SCR煙氣脫硝工藝方案

1. 脫硝工藝的簡介

有關NOX的控制方法從燃料的生命周期的三個階段入手，限燃燒前、燃燒中和燃燒后。當前，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。
目前普遍采用的燃燒中NOX控制技術即為低NOX燃燒技術，主要有低NOX燃燒器、空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。
應用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術主要有選擇性催化還原技術（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）、選擇性非催化還原技術（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR）以及SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術。
2 .SCR煙氣脫硝技術
近幾年來選擇性催化還原煙氣脫硝技術(SCR)發(fā)展較快,在歐洲和日本得到了廣泛的應用,目前催化還原煙氣脫硝技術是應用最多的技術。
1）SCR脫硝反應
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NOX的還原功能，在催化劑的作用下將NOX(主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的N2和水。還原劑為NH3，其不同點則是在尿素法SCR中，先利用一種設備將尿素轉化為氨之后輸送至SCR觸媒反應器，它轉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間，駐留時間及溫度，由此室分解出來之氨基產(chǎn)物即成為SCR的還原劑通過觸媒實施化學反應后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有熱解法和水解法，主要化學反應方程式為：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整個工藝的設計中，通常是先使氨蒸發(fā)，然后和稀釋空氣或煙氣混合，之后通過分配格柵噴入SCR反應器上游的煙氣中。
在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
當煙氣中有氧氣時，反應第一式優(yōu)先進行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關系。
在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面兩個反應表明還原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。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的催化劑，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，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的NOX脫除率，就必須增加反應器中NH3/NOX摩爾比。當不能保證預先設定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標準時，就必須在反應器內添加或更換新的催化劑以恢復催化劑的活性和反應器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。
2）SCR系統(tǒng)組成及反應器布置
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。催化劑安放在一個固定的反應器內，煙氣穿過反應器平行流經(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。
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。

3.1 氨的儲存系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成
液氨儲存系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐等。
（2）工藝描述
還原劑（氨）用罐車運輸并在儲罐儲存。在高壓下，氨被液化以減小運輸和儲存的體積。市場購買的還原劑（液態(tài)氨純度99.6%）,供應商用罐裝車運輸（以液體形態(tài)儲存在壓力容器內），送往氨貯存場地，通過氨卸載壓縮機抽取儲罐中氣氨，送入儲罐后，將槽車中的液氨，擠入液氨儲槽中貯存。使用時，儲存罐中的氨借助自壓輸送到蒸發(fā)器中。
· 卸載壓縮機
卸料壓縮機為往復式壓縮機，系統(tǒng)設置二臺卸載壓縮機，一臺運行，一臺備用。
· 液氨儲槽
本工程設置2臺液氨儲罐，供兩爐使用。液氨儲罐的***大充裝量為25m³。儲氨罐組可供應兩臺爐設計條件下，每天運行24小時，連續(xù)運行7天的消耗量。液氨儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關斷閥和安全閥做為儲罐安全運行保護所用。儲罐還裝有溫度計、壓力表液位計和相應的變送器將信號送到主體機組DCS控制系統(tǒng)，當儲罐內溫度或壓力高時報警。儲罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當儲罐內液氨溫度過高時自動淋水裝置啟動，對儲罐進行噴淋降溫。
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
儲罐里的液態(tài)氨靠自壓輸送到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內（通過蒸汽加熱）將氨蒸發(fā)，每個蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在≤2kg/cm2。當出口壓力超過2kg/cm2時，切斷節(jié)流閥，停止液氨供應。從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進入氨氣緩沖罐，通過氨氣輸送管道送至每一臺爐的SCR反應裝置旁。再用空氣稀釋高濃度無水氨，這樣氨/空氣混合物安全且不易燃。通過裝在SCR入口煙道內的氨注入格柵，將氨/空氣混合物注入到SCR系統(tǒng)內。
（3）主要設備選型
· 液氨蒸發(fā)槽
液氨蒸發(fā)所需要的熱量由低壓蒸汽提供，共設有二個液氨蒸發(fā)槽（一用一備）。蒸發(fā)槽裝有安全閥，可防止設備壓力異常過高。液氨蒸發(fā)槽面積按照在BMCR工況下單臺機組100％容量設計。
· 氨氣緩沖槽
氨氣緩沖槽的作用即在穩(wěn)定氨氣的供應，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設備。
· 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，稀釋槽設計連結由槽頂淋水和糟側進水。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入。通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來吸收安全閥排放的氨。
· 稀釋風機
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。所選擇的風機滿足脫除煙氣中NOx***大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風機兩臺按一臺100％容量（一用一備）設置，共有四臺離心式稀釋風機。
·氨/空氣混合器
為了實現(xiàn)氨和稀釋空氣的充分、均勻的混合，
· 氨氣泄漏檢測器
液氨儲存及注入系統(tǒng)周邊設有3只氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在機組控制室會發(fā)出警報，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。電廠液氨儲存及供應注入系統(tǒng)遠離機組，并采取措施與周圍環(huán)境隔離。
· 排污系統(tǒng)
液氨儲存和注入系統(tǒng)的氨排放管路為一個封閉系統(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。
· 氮氣吹掃
液氨儲存及注入系統(tǒng)保持系統(tǒng)的嚴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鍵的安全問題。基于此方面的考慮，本系統(tǒng)的卸料壓縮機、液氨儲罐、氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐等都備有氮氣吹掃管線。在液氨卸料之前通過氮氣吹掃管線對以上設備分別要進行嚴格的系統(tǒng)嚴密性檢查和氮氣吹掃，防止氨氣泄漏和與系統(tǒng)中殘余的空氣混合造成危險。
3.3 SCR反應器及附屬系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)組成
SCR反應器和附屬系統(tǒng)由擋板門、氨注入格柵、SCR反應器、催化劑、吹灰系統(tǒng)和煙道等組成。
（2）工藝描述
由氨/空氣混合器來的稀釋氨氣通過氨注入格柵的多個噴嘴，將氨噴入煙氣中。注入格柵后的煙氣混合裝置促進煙氣和氨的混合，保證煙氣中氨濃度的均勻分布。
來自鍋爐省煤器出口的煙氣通過SCR反應器，SCR反應器包含催化劑層，在催化劑作用下，NH3與NOX反應從而脫除NOX，催化劑促進氨和NOX的反應。在SCR反應器最上面有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運、安裝和更換。煙氣經(jīng)過煙氣脫硝過程后經(jīng)空氣預熱器熱回收后進入靜電除塵器和FGD系統(tǒng)后排入大氣。
SCR反應器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應副產(chǎn)物，以減少反應器壓力降。
SCR工藝主要性能指標有：脫硝效率、氨量、反應器的壓力降等。
SCR工藝主要設計參數(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計參數(shù)見下表。
燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝裝置催化劑設計參數(shù)

（3）主要設備選型
· SCR反應器
反應器的水平段安裝有煙氣導流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應器的豎直段裝有催化劑床。
反應器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預留1層位置，作為未來脫硝效率低于保證值時增裝催化劑用，以此作為增強脫硝效率并延長有效觸媒壽命的備用措施。
脫硝效率按80%設計，催化劑模塊尺寸為長1901mm×寬952mm×高1100mm（含框架），鍋爐脫硝反應器每層布置21個模塊（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，減弱飛灰對催化劑的沖刷作用。每個反應器按3層設計，運行初期僅裝2層。每臺爐設置一個反應器。
反應器為直立式焊接鋼結構容器，內部設有觸媒支撐結構，能承受內部壓力，地震負荷、煙塵負荷、觸媒負荷和熱應力等。反應器殼外部設有加固肋及保溫層。觸媒通過反應器外的觸媒填裝系統(tǒng)從側門放入反應器內。
· 噴氨格柵
為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對反應器中第一層催化劑上方煙氣的NH3/NOx摩爾比的調整，所以需在進口煙道上的合適位置設置噴氨格柵。包括供應箱、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NOx濃度進行連續(xù)分析的同時，調節(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筑物有脫硝裝置、液態(tài)氨的貯存和供應系統(tǒng)的構筑物。
在制定脫硝裝置布置方案時，應考慮下面設備：
— SCR反應器；
— 煙氣管道；
— 與鍋爐省煤器和空氣預熱器的聯(lián)接；
— 輔助設備。
3.4.1布置原則
— 在規(guī)劃基本的現(xiàn)場布置方案時，建筑和設備的位置應該按照需要的功能來布置，并考慮進出方便、建造難易、操作、維護和安全性。
—SCR反應器布置方案應該考慮將來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的裝置布置和施工。
—一臺鍋爐設置一個SCR反應器。
—為SCR反應器留有適當?shù)目臻g，用來設置過道，便于催化劑模塊的安裝和操作。
—為催化劑模塊的抬升預留足夠的空間。
—通道應該盡可能連續(xù)，所有的主要通道能允許叉式升降機（鏟車）通行，并考慮其轉動半徑。
3.4.2總體布置方案選擇
（1）SCR反應器的布置方式：
在熱段/高灰布置中，SCR反應器位于省煤器和空氣預熱器之間，因為該區(qū)域煙氣溫度在300-400℃的范圍內。鍋爐省煤器和空氣預熱器之間的煙氣溫度在該范圍內。世界上絕大多數(shù)燃煤火電廠的SCR裝置采用這種布置萬式。
這種布置方式的主要優(yōu)點是投資和運行費用低，因為該段的煙氣溫度與催化劑要求的運行范圍相符合。這種布置的其主要缺點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反應器放置在省煤器和空氣預熱器之間。
新建SCR系統(tǒng)的鋼結構，根據(jù)在電廠現(xiàn)場測量及提供的資料，在布置基立柱等時主要考慮校核原有鍋爐鋼架基礎的荷載。
（2）液態(tài)氨的貯存和供應布置
根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(GB50160-92)關于乙類液體儲罐防火間距的要求:氨站應該距離生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)設備20m，距離明火和散發(fā)火花地點25m，距離全廠重要設施30m，距離運輸?shù)缆贰�廠圍墻lOm。
氨儲罐布置在半露天防曬雨棚中的零米地面；氨卸載壓縮機等轉動的機械設備以及電氣設備布置在氨儲罐旁邊的建構筑物內。
蒸發(fā)器、緩沖貯罐均布置在儲罐旁邊的構筑物內，采用防曬雨棚；稀釋空氣風機、氨/空氣混合器均相應布置在每一臺鍋爐的零米附近。
道路:在液態(tài)氨的貯存和供應的建筑構筑物形成消防環(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。

SNCR脫硝技術

SNCR脫硝技術 

在合適的溫度區(qū)域，且氨水作為還原劑時，其反應方程式為：