燃煤电厂SCR脱硝技术及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,燃煤电厂,SCR,脱硝技术及应用,李又红 匡国强,摘 要,围绕燃煤电站烟气排放污染，着重阐述目前发达国家普遍采用的减少,NOx,排放的最有效果的方法是选择性催化还原法（简称,SCR,），详细介绍,SCR,烟气脱硝技术的原理、工艺流程、运行控制等方面，以及对安装,SCR,的建议。,关键词,燃煤电厂；烟气脱硝；,选择性催化还原,Selective Catalytic Reduction,Denitrification,Technology and its Application in,Caol,-Fired Power Plant,Li You-,hong,Kuang,Guo-qiang,（,Changsha Power Station,Co.,Ltd,of Hunan CHD,Changsha 410203 China,）,Abstract,According the pollution of,caol,-fired power plants flue gas,selective catalytic NOX reduction is widely used in the developed countries,which is an important method in the,denitrification.The,paper emphasized to introduce the technical principle,、,ctaft,process,、,running controls and make suggestions in setup.,Key words,Coal fired power plant,；,Flue gas,denitrification,；,Selective Catalytic Reduction,引 言,环境污染日趋严重，尤其对一次能源消费以燃煤为主的中国来说更加明显，环境容量的不足已经在经济上使我们付出了高昂的代价。据有关部门发布的资料显示，从环境容量上计算，我国的,NOX,排放容量为,1880,亿吨，如不赶紧采取措施，到,2020,年,NOX,排放量为,3500,万吨，而我国,NOx,的排放中，燃煤电站锅炉排放,NOx,占了相当大的比重，因此对燃煤电站锅炉烟气中,NOx,的排放进行控制已成为非常紧迫的任务。目前发达国家普遍采用的减少,NOx,排放的最有效果的方法是选择性催化还原法（简称,SCR,）。,1,、,SCR,脱硝技术现状,选择性催化还原（,SCR,）烟气脱硝技术发明于美国，首先应用在日本，但在欧洲得到光大。它是目前世界上发达国家普遍采用的减少,NOx,排放的方法，也是脱除,NOx,最有效的方法，这一技术在欧洲、美国、日本等发达国家的燃煤电厂得到广泛的应用，同时取得了很好的效果。目前世界上采用该技术最大的改造电站锅炉容量为,265MW,，最大的新建锅炉容量达,1000MW,，可以说该技术发展到今天已经相当成熟了，目前在我国国内采用技术引进、技术合作、合资方式来发展这项技术。,2 SCR,脱硝工艺,2.1,技术原理,该脱硝技术又称干法烟气脱硝，其工艺采用选择性催化还原方法。在装有催化剂的反应器里与还原剂（主要使用原料为氨）反应实现脱出氮氧化合物，其原理是在催化剂（使用钛和铁氧化物类催化剂）的作用下，向温度约,300,420,的烟气中喷入氨，将,NOx,还原成无污染的,N2,和,H2O,。主要反应方程：,4NO+4NH3+O24N2+6H2O,2NO2+4 NH3+O23N2+6H2O,1NO2+1NO+2NH3,2N2+3H2O,2.2,工艺流程,SCR,烟气脱硝主要有烟气系统、,SCR,反应器与催化剂、催化剂填装系统、氨供应和储存系统、电气仪表与控制系统等组成。液氨由槽车运送到液氨储罐，液氨储罐输出的液氨在蒸发器内蒸发为氨气，并将氨气加热到常温后送到氨气缓冲罐储存备用，氨气缓冲罐的氨气经调压阀减压后通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气中与烟气充分混合，再经静态混合器充分混合后进入催化反应器反应，在一定发温度范围内，在催化剂的作用下，氨气与,NOx,发生催化氧化还原反应，将,NOx,还原成,N2,和,H2O,。,SCR,脱硝反应器在锅炉尾部烟道的位置，有三种方案：,1,、高粉尘布置方案：在空气预热器前,300,420,位 置，如图,2.2.1,；,2,、低粉尘布置方案：在静电除尘器和空气预热器之间，如图,2.2.2,；,3,、尾部布置方案：布置在,FGD,（湿法烟气脱硫装置）之后，如图,2.2.3,。,布置示意图及工艺流程如下：,根据目前常用催化剂活性特点，其反应最佳温度为,300,420,，而锅炉尾部烟道温度正处于其最佳反应温度内，低粉尘布置方案和尾部布置方案均须加装,GGH,加热装置等，故催化脱硝技术（,SCR,）一般推荐采用图,2.2.1,高粉尘布置方案进行工艺设计。,2.3,工艺特点,脱硝反应器高粉尘布置的工艺特点如下表,序号,项 目,特 点,工艺,在锅炉省煤器和空预器之间的烟道加入反应器,反应式（氨）,4NO+4NH,3,+O,2,4N,2,+6H,2,O,反应温度,还原剂,3,、尿或氨水,O,x,转化率,在,O,x,/NH,3,(,摩尔比）,.85,0.90,时，,x,转化率可达到,部分负荷工况,运行适应度高,对锅炉的影响,）不影响燃烧，不会对受热面可能产生腐蚀，不影响液态排渣炉的排渣,2,）对空预器可能产生腐蚀（,NH4HSO4,）,3,）增加烟气阻力，约,1000pa,2,3,转化率,氨逃逸率,（,2,），对不环境无影响,催化剂,有运行损耗,投资,高,运行费用,高,应用情况,多，约占,SCR,烟气脱硝的运行成本很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。,催化剂失活分为物理失活和化学失活。典型化学失活包括碱金属（如,Na,、,K,、,Ca,等）和重金属（如,As,、,Pt,、,Pb,等）与催化剂表面上活性部位反应引起催化剂中毒。物理失活主要指高温烧结、磨损、固体颗粒沉淀和碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面堵塞而引起催化剂活性破坏。,2.4.1,初次运行,在这烟气清洁系统温态试运完、催化剂安装之后尽早初次运行反应器，也就是说，试运前的时间越短越好。如果,SCR,设备的前部分使用了防腐材料或涂层材料则必须保证他们不对催化剂有损伤。,2.4.2,启动,催化剂具有较高的抗热冲击性，在其露点以下通过催化剂孔道吸收铵盐、硫酸、水和其它凝结性物质。这些物体的蒸发可能会使催化剂的孔道破坏，一般情况下推荐升温速度如下表,2.4.2,：,表,2.4.2 SCR,启动升温速度,催化剂上游的烟气温度,烟气温度的上升速率,升到,170,最大,5/min,大于,170,最大,50/min,2.4.3,运行温度,各种催化剂有不同的适用温度范围，一般来说，反应器高粉尘布置,SCR,催化剂适用温度为,320,400,。当反应温度低于催化剂适用温度下限时，,NH3+SO3+H2ONH4HSO4,或,2NH3+SO3+H2O,（,NH4,）,2SO4,减少与,NOX,反应，同时生成物附着在催化剂表面，堵塞孔道，降低催化剂活性。当反应温度高于催化剂适用温度上限时，催化剂孔道易发生变形，导致有效通道和面积减少，从而使催化剂失去活性。,同时需要控制在上游第一层催化剂前，在,100%,横截面内，温度分布不均匀度不超过算术平均值,20%,。,2.4.4,速度分布,在运行过程中流动烟气速度的控制相当重要。在喷氨排上游，在烟气管道,100%,横截面内控制烟气流速变化不宜超过算术平均值,15%,。在,SCR,反应器第一层催化剂上游，烟气在,90%,横截面内的流速变化不宜超过算术平均值,10%,，在余下,10%,横截面内，烟气的速度变化不宜超过算术平均值,20%,。,2.4.5,氨的输入与混合,氨的用量是通过,NH3/NOX,的摩尔比率来控制的。当摩尔比较小时，,NH3,和,NOX,的反应不完全，,NOX,的转化率低；当摩尔比超过一定范围时，,NOX,的转化率不再增加，造成,NH3,的浪费，泄露量增大，造成二次污染。一般来说，在催化剂上游烟气中,NH3/NOX,的摩尔比，在,90%,横截面内不宜超过算术平均值,5%,；余下,10%,横截面内，该摩尔比不宜超过算术平均值,10%,。,2.4.6,吹灰,为了保证催化剂表面的清洁，运行过程中经常使用吹灰器来除去灰尘和液滴，一般在锅炉吹灰之后、机组低负荷运行之后和,SCR,出现明显压降之后进行吹灰。,2.4.7,停机,当需要锅炉停运时，应该注意在锅炉熄火之前关闭,NH3,喷射开关。由于催化剂对,NH3,有一定的储存能力，可以和烟气中的,NOX,继续反应，同时使用通风机冷却催化剂，防止水和硫酸的低温结露。,2.5,工艺应用,某燃煤电厂高含尘烟气,SCR,脱硝处理的工艺设计参数如表,2.5,，于,1999,年投运至今，各项指标完全达到设计性能要求：表,2.5,序号,参 数,单位,设计值,处理烟气量,m3/h,1700000,烟气入口温度,387,入口,NOX,质量浓度,mg/m3,650,出口,NOX,质量浓度,mg/m3,97.5,脱硝效率,%,85%,液氨消耗量,Kg/h,362,液氨泄露量,mg/m3,3,压降,Pa,950,催化剂,蜂窝式,KWH,2.4,运行控制,催化剂是,SCR,脱硝技术的核心。燃煤锅炉使用的大多催化剂的主要成分为,V2O5/T iO2,，因为它们具有较高的抗,SO3,性能。可以制作成多种形状，通常有蜂窝式和板式两种形式，但由于蜂窝式催化剂优良的耐久性、耐腐蚀性、高可靠性、高反复利用率、低压降，故被广泛使用，其断面尺寸一般为,150mm150mm,、长度,800mm,1800mm,的单体，有不同蜂窝孔径，装配在钢制框架中形成模块，灵活适用。,蜂窝式和板式催化剂比较如下表,表,2.4,蜂窝式和板式催化剂特性比较,序号,比较项目,蜂窝式,板式,说 明,触媒床活性,良,良,V2O5/T iO2,触媒床体积,小,大,蜂窝式空间面积大，板式多需,20%,30%,体积,抗飞灰磨损性,一般,优,板式更适用于高粉尘烟气,抗堵塞性,一般,优,板式几何形状较少弯角,压力损失,一般,一般,使用寿命,长,一般,SCR,烟气脱硝的运行成本很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。,催化剂失活分为物理失活和化学失活。典型化学失活包括碱金属（如,Na,、,K,、,Ca,等）和重金属（如,As,、,Pt,、,Pb,等）与催化剂表面上活性部位反应引起催化剂中毒。物理失活主要指高温烧结、磨损、固体颗粒沉淀和碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面堵塞而引起催化剂活性破坏。,3,脱硝系统对预留,SCR,空间（或改造）锅炉原有系统的影响,对已经安装或预留,SCR,脱硝装置的锅炉，今后再实施,SCR,烟气脱硝时将对原有的系统产生一定的影响，主要有下面几个方面：,3.1,一般来说，一台处理烟气量为,1.7106m3/h,锅炉所配置,SCR,反应器和催化剂重量达到,5000,多吨，设计,SCR,反应器支架时得考虑与原锅炉钢架的配合工作，如果相互间存在力传递，将影响锅炉构架的安全。,3.2,加装,SCR,烟气脱硝，锅炉本体烟道需要重新设计和修改，烟道接口要尽量考虑烟气流态的顺畅，否则对锅炉燃烧稳定将产生一定的影响，同时避免对锅炉本体的外力传递。,3.3,加装,SCR,烟气脱硝后，空预器受到腐蚀的情况将发生变化，空预器漏风率的变化，这些均是原配套的空预器考虑的，需要对空气预热器需重新选型和设计改造，否则将是影响整个机组性能。,3.4,加装,SCR,烟气脱硝后，由于存在压头损失，引风机的压头需要增加，对引风机重新选型和设计改造，同时对整套烟风系统范围内管道、设备以及锅炉炉膛防爆压力重新校核计算，对这些管道、设备的安全性进行评价，否则将留下安全隐患。,3.5,加装,SCR,烟