SCR脫硝技術(shù)詳解

SCR裝置運行原理如下:

氨氣作為脫硝劑被噴入高溫煙氣脫硝裝置中,在催化劑的作用下將煙氣中NOx 分解成為N2和H2O,其反應公式如下:

催化劑  4NO +4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O

催化劑  NO +NO2 +2NH3 →2N2 + 3H2O

一般通過(guò)使用適當的催化劑,上述反應可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內有效進(jìn)行, 在NH3 /NO = 1的情況下,可以達到80～90%的脫硝效率。

煙氣中的NOx 濃度通常是低的,但是煙氣的體積相對很大,因此用在SCR裝置的催化劑一定 是高性能。因此用在這種條件下的催化劑一定滿(mǎn)足燃煤鍋爐高可靠性運行的要求。

煙氣脫硝技術(shù)特點(diǎn):

SCR脫硝技術(shù)以其脫除效率高,適應當前環(huán)保要求而*電力行業(yè)高度重視和廣泛的應用。在環(huán)保要求嚴格的發(fā)達國家例如德國,日本,美國,加拿大,荷蘭,奧地利,瑞典,丹麥等國SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)是應用*多、*成熟的技術(shù)之一。根據發(fā)達國家的經(jīng)驗, SCR脫硝技術(shù)必然會(huì )成為我國火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術(shù)并*越來(lái)越廣泛的應用。

SCR脫硝系統一般組成：

上圖為SCR煙氣脫硝系統典型工藝流程簡(jiǎn)圖, SCR系統一般由氨的儲存系統、氨與空氣混合系統、氨氣噴入系統、反應器系統、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統等組成。

液氨從液氨槽車(chē)由卸料壓縮機送人液氨儲槽,再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過(guò)氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)人鍋爐區,通過(guò)與空氣均勻混合后由分布導閥進(jìn)入SCR反應器內部反應, SCR反應器設置于空氣預熱器前,氨氣在SCR 反應器的上方,通過(guò)一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合,混合后煙氣通過(guò)反應器內催化劑層進(jìn)行還原反應。

SCR系統設計技術(shù)參數主要有反應器入口NOx 濃度、反應溫度、反應器內空間速度或還原劑的停留時(shí)間、NH3 /NOx 摩爾比、NH3 的逃逸量、SCR系統的脫硝效率等。

氨儲存、混合系統：

每個(gè)SCR反應器的氨儲存系統由一個(gè)氨儲存罐,一個(gè)氨氣/空氣混合器,兩臺用于氨稀釋的 空氣壓縮機(一臺備用)和閥門(mén),氨蒸發(fā)器等組成。氨儲存罐可以容納15天使用的無(wú)水氨,可充 至85%的儲罐體積,裝有液面儀和溫度顯示儀。液氨汽化采用電加熱的方式,同時(shí)保證氨氣/空氣混合器內的壓力為350 kPa。NH3 和煙氣混合的均勻性和分散性是維持低NH3 逃逸水平的關(guān)鍵。為了保證煙氣和氨氣在煙道分散好、混合均勻,可以通過(guò)下面方式保證混合:在反應器前安裝靜態(tài)混合器;增加NH3 噴入的能量;增加噴點(diǎn)的數量和區域;改進(jìn)噴射的分散性和方向;在NH3 噴入后的煙道中設置導流板;同時(shí)還應根據冷態(tài)流動(dòng)模型試驗結果和數學(xué)流動(dòng)模型計算結果對噴氨系統的結構進(jìn)行優(yōu)化。

噴氨系統：

噴氨系統根據鍋爐負荷、反應器入口NOx 濃度、反應器出口NOx 濃度測量的反饋信號,控制氨的噴入量。

反應器系統：

SCR反應器采用固定床形式,催化劑為模塊放置。反應器內的催化劑層數取決于所需的催化劑反應表面積。典型的布置方式是布置二至三層催化劑層。在*上一層催化劑層的上面,是一層無(wú)催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進(jìn)入催化劑層時(shí)分布均勻。通常,在第三層催化劑下面還有一層備用空間,以便在催化劑活性降低時(shí)加入第四層催化劑層。在反應器催化劑層間設置吹灰裝置,定時(shí)吹灰,吹掃時(shí)間30～120分鐘,每周1～2次。如有必要,還應進(jìn)行反應器內部的定期清理。反應器下設有灰斗,與電廠(chǎng)排灰系統相連,定時(shí)排灰。

省煤器和反應器旁路系統：

在省煤器前和反應器之間設置旁路,稱(chēng)之為省煤器旁路。當鍋爐負荷降低,煙氣流量減少,進(jìn)入反應器的煙氣溫度低于要求值時(shí),旁路開(kāi)通,向反應器導入高溫煙氣,提高反應器內的溫度。此外,在反應器入口和出口間裝有一個(gè)大的旁路,稱(chēng)之為反應器旁路。反應器旁路的作用是:鍋爐負荷降低時(shí)使用。例如開(kāi)機和停機時(shí)使用,低負荷時(shí)使用和季節性使用。以防止低溫造成催化劑中毒及催化劑污染。所有SCR系統旁路的插板門(mén)均要保證零泄露。

催化劑：

催化劑是電廠(chǎng)SCR工藝的核心,它約占其投資的l/3。為了使電站*、經(jīng)濟運行,對SCR工 藝使用的催化劑應達到下列要求:

①低溫度時(shí)在較寬溫度范圍具有較高的活性 

②高選擇性( SO2 向SO3 轉換率和其他方面作用低即副反應少) 

③對二氧化硫( SO2 ) 、鹵族酸(HCl, HF)和堿金屬(Na2O、K2O)和重金屬(如As)具有化學(xué) 穩定性 

④克服強烈溫度波動(dòng)的穩定性 

⑤對于煙道壓力損失小 

⑥壽命長(cháng)、成本低理想的催化劑應具有以下優(yōu)點(diǎn): 

? 高活性;

? 抗中毒能力強; 

? 好的機械強度和耐磨損性; 

? 有合適的工作溫度區間。

SCR測量控制系統：

反應溫度控制：

在一定溫度范圍內,隨反應溫度提高,NOx 脫除率急劇增加,脫硝率達到*值時(shí),溫度繼續升高會(huì )使NH3 氧化而使脫硝率下降; 反應溫度過(guò)低,煙氣脫硝反應不充分,易產(chǎn)生NH3 的逃逸。 

因此要對SCR系統入口煙氣溫度進(jìn)行監測并通過(guò)調節省煤器旁路開(kāi)度控制SCR 系統入口煙氣溫度。 

氨量控制：

在NH3 /NOx 摩爾比小于1 時(shí),隨NH3 /NOx摩爾比增加,脫硝效率提高明顯; NH3 投入量超過(guò) 需要量, NH3 會(huì )造成二次污染, 一般控制NH3 /NOx 摩爾比在1. 0左右。NH3 的流量控制閥調節 控制NH3 的流量,控制系統根據反應器入口NOx的濃度、煙氣流量、反應器出口所要求NOx 的排放濃度和氨的逃逸濃度計算出氨的供給流量。為保證人身和設備*,發(fā)生下列情況,氨氣閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉:低的煙氣流量;高的氨氣/空氣比;催化劑入口煙氣溫度過(guò)高;催化劑入口煙氣溫度過(guò)低;沒(méi)有來(lái)自鍋爐的運行允許信號;啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)。 

氨稀釋空氣流量控制：

氨稀釋用空氣流量在SCR 系統運行時(shí)被設定好,不再調整。兩臺空氣壓縮機,一臺備用。當臺空氣壓縮機輸出氣體壓力低于設定值或發(fā)生故障時(shí),第2臺空氣壓縮機自動(dòng)啟動(dòng)。

氨氣蒸發(fā)器：

氨氣蒸發(fā)器與儲罐為一體化結構,加熱器放置在無(wú)水氨的液體中,通過(guò)氨儲罐內的壓力控制加熱器。當儲罐內的壓力低于設定壓力時(shí),加熱器通電加熱液氨;加熱器過(guò)熱則斷電保護。