SCR烟气脱硝基本工艺专项方案.docx

SCR烟气脱硝工艺方案
1. 脱硝工艺介绍
相关NOX控制方法从燃料生命周期三个阶段入手，限燃烧前、燃烧中和燃烧后。目前，燃烧前脱硝研究极少，几乎全部脱硝全部集中在燃烧中和燃烧后NOX控制。所以在国际上把燃烧中NOX全部控制方法统称为一次方法，把燃烧后NOX控制方法统称为二次方法，又称为烟气脱硝技术。
现在普遍采取燃烧中NOX控制技术即为低NOX燃烧技术，关键有低NOX燃烧器、空气分级燃烧和燃料分级燃烧。
应用在燃煤电站锅炉上成熟烟气脱硝技术关键有选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）、选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）和SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。
2 .SCR烟气脱硝技术
近几年来选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)发展较快,在欧洲和日本得到了广泛应用,现在催化还原烟气脱硝技术是应用***多技术。
1）SCR脱硝反应
现在世界上流行SCR工艺关键分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种法全部是利用氨对NOX还原功效，在催化剂作用下将NOX(关键是NO)还原为对大气没有多少影响N2和水。还原剂为NH3，其不一样点则是在尿素法SCR中，先利用一个设备将尿素转化为氨以后输送至SCR触媒反应器，它转换方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR还原剂经过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨方法有热解法和水解法，关键化学反应方程式为：     
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整个工艺设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，***后经过分配格栅喷入SCR反应器上游烟气中。经典SCR反应原理示意图以下：

在SCR反应器内，NO经过以下反应被还原：
       4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
    6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优优异行，所以，氨消耗量和NO还原量有一对一关系。
在锅炉烟气中，NO2通常约占总NOX浓度5%，NO2参与反应以下：
        2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
    6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多氨。
在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量一小部分，所以NO2影响并不显著。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。通常来说，对于新催化剂，氨逃逸量很低。不过，伴随催化剂失活或表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要NOX脱除率，就必需增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能确保预先设定脱硝效率和（或）氨逃逸量性能标按时，就必需在反应器内添加或更换新催化剂以恢复催化剂活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2）SCR系统组成及反应器部署
在选择催化还原工艺中，NOx和NH3在催化剂作用下产生还原。催化剂安放在一个固定反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直部署，烟气自上向下流动。以下图所表示：

SCR系统通常由氨储存系统、氨和空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。下图为经典SCR烟气脱硝工艺系统基础步骤简图：

3 .SNCR烟气脱硝技术
选择性催化还原脱除NOX运行成本关键受催化剂寿命影响，一个不需要催化剂选择性还原过程或许愈加诱人，这就是选择性非催化还原技术。该技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内和NOX进行选择性反应，不用催化剂，所以必需在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃区域，该还原剂（尿素）快速热分解成NH3并和烟气中NOX进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
研究发觉，在炉膛850～1100℃这一狭窄温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中NOX，基础上不和烟气中O2作用，据此发展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOX关键反应为：
NH3为还原剂
      4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
尿素为还原剂
      NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O
当温度高于1100℃时, NH3则会被氧化为
      4NH3+5O2→4NO+6H2O
不一样还原剂有不一样反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3反应***佳温度区为 850～110O℃。当反应温度过高时，因为氨分解会使
NOx还原率降低，其次，反应温度过低时，氨逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨逃逸会造成新环境污染。
引发SNCR系统氨逃逸原因有两种，一是因为喷入点烟气温度低影响了氨和NOx反应；另一个可能是喷入还原剂过量或还原剂分布不均匀。还原剂喷入系统必需能将还原剂喷入到炉内***有效部位，因为NOx在炉膛内分布常常改变，假如喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上氨分布不均匀，则会出现分布较高氨逃逸量。在较大燃煤锅炉中，还原剂均匀分布则更困难，因为较长喷入距离需要覆盖相当大炉内截面。为确保脱硝反应能充足地进行，以***少喷入NH3量达成***好还原效果，必需设法使喷入NH3和烟气良好地混合。若喷入NH3不充足反应，则逃逸NH3不仅会使烟气中飞灰轻易沉积在锅炉尾部受热面上，而且烟气中NH3碰到S03会产生(NH4)2S04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀危险。
SNCR烟气脱硝技术脱硝效率通常为30%-40%，受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NOX燃烧技术补充处理手段。采取SNCR技术，现在趋势是用尿素替换氨作为还原剂，值得注意是，多年研究表明，用尿素作为还原剂时，NOX会转化为N2O，N2O会破坏大气平流层中臭氧，除此之外，N2O还被认为会产生温室效应，所以产生N2O问题己引发大家重视。
综上所对比，SCR脱硝工艺技术优异，工艺成熟，经济合理，工业业绩居多，脱硝效率高，拟选择现在效率***高SCR技术。
4.工艺系统说明 
SCR脱硝系统由三个子系统所组成，SCR反应器及隶属系统、氨储存处理系统和氨注入系统。
4.1 氨储存系统
（1）系统组成
液氨储存系统包含液氨卸料压缩机、液氨储罐等。
（2）工艺描述
还原剂（氨）用罐车运输并在储罐储存。在高压下，氨被液化以减小运输和储存体积。市场购置还原剂（液态氨纯度99.6%）,供给商用罐装车运输（以液体形态储存在压力容器内），送往氨贮存场地，经过氨卸载压缩机抽取储罐中气氨，送入储罐后，将槽车中液氨，挤入液氨储槽中贮存。使用时，储存罐中氨借助自压输送到蒸发器中。
· 卸载压缩机
卸料压缩机为往复式压缩机，系统设置二台卸载压缩机，一台运行，一台备用。
· 液氨储槽
本工程设置2台液氨储罐，供两炉使用。液氨储罐***大充装量为25m³。储氨罐组可供给两台炉设计条件下，天天运行二十四小时，连续运行7天消耗量。液氨储罐上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀做为储罐安全运行保护所用。储罐还装有温度计、压力表液位计和对应变送器将信号送到主体机组DCS控制系统，当储罐内温度或压力高时报警。储罐四面安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储罐内液氨温度过高时自动淋水装置开启，对储罐进行喷淋降温。
4.2氨注入系统
（1）系统组成
氨注入系统包含氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。
（2）工艺描述
储罐里液态氨靠自压输送到蒸发器，在蒸发器内（经过蒸汽加热）将氨蒸发，每个蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在≤2kg/cm2。当出口压力超出2kg/cm2时，切断节流阀，停止液氨供给。从蒸发槽蒸发氨气流进入氨气缓冲罐，经过氨气输送管道送至每一台炉SCR反应装置旁。再用空气稀释高浓度无水氨，这么氨/空气混合物安全且不易燃。经过装在SCR入口烟道内氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。
（3）关键设备选型
· 液氨蒸发槽
液氨蒸发所需要热量由低压蒸汽提供，共设有二个液氨蒸发槽（一用一备）。蒸发槽装有安全阀，可预防设备压力异常过高。液氨蒸发槽面积根据在BMCR工况下单台机组100％容量设计。
· 氨气缓冲槽
氨气缓冲槽作用即在稳定氨气供给，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。缓冲槽上也有安全阀可保护设备。
· 氨气稀释槽
氨气稀释槽为立式水槽，水槽液位由满溢流管线维持，稀释槽设计连结由槽顶淋水和糟侧进水。液氨系统各排放处所排出氨气由管线聚集后从稀释槽低部进入。经过分散管将氨气分散入稀释槽水中，利用大量水来吸收安全阀排放氨。
· 稀释风机
喷入锅炉烟道氨气为空气稀释后含5％左右氨气混合气体。所选择风机满足脱除烟气中NOx***大值要求，并留有一定余量。稀释风机两台按一台100％容量（一用一备）设置，共有四台离心式稀释风机。
·氨/空气混合器
为了实现氨和稀释空气充足、均匀混合，
· 氨气泄漏检测器
液氨储存及注入系统周围设有3只氨气检测器，以检测氨气泄漏，并显示大气中氨浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员采取必需方法，以预防氨气泄漏异常情况发生。电厂液氨储存及供给注入系统远离机组，并采取方法和周围环境隔离。
· 排污系统
液氨储存和注入系统氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池再经由废水泵送至主厂废水处理站。
· 氮气吹扫
液氨储存及注入系统保持系统严密性预防氨气泄漏和氨气和空气混合造成爆炸是***关键安全问题。基于此方面考虑，本系统卸料压缩机、液氨储罐、氨蒸发器、氨气缓冲罐等全部备有氮气吹扫管线。在液氨卸料之前经过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格系统严密性检验和氮气吹扫，预防氨气泄漏和和系统中残余空气混合造成危险。
4.3 SCR反应器及隶属系统
（1）系统组成
SCR反应器和隶属系统由挡板门、氨注入格栅、SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。
（2）工艺描述
由氨/空气混合器来稀释氨气经过氨注入格栅多个喷嘴，将氨喷入烟气中。注入格栅后烟气混合装置促进烟气和氨混合，确保烟气中氨浓度均匀分布。
来自锅炉省煤器出口烟气经过SCR反应器，SCR反应器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3和NOX反应从而脱除NOX，催化剂促进氨和NOX反应。在SCR反应器***上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。烟气经过烟气脱硝过程后经空气预热器热回收后进入静电除尘器和FGD系统后排入大气。
SCR反应器催化剂层间安装吹灰器用来吹除沉积在催化剂上灰尘和SCR反应副产物，以降低反应器压力降。
SCR工艺关键性能指标有：脱硝效率、氨量、反应器压力降等。
SCR工艺关键设计参数有催化剂总量、催化剂高度、催化剂空隙率和烟气速度等。
燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置催化剂设计参数见下表。
燃煤锅炉SCR烟气脱硝装置催化剂设计参数
项目
蜂窝型催化剂
板型催
化剂
高灰煤
低灰煤
单块催化剂孔数
400
441
529

间距（mm）
7.4
7.0
6.4
6.9
比表面积（㎡/ m3）
427
470
500
285
空隙率（%）
69
71
67
82
压力降（kpa/m）
0.2
0.21
0.27
0.1
（3）关键设备选型
· SCR反应器
反应器水平段安装有烟气导流、优化分布装置和氨喷射格栅，在反应器竖直段装有催化剂床。
反应器采取固定床垂直通道型式，初装2层，并预留1层位置，作为未来脱硝效率低于确保值时增装催化剂用，以此作为增强脱硝效率并延长有效触媒寿命备用方法。
脱硝效率按80%设计，催化剂模块尺寸为长1901mm×宽952mm×高1100mm（含框架），锅炉脱硝反应器每层部署21个模块（3×7），层之间空间高度为3.4m，其中每层催化剂前端有耐磨层，减弱飞灰对催化剂冲刷作用。每个反应器按3层设计，运行早期仅装2层。每台炉设置一个反应器。
反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有触媒支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、触媒负荷和热应力等。反应器壳外部设有加固肋及保温层。触媒经过反应器外触媒填装系统从侧门放入反应器内。
· 喷氨格栅
为了使氨在烟气中均匀分布，而且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气NH3/NOx摩尔比调整，所以需在进口烟道上适宜位置设置喷氨格栅。包含供给箱、喷射格栅和喷射孔等。喷射系统配有节流阀及节流孔板。在对NOx浓度进行连续分析同时，调整必需氨量从喷氨格栅中喷氨。
4.4 脱硝装置总体部署
本烟气脱硝工程关键构筑物有脱硝装置、液态氨贮存和供给系统构筑物。
在制订脱硝装置部署方案时，应考虑下面设备：
— SCR反应器；
— 烟气管道；
— 和锅炉省煤器和空气预热器联接；
— 辅助设备。
4.4.1部署标准
— 在计划基础现场部署方案时，建筑和设备位置应该根据需要功效来部署，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护和安全性。
—SCR反应器部署方案应该考虑未来在其它锅炉上安装脱硝装置要求，脱硝系统部署不能影响未来装置部署和施工。
—一台锅炉设置一个SCR反应器。
—为SCR反应器留有合适空间，用来设置过道，便于催化剂模块安装和操作。
—为催化剂模块抬升预留足够空间。
—通道应该尽可能连续，全部关键通道能许可叉式升降机（铲车）通行，并考虑其转动半径。
4.4.2总体部署方案选择
（1）SCR反应器部署方法：
在热段/高灰部署中，SCR反应器在省煤器和空气预热器之间，因为该区域烟气温度在300-400℃范围内。锅炉省煤器和空气预热器之间烟气温度在该范围内。世界上绝大多数燃煤火电厂SCR装置采取这种部署万式。
这种部署方法关键优点是投资和运行费用低，因为该段烟气温度和催化剂要求运行范围相符合。这种部署其关键缺点是催化剂暴露于含有全部灰尘和硫分烟气中。采取这种部署方法关键是含硫量低于2%烟煤发电锅炉。
因为SCR系统所要求烟气温度为330～415℃，故SCR反应器放置在省煤器和空气预热器之间。
新建SCR系统钢结构，依据在电厂现场测量及提供资料，在部署基立柱等时关键考虑校核原有锅炉钢架基础荷载。
（2）液态氨贮存和供给部署
依据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)相关乙类液体储罐防火间距要求:氨站应该距离生产厂房、生产设备20m，距离明火和散发怒花地点25m，距离全厂关键设施30m，距离运输道路、厂围墙lOm。
氨储罐部署在半露天防晒雨棚中零米地面；氨卸载压缩机等转动机械设备和电气设备部署在氨储罐旁边建构筑物内。
蒸发器、缓冲贮罐均部署在储罐旁边构筑物内，采取防晒雨棚；稀释空气风机、氨/空气混合器均对应部署在每一台锅炉零米周围。
道路:在液态氨贮存和供给建筑构筑物形成消防环路，采剧混凝土路面和厂区道路相连接。
液氨采取输送管道方法。
全厂脱硝装置控制系统部署在主厂控制室内。
5供货范围及清单
5.1供货范围（不仅限于此）
(1)SCR系统液氨储存区内液氨储罐、卸料压缩机、管路其所需隶属设备；
(2)SCR系统范围内全部自动控制装置、仪表、测量装置、调整控制设备；
(3)SCR系统反应区内钢结构、楼梯、平台；
(4)SCR系统范围内防腐、保温和油漆；
(5)技术服务；
6.2供货清单
序号
品目及编号
规格型号
生产厂家
一
氨制备供给系统

1
卸料压缩机

2
氨贮罐

3
液氨蒸发器

4
氨气缓冲罐

5
氨气稀释罐

6
氨气、空气混合器

7
稀释风机

8
废水泵

9
氨气泄露检测器

10
对应阀门、管道及其附件

小计

二
氨喷射系统

1
氨喷射格栅

2
喷嘴

3
控制阀门

4
对应阀门、管道及其附件

小计

三
烟道系统

1
膨胀节

2
进口烟道（含导流板）

3
出口烟道

4
风门及实施机构

小计

四
SCR反应器

1
壳体

2
内部支撑结构

3
催化剂

4
测量格栅

5
导流和混合装置

6
整流装置

7
密封装置

8
涡流预除尘装置

小计

五
催化剂装卸系统

小计

六
吹灰系统

1
吹灰器

2
阀门和管路系统

3
控制设备

小计

七
控制系统

八
电气系统

九
SCR钢支架和平台、扶梯

1
SCR钢支架上部结构

2
平台扶梯

小计

十
保温、油漆

1
钢结构油漆

2
钢结构***后一道面漆

3
保温金属构件、保温材料和外护板

3.1
保温

3.2
外护板

3.3
保温金属构件

小计

十一
其它

1
采暖、通风、空调系统

2
消防系统

6.设计技术指标
序号
项  目  名  称
单 位
数 据
1
锅炉蒸发量
T/h

2
锅炉数量
台

3
脱硝系统处理烟气量
m3/h

4
脱硝反应器入口温度
℃

5
NOx初始排放浓度
mg/Nm3

6
NOx达标排放浓度
mg/Nm3

7
设计脱硝效率
%

8
脱硝工艺

9
液氨耗量（两台炉）
kg/h

10
年运行时间
h/a

11
装置连续使用率

12
氨逃逸浓度