此室分解出來(lái)之氨基產(chǎn)物即成為SCR的還原劑通過(guò)觸媒實(shí)施化學(xué)反應(yīng)后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有熱解法和水解法，主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整個(gè)工藝的設(shè)計(jì)中，通常是先使氨蒸發(fā)，然后和稀釋空氣或煙氣混合，之后通過(guò)分配格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。
在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過(guò)以下反應(yīng)被還原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
當(dāng)煙氣中有氧氣時(shí)，反應(yīng)第一式優(yōu)先進(jìn)行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對(duì)一的關(guān)系。
在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應(yīng)如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面兩個(gè)反應(yīng)表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。
在絕大多數(shù)鍋爐煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。
SCR系統(tǒng)NOX脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和NOX反應(yīng)。有一小部分氨不反應(yīng)而是作為氨逃逸離開(kāi)了反應(yīng)器。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會(huì)增加，為了維持需要的NOX脫除率，就必須增加反應(yīng)器中NH3/NOX摩爾比。當(dāng)不能保證預(yù)先設(shè)定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就必須在反應(yīng)器內(nèi)添加或更換新的催化劑以恢復(fù)催化劑的活性和反應(yīng)器性能。從新催化劑開(kāi)始使用到被更換這段時(shí)間稱為催化劑壽命。
2）SCR系統(tǒng)組成及反應(yīng)器布置
在選擇催化還原工藝中，NOx與NH3在催化劑的作用下產(chǎn)生還原。催化劑安放在一個(gè)固定的反應(yīng)器內(nèi)，煙氣穿過(guò)反應(yīng)器平行流經(jīng)催化劑表面。催化劑單元通常垂直布置，煙氣自上向下流動(dòng)。
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。

3.1 氨的儲(chǔ)存系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成
液氨儲(chǔ)存系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐等。
（2）工藝描述
還原劑（氨）用罐車運(yùn)輸并在儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。在高壓下，氨被液化以減小運(yùn)輸和儲(chǔ)存的體積。市場(chǎng)購(gòu)買的還原劑（液態(tài)氨純度99.6%）,供應(yīng)商用罐裝車運(yùn)輸（以液體形態(tài)儲(chǔ)存在壓力容器內(nèi)），送往氨貯存場(chǎng)地，通過(guò)氨卸載壓縮機(jī)抽取儲(chǔ)罐中氣氨，送入儲(chǔ)罐后，將槽車中的液氨，擠入液氨儲(chǔ)槽中貯存。使用時(shí)，儲(chǔ)存罐中的氨借助自壓輸送到蒸發(fā)器中。
· 卸載壓縮機(jī)
卸料壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置二臺(tái)卸載壓縮機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
· 液氨儲(chǔ)槽
本工程設(shè)置2臺(tái)液氨儲(chǔ)罐，供兩爐使用。液氨儲(chǔ)罐的***大充裝量為25m³。儲(chǔ)氨罐組可供應(yīng)兩臺(tái)爐設(shè)計(jì)條件下，每天運(yùn)行24小時(shí)，連續(xù)運(yùn)行7天的消耗量。液氨儲(chǔ)罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)斷閥和安全閥做為儲(chǔ)罐安全運(yùn)行保護(hù)所用。儲(chǔ)罐還裝有溫度計(jì)、壓力表液位計(jì)和相應(yīng)的變送器將信號(hào)送到主體機(jī)組DCS控制系統(tǒng)，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)溫度或壓力高時(shí)報(bào)警。儲(chǔ)罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)液氨溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)淋水裝置啟動(dòng)，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行噴淋降溫。
3.2氨注入系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)組成
氨注入系統(tǒng)包括氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。
（2）工藝描述
儲(chǔ)罐里的液態(tài)氨靠自壓輸送到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)（通過(guò)蒸汽加熱）將氨蒸發(fā)，每個(gè)蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在≤2kg/cm2。當(dāng)出口壓力超過(guò)2kg/cm2時(shí)，切斷節(jié)流閥，停止液氨供應(yīng)。從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進(jìn)入氨氣緩沖罐，通過(guò)氨氣輸送管道送至每一臺(tái)爐的SCR反應(yīng)裝置旁。再用空氣稀釋高濃度無(wú)水氨，這樣氨/空氣混合物安全且不易燃。通過(guò)裝在SCR入口煙道內(nèi)的氨注入格柵，將氨/空氣混合物注入到SCR系統(tǒng)內(nèi)。
（3）主要設(shè)備選型
· 液氨蒸發(fā)槽
液氨蒸發(fā)所需要的熱量由低壓蒸汽提供，共設(shè)有二個(gè)液氨蒸發(fā)槽（一用一備）。蒸發(fā)槽裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力異常過(guò)高。液氨蒸發(fā)槽面積按照在BMCR工況下單臺(tái)機(jī)組100％容量設(shè)計(jì)。
· 氨氣緩沖槽
氨氣緩沖槽的作用即在穩(wěn)定氨氣的供應(yīng)，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(hù)設(shè)備。
· 氨氣稀釋槽
氨氣稀釋槽為立式水槽，水槽的液位由滿溢流管線維持，稀釋槽設(shè)計(jì)連結(jié)由槽頂淋水和糟側(cè)進(jìn)水。液氨系統(tǒng)各排放處所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽低部進(jìn)入。通過(guò)分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來(lái)吸收安全閥排放的氨。
· 稀釋風(fēng)機(jī)
噴入鍋爐煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5％左右氨氣的混合氣體。所選擇的風(fēng)機(jī)滿足脫除煙氣中NOx***大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風(fēng)機(jī)兩臺(tái)按一臺(tái)100％容量（一用一備）設(shè)置，共有四臺(tái)離心式稀釋風(fēng)機(jī)。
·氨/空氣混合器
為了實(shí)現(xiàn)氨和稀釋空氣的充分、均勻的混合，
· 氨氣泄漏檢測(cè)器
液氨儲(chǔ)存及注入系統(tǒng)周邊設(shè)有3只氨氣檢測(cè)器，以檢測(cè)氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當(dāng)檢測(cè)器測(cè)得大氣中氨濃度過(guò)高時(shí)，在機(jī)組控制室會(huì)發(fā)出警報(bào)，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生。電廠液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)注入系統(tǒng)遠(yuǎn)離機(jī)組，并采取措施與周圍環(huán)境隔離。
· 排污系統(tǒng)
液氨儲(chǔ)存和注入系統(tǒng)的氨排放管路為一個(gè)封閉系統(tǒng)，將經(jīng)由氨氣稀釋槽吸收成氨廢水后排放至廢水池再經(jīng)由廢水泵送至主廠廢水處理站。
· 氮?dú)獯祾?br /> 液氨儲(chǔ)存及注入系統(tǒng)保持系統(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是最關(guān)鍵的安全問(wèn)題。基于此方面的考慮，本系統(tǒng)的卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐等都備有氮?dú)獯祾吖芫�。在液氨卸料之前通過(guò)氮?dú)獯祾吖芫�對(duì)以上設(shè)備分別要進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)嚴(yán)密性檢查和氮?dú)獯祾撸�防止氨氣泄漏和與系統(tǒng)中殘余的空氣混合造成危險(xiǎn)。
3.3 SCR反應(yīng)器及附屬系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)組成
SCR反應(yīng)器和附屬系統(tǒng)由擋板門、氨注入格柵、SCR反應(yīng)器、催化劑、吹灰系統(tǒng)和煙道等組成。
（2）工藝描述
由氨/空氣混合器來(lái)的稀釋氨氣通過(guò)氨注入格柵的多個(gè)噴嘴，將氨噴入煙氣中。注入格柵后的煙氣混合裝置促進(jìn)煙氣和氨的混合，保證煙氣中氨濃度的均勻分布。
來(lái)自鍋爐省煤器出口的煙氣通過(guò)SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器包含催化劑層，在催化劑作用下，NH3與NOX反應(yīng)從而脫除NOX，催化劑促進(jìn)氨和NOX的反應(yīng)。在SCR反應(yīng)器最上面有整流柵格，使流動(dòng)煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運(yùn)、安裝和更換。煙氣經(jīng)過(guò)煙氣脫硝過(guò)程后經(jīng)空氣預(yù)熱器熱回收后進(jìn)入靜電除塵器和FGD系統(tǒng)后排入大氣。
SCR反應(yīng)器催化劑層間安裝吹灰器用來(lái)吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應(yīng)副產(chǎn)物，以減少反應(yīng)器壓力降。
SCR工藝主要性能指標(biāo)有：脫硝效率、氨量、反應(yīng)器的壓力降等。
SCR工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。
燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝裝置催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表。
燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝裝置催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)

（3）主要設(shè)備選型
· SCR反應(yīng)器
反應(yīng)器的水平段安裝有煙氣導(dǎo)流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應(yīng)器的豎直段裝有催化劑床。
反應(yīng)器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預(yù)留1層位置，作為未來(lái)脫硝效率低于保證值時(shí)增裝催化劑用，以此作為增強(qiáng)脫硝效率并延長(zhǎng)有效觸媒壽命的備用措施。
脫硝效率按80%設(shè)計(jì)，催化劑模塊尺寸為長(zhǎng)1901mm×寬952mm×高1100mm（含框架），鍋爐脫硝反應(yīng)器每層布置21個(gè)模塊（3×7），層之間空間高度為3.4m，其中每層催化劑前端有耐磨層，減弱飛灰對(duì)催化劑的沖刷作用。每個(gè)反應(yīng)器按3層設(shè)計(jì)，運(yùn)行初期僅裝2層。每臺(tái)爐設(shè)置一個(gè)反應(yīng)器。
反應(yīng)器為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器，內(nèi)部設(shè)有觸媒支撐結(jié)構(gòu)，能承受內(nèi)部壓力，地震負(fù)荷、煙塵負(fù)荷、觸媒負(fù)荷和熱應(yīng)力等。反應(yīng)器殼外部設(shè)有加固肋及保溫層。觸媒通過(guò)反應(yīng)器外的觸媒填裝系統(tǒng)從側(cè)門放入反應(yīng)器內(nèi)。
· 噴氨格柵
為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對(duì)反應(yīng)器中第一層催化劑上方煙氣的NH3/NOx摩爾比的調(diào)整，所以需在進(jìn)口煙道上的合適位置設(shè)置噴氨格柵。包括供應(yīng)箱、噴射格柵和噴射孔等。噴射系統(tǒng)配有節(jié)流閥及節(jié)流孔板。在對(duì)NOx濃度進(jìn)行連續(xù)分析的同時(shí)，調(diào)節(jié)必要的氨量從噴氨格柵中噴氨。
3.4 脫硝裝置總體布置
本煙氣脫硝工程主要構(gòu)筑物有脫硝裝置、液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)筑物。
在制定脫硝裝置布置方案時(shí)，應(yīng)考慮下面設(shè)備：
— SCR反應(yīng)器；
— 煙氣管道；
— 與鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器的聯(lián)接；
— 輔助設(shè)備。
3.4.1布置原則
— 在規(guī)劃基本的現(xiàn)場(chǎng)布置方案時(shí)，建筑和設(shè)備的位置應(yīng)該按照需要的功能來(lái)布置，并考慮進(jìn)出方便、建造難易、操作、維護(hù)和安全性。
—SCR反應(yīng)器布置方案應(yīng)該考慮將來(lái)在其它鍋爐上安裝脫硝裝置的要求，脫硝系統(tǒng)的布置不能影響將來(lái)的裝置布置和施工。
—一臺(tái)鍋爐設(shè)置一個(gè)SCR反應(yīng)器。
—為SCR反應(yīng)器留有適當(dāng)?shù)目臻g，用來(lái)設(shè)置過(guò)道，便于催化劑模塊的安裝和操作。
—為催化劑模塊的抬升預(yù)留足夠的空間。
—通道應(yīng)該盡可能連續(xù)，所有的主要通道能允許叉式升降機(jī)（鏟車）通行，并考慮其轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。
3.4.2總體布置方案選擇
（1）SCR反應(yīng)器的布置方式：
在熱段/高灰布置中，SCR反應(yīng)器位于省煤器和空氣預(yù)熱器之間，因?yàn)樵搮^(qū)域煙氣溫度在300-400℃的范圍內(nèi)。鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度在該范圍內(nèi)。世界上絕大多數(shù)燃煤火電廠的SCR裝置采用這種布置萬(wàn)式。
這種布置方式的主要優(yōu)點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用低，因?yàn)樵摱蔚臒煔鉁囟扰c催化劑要求的運(yùn)行范圍相符合。這種布置的其主要缺點(diǎn)是催化劑暴露于含有全部灰塵和硫分的煙氣中。采用這種布置方式主要是含硫量低于2%的煙煤發(fā)電鍋爐。
由于SCR系統(tǒng)所要求的煙氣溫度為330～415℃，故SCR反應(yīng)器放置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。
新建SCR系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)在電廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及提供的資料，在布置基立柱等時(shí)主要考慮校核原有鍋爐鋼架基礎(chǔ)的荷載。
（2）液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)布置
根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160-92)關(guān)于乙類液體儲(chǔ)罐防火間距的要求:氨站應(yīng)該距離生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)設(shè)備20m，距離明火和散發(fā)火花地點(diǎn)25m，距離全廠重要設(shè)施30m，距離運(yùn)輸?shù)缆�、廠圍墻lOm。
氨儲(chǔ)罐布置在半露天防曬雨棚中的零米地面；氨卸載壓縮機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備以及電氣設(shè)備布置在氨儲(chǔ)罐旁邊的建構(gòu)筑物內(nèi)。
蒸發(fā)器、緩沖貯罐均布置在儲(chǔ)罐旁邊的構(gòu)筑物內(nèi)，采用防曬雨棚；稀釋空氣風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器均相應(yīng)布置在每一臺(tái)鍋爐的零米附近。
道路:在液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)的建筑構(gòu)筑物形成消防環(huán)路，采劇混凝土路面與廠區(qū)道路相連接。
液氨采用輸送管道方式。
全廠脫硝裝置的控制系統(tǒng)布置在主廠控制室內(nèi)。

SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝技術(shù) 

在合適的溫度區(qū)域，且氨水作為還原劑時(shí)，其反應(yīng)方程式為：