选择性催化还原法脱硝技术介绍.ppt

SCR法 脱硝技术介绍XXXXXXXX电厂电厂“ “上大压小上大压小” ” 2 2X300MWX300MW机组烟气脱硝工程机组烟气脱硝工程目 录l 脱硝的目的l SCR法的原理l SCR系统的主要设备l SCR系统的布置方法l SCR的工艺流程l 旁路系统的作用l SCR系统设计技术参数l SCR控制系统l 氨的特性简介l SCR的优缺点一、脱硝的目的NOX是NO、NO2、N2O等物质的总称，由其引 起的环境问题及对人体健康的危害可以归纳如下：◆ NOX对人体的制毒作用，尤其是NO2，可以引 起支气管和肺气肿等呼吸系统疾病；◆ NOX对植物具有损害作用；◆ NOX是形成酸雨、酸雾的主要污染物；◆ NOX与碳氢化合物共同作用可形成光化学烟雾 ；◆ NOX参与臭氧层的破坏二、脱硝SCR法的原理烟气脱硝工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝，干法脱硝又分 为选择性催化还原法(SCR)和非选择性催化还原法(SNCR)SCR技术是还原剂（NH3、尿素）在金属催化剂作用下， 选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故 称为“选择性”金属催化剂有贵金属和非贵金属两类主要 反应如下：4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2＋O2→3N2+6H2O采用催化剂促进NH3和NOx的还原反应时，其反应温度取 决于所选用催化剂的种类。

当采用钒或铁氧化物类的催化剂 时，其反应温度为300～400 ℃；当采用活性焦炭作为催化 剂时，其反应温度为100～150 ℃因此，根据所采用的催 化剂的不同，催化剂反应器应布置在尾部烟道中相应温度的位置 三、SCR系统的主要设备XX热电2×300MW机组脱硝系统是由哈锅引进日 本三菱重工技术制造安装，脱硝系统一般组成：◆ 烟道系统（包括省煤器和SCR旁路） ◆ 氨的储存及供应系统---卸料压缩机、液氨储罐 、氨气蒸发器、氨气缓冲器◆ 氨气与空气混合系统◆ 氨气喷入系统◆ SCR反应系统◆ 吹灰系统◆ 检测控制系统 ◆ 电气系统1、氨储存罐可以容纳15天使用的无水氨，可充至 85%的储罐体积，装有液面仪和温度显示仪2、液氨汽化采用电加热方式3、在反应器前安装静态混合器，保证烟气与氨气在 烟道混合均匀，维持较低的NH3逃逸率4、SCR反应器采用固定床形式，催化剂为模块放置 ，在反应器催化剂层间设置了吹灰装置，定时吹灰，吹 扫时间30～120分钟，每周1～2次，保证催化剂表面的 洁净5、反应器器下设有灰斗，与电厂排灰系统相连，定 时排灰6、SCR工艺的核心装置是催化剂反应器，有水平和 垂直气流两种布置方式，如图2所示。

在燃煤锅炉中，烟 气中的含尘量很高，一般采用垂直气流方式四、SCR系统的布置方法◆ 布置在空气预热器前 这是工业应用中常用的一种布置方式，如下图 所示，此时烟气中的全部飞灰和SO2均通过催化剂 反应器，反应器的工作条件是在未经除尘的烟气中 这种布置方案的烟气温度在300～500 ℃，适合于 多数催化剂的反应温度，因而它应用最为广泛但 是，因催化剂是在未经除尘的烟气中工作，故催化 剂的寿命会受下列因素的影响：（1）烟气携带的飞灰中含有Na、K、Ca、Si、As等时， 会使催化剂“中毒”或受污染，从而降低催化剂的效能； （2）飞灰对催化剂反应器的磨损； （3）飞灰使催化剂反应器蜂窝状通道堵塞； （4）烟气温度升高，会将催化剂烧结，或使之再结晶而 失效； （5）烟气温度降低，NH3会和SO3反应生成(NH4)2 SO4， 从而会堵塞催化反应器通道和空气预热器； （6）高活性的催化剂会促使烟气中的SO2氧化成SO3， 因此这种布置应避免采用高活性的催化剂为了尽可能延长催化剂的使用寿命，除了应选择合适 的催化剂之外，要使反应器通道有足够的空间以防堵塞， 同时还要有防腐、防磨措施◆ 布置在静电除尘器和空气预热器之间（省略） ◆ 布置在湿法烟气脱硫装置之后（省略）当催化剂反应器在尾部烟道的位置确定以后，含有NOX 的烟气和混有适当空气的NH3在反应器入口处和烟气混合， 然后进入反应器内的催化剂层。

催化剂反应器的内部结构如图5所示通常，先将催化剂 制成板状或蜂窝状的催化剂元件，然后再将这些元件制成催 化剂组块，最后将这些组块构成反应器内的催化剂层催化 剂层数取决于所需的催化剂反应表面积对于工作在未除尘 的高尘烟气中的催化剂反应器，典型的布置方式是布置三层 催化剂层在最上一层催化剂层的上面，是一层无催化剂的 整流层，其作用是保证烟气进入催化剂层时分布均匀通常 ，在第三层催化剂下面还有一层备用空间，以便在上面某一 层的催化剂失效时加入第四层催化剂层SCR反应器内部 五、SCR的工艺流程液氨从液氨槽车由卸料压缩机送入液氨储槽，再 经过蒸发槽蒸发为氨气后通过氨缓冲槽和输送管道进 入锅炉区，通过与空气混合后由分布导阀进入SCR 反应器内部反应，SCR反应器设置于空预器前，氨 气在SCR反应器的上方通过一种特殊的喷雾装置和 烟气均匀分布混合，混合后烟气通过反应器内催化剂 层进行还原反应工艺方框图如下：运氨槽车卸料压缩机液氨储灌氨气蒸发器氨气缓冲器氨/空气混合器SCR入口烟道除尘/脱硫电/蒸汽稀释空气省煤器出口烟囱氨气稀释罐吹灰器SCR反应器空预器废水池六、旁路系统的作用◆ 省煤器旁路：当锅炉负荷降低，烟气流量减少，进入反应器的 烟气温度低于要求值时，旁路开通，向反应器导入 高温烟气，提高反应器内的温度。

◆ 反应器旁路：锅炉负荷降低以及开、停时使用，以防止低温造 成催化剂中毒或催化剂污染（SCR系统旁路的插板 门均要保证零泄露）七、SCR系统设计技术参数◆ 反应器入口NOX浓度◆ 反应温度◆ 反应器内空间速度或还原剂的停留时间◆ NH3/NOX摩尔比◆ NH3的逃逸率◆ SCR系统的脱硝效率在SCR系统设计中，最重要的运行参数是反应温度、反 应时间、NH3/NOx摩尔比、烟气流速、O2浓度、NH3的溢出 浓度、SO3浓度、H2O（蒸汽）浓度、钝化影响等反应温度是选择催化剂的重要运行参数，催化反应只能 在一定的温度范围内进行，同时存在催化的最佳温度，这是 每种催化剂特有的性质，因此反应温度直接影响反应的进程 在SCR工作过程中温度的影响有两方面：一是温度升高使 脱NOx反应速度加快，NOx脱除率升高；二是温度升高NH3 氧化反应开始发生，使NOx脱除率下降反应时间是烟气与催化剂的接触时间，随着反应时间的 增加，NOx脱除率迅速增加，当接触时间增至200 ms左右时 ，NOx脱除率达到最大值，随后下降这主要是由于烟气与 催化剂的接触时间增大，有利于烟气在催化剂微孔内的扩散 、吸附、反应和生成物的解吸、扩散，从而使NOx脱除率提 高。

但是，随着接触时间过长，NH3氧化反应开始发生，使 NOx脱除率下降NOx脱除率随着NH3/NOx摩尔比的增加而增加，NH3/NOx 摩尔比小于1时，其影响更加明显若NH3投入量偏低，NOx 脱除率不高；若NH3投入量偏高，NH3氧化等副反应的反应 速度将增大，从而降低了NOx脱除率，同时也增加了净化后 烟气中NH3的排放浓度，造成二次污染一般控制NH3/NOx 摩尔比在1.2以下另外，烟气流速直接影响NH3与NOx的混合程度，需要设 计合理的流速以保证NH3与NOx充分混合使反应充分进行； 同时反应需要O2的参与，随着O2浓度增加，催化剂性能提高 ，但O2浓度不能过高，一般控制在2%～3%；NH3的溢出浓 度是影响SCR系统运行的另一个重要参数，实际生产中通常 是多于理论量的NH3被喷射进入系统，反应后在烟气下游多 余的NH3称为NH3的溢出，NOx脱除效率随着NH3的溢出量的 增加而增加，在某一个NH3的溢出量时达到一个最大值；另 外H2O（蒸汽）浓度的增加使催化剂性能下降，催化剂钝化 失效也不利于SCR系统的正常运行，必须加以有效控制八、SCR控制系统1、反应温度控制在一定温度范围内，随反应温度提高，NOX脱除率急剧 增加，脱硝率达到最大值时，温度继续升高会使NH3氧化而 使脱硝率下降；反应温度过低，烟气脱硝反应不充分，易产 生NH3的逃逸。

因此要对SCR系统入口烟气温度进行监测并 通过调节省煤器旁路开度控制SCR系统入口烟气温度2、氨量控制在NH3/NOX摩尔比小于1时，随NH3/NOX摩尔比增加，脱 硝效率提高明显； NH3投入量超过需要量， NH3会造成二次 污染，一般控制NH3/NOX摩尔比在1.0左右 NH3的流量控制 阀调节NH3的流量，控制系统根据反应器入口NOX的浓度、 烟气流量、反应器出口所要求NOX的排放浓度和氨的逃逸率 浓度计算出氨的供给流量为保证人身和设备安全，发生下列情况，氨气阀门自动 关闭：★ 低的烟气流量★ 高的氨气/空气比★ 催化剂入口烟气温度过高 ★ 催化剂入口烟气温度过低★ 没有来自锅炉的运行允许信号★ 启动急停开关3、氨稀释空气流量控制氨稀释用空气流量在SCR系统运行时被设定好，不再调 整两台空气压缩机，一用一备，当工作机输出气体压力低 于设定值或发生故障时，第二台自启4、氨气蒸发器氨气蒸发器与储罐为一体化结构，加热器放置在无水氨 的液体中，通过氨储罐内的压力控制加热器，当储罐内的压 力低于设定压力时，加热器通过电加热液氨，加热器过热则 断电保护 5、自动调节系统SCR的自动调节由DCS中的MCS系统完成。

主要的调节项目：① 氨蒸发器水温控制；② 气氨罐压力控制；③ SCR喷氨流量控制6、辅机逻辑控制辅机的联锁保护和启停控制以及一些主要阀门的开启控制 由DCS中的SCS系统来完成，实现功能组或子组级的控制① 在脱硝系统运行中包括以下功能组(FGC)：氨储存、供应 和排放系统；喷氨系统；SCR吹灰系统 ② 自动切换系统功能组主要有(ACS)：液氨储罐A/B；液氨 蒸发器；气氨储罐；稀释风机7、热工保护主要实现供氨系统氨泄露报警，开消防水喷水门；液氨储 罐温度高，开液氨储罐冷却喷水门；氨逃逸率高，SCR进口烟 气温度低，稀释风机流量低低，停止喷氨氨气是由N2与H2在高温、高压下合成产物，分子量 为17.03；熔点-77.7℃，沸点-33.5℃，自燃点651℃，常 温饱和蒸汽压下的密度为0.59g/cm3氨气无色有强烈刺 激性气味，有毒，空气中最高允许浓度为30mg/Nm3液 氨的气化热值较高，气化热值达到23.35kJ/mol，可以作 为工业制冷剂使用；氨具有亲水性，亲脂性：在1标准大 气压和20℃条件下，1体积水可溶解702体积氨气；氨气 容易压缩： 20 ℃ 条件下，加压到8.71倍的大气压，就可 以液化。

无水氨，有名液氨，为无色气体，有刺激性恶臭味 分子式NH3，分子当量17.03，相对密度0.7714/L，熔点 －33.35度，自燃点651.11度，蒸汽密度0.6，蒸汽压 1013.08kpa，水溶液呈强碱性 九、氨的特性简介无水氨通常储存的方式是加压液化，液态氨变为气态氨 时会膨胀850倍，并形成氨云另外，液氨泄入空气中， 会形成液体氨滴，放出氨气，其比重比空气重，虽然它 的分子量比空气小，但它会和空气中的水形成水滴的氨 气，而形成云状物所以当氨气泄漏时，氨气并不自然 的往空气中扩散，而会在地面滞留，带给附近民众及现 场工作人员带来伤害氨气在空气混合物中体积含量超过16~ 25%，就会形成 爆炸混合物，遇有明火就会发生爆炸氨在储存罐中也会发生物理爆炸，由于液氨极易气化， 而且罐体内的压力与罐体温度不是正比关系，温度由20 ℃升高到25℃，压力会从8.71升高到92.72标准大气压， 所以过量充装是物理爆炸的首要原因 十、 SCR的优缺点l优点：★ 使用催化剂，反应温度低；★ 净化率高，脱NOX效率可达85%；★ 工艺设备紧凑，运行可靠；★ 还原后的氮气放空，无二次污染；l缺点：◆ 烟气成分复杂，某些污染物可是催化剂中毒；◆ 高分散的粉尘可覆盖催化剂的表面，使其活性下降；。