煙氣脫硝裝置SCR技術(shù)

煙氣脫硝裝置SCR技術(shù)

發(fā)明專利申請?zhí)?/SPAN>201310427521.5

實用新型專利申請?zhí)?/SPAN>201320579960.9

關(guān)鍵詞:  煙氣脫硝,脫硝 , 煙氣脫硝模塊, 脫硝模塊, SCR煙氣脫硝, SNCR煙氣脫硝

  SCR裝置運(yùn)行原理如下:

氨氣作為脫硝劑被噴入高溫?zé)煔饷撓跹b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(yīng)公式如下:

催化劑

4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O

催化劑

NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O

一般通過使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/SPAN>,上述反應(yīng)可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內(nèi)有效進(jìn)行, 在NH3 /NO = 1的情況下,可以達(dá)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足燃煤鍋爐高可靠性運(yùn)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(yīng)當(dāng)前環(huán)保要求而得到電力行業(yè)高度重視和廣泛的應(yīng)用。 在環(huán)保要求嚴(yán)格的發(fā)達(dá)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(yīng)用最多、最成熟的技術(shù)之一。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗, SCR脫硝技術(shù)必然會成為我國火力電站燃煤鍋爐主要的脫硝技術(shù)并得到越來越廣泛的應(yīng)用。圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡圖。

  SCR脫硝系統(tǒng)一般組成

圖1為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)典型工藝流程簡圖, 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(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。

液氨從液氨槽車由卸料壓縮機(jī)送人液氨儲槽,再經(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣后通過氨緩沖槽和

輸送管道進(jìn)人鍋爐區(qū),通過與空氣均勻混合后由分布導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng), SCR反應(yīng)器設(shè)置于空氣預(yù)熱器前,氨氣在SCR 反應(yīng)器的上方,通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣均勻分布混合,混合后煙氣通過反應(yīng)器內(nèi)催化劑層進(jìn)行還原反應(yīng)。

SCR系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)主要有反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器內(nèi)空間速度或還原劑的停留時間、NH3 /NOx 摩爾比、NH3 的逃逸量、SCR系統(tǒng)的脫硝效率等。

  氨儲存、混合系統(tǒng)

每個SCR反應(yīng)器的氨儲存系統(tǒng)由一個氨儲存罐,一個氨氣/空氣混合器,兩臺用于氨稀釋的 空氣壓縮機(jī)(一臺備用)和閥門,氨蒸發(fā)器等組成。氨儲存罐可以容納15天使用的無水氨,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,同時保證氨氣/空氣混合器內(nèi)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,可以通過下面方式保證混合:在反應(yīng)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(shù)量和區(qū)域;改進(jìn)噴射的分散性和方向;在NH3 噴入后的煙道中設(shè)置導(dǎo)流板;同時還應(yīng)根據(jù)冷態(tài)流動模型試驗結(jié)果和數(shù)學(xué)流動模型計算結(jié)果對噴氨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

  噴氨系統(tǒng)

噴氨系統(tǒng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷、反應(yīng)器入口NOx 濃度、反應(yīng)器出口NOx 濃度測量的反饋信號,控制 氨的噴入量。

  反應(yīng)器系統(tǒng)

SCR反應(yīng)器采用固定床形式,催化劑為模塊放置。反應(yīng)器內(nèi)的催化劑層數(shù)取決于所需的催化劑反應(yīng)表面積。典型的布置方式是布置二至三層催化劑層。在最上一層催化劑層的上面,是一層無催化劑的整流層,其作用是保證煙氣進(jìn)入催化劑層時分布均勻。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加入第四層催化劑層。在反應(yīng)器催化劑層間設(shè)置吹灰裝置,定時吹灰,吹掃時間30～120分鐘,每周1～2次。如有必要,還應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部的定期清理。反應(yīng)器下設(shè)有灰斗,與電廠排灰系統(tǒng)相連,定時排灰。

  省煤器和反應(yīng)器旁路系統(tǒng)

在省煤器前和反應(yīng)器之間設(shè)置旁路,稱之為省煤器旁路。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低,煙氣流量減少,進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度低于要求值時,旁路開通,向反應(yīng)器導(dǎo)入高溫?zé)煔?/SPAN>,提高反應(yīng)器內(nèi)的溫度。此外,在反應(yīng)器入口和出口間裝有一個大的旁路,稱之為反應(yīng)器旁路。反應(yīng)器旁路的作用是:鍋爐負(fù)荷降低時使用。例如開機(jī)和停機(jī)時使用,低負(fù)荷時使用和季節(jié)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(tǒng)旁路的插板門均要保證零泄露。

  催化劑

催化劑是電廠SCR工藝的核心,它約占其投資的l/3。為了使電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對SCR工 藝使用的催化劑應(yīng)達(dá)到下列要求:

———低溫度時在較寬溫度范圍具有較高的活性

———高選擇性( SO2 向SO3 轉(zhuǎn)換率和其他方面作用低即副反應(yīng)少)

———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(wěn)定性

———克服強(qiáng)烈溫度波動的穩(wěn)定性

———對于煙道壓力損失小

———壽命長、成本低理想的催化劑應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn): 1. 高活性; 2.抗中毒能力強(qiáng); 3. 好的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性; 4. 有合適的工作溫度區(qū)間。

  SCR法催化劑基本概念 

  催化劑種類

形狀:最初開發(fā)的催化劑是粒狀的?，F(xiàn)在為了防止催化劑層被粉末堵塞,減少壓力的損失,而 采用蜂窩狀或平板狀催化劑。這種催化劑可根據(jù)排氣中粉末濃度選定格子的間距。圖2是蜂窩狀催化劑的外觀照片。

  組成:一般,催化劑是由①基材(構(gòu)成催化劑的骨架) 、②載體(使活性金屬成分能夠較好的分散合保持的材料)以及③活性金屬(起催化作用的成分)構(gòu)成。但現(xiàn)在使用的蜂窩狀催化劑不是用基材的,它是把載體材料本身作為基材制成蜂窩狀。表1為催化劑的結(jié)構(gòu)及其功能。

  催化劑性能

對催化劑性能影響較大的因素有反應(yīng)溫度、催化劑量、氨的注入量,如圖3所示。由于在250～450 ℃(最好是350～400 ℃) ,催化劑有最佳活性,通常脫硝反應(yīng)設(shè)定在這個溫度范圍內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)溫度不在這個溫度范圍內(nèi)時,催化劑的性能將降低,尤其是在高溫區(qū)域使用時,由于過熱促使催化劑的表面被燒結(jié),使催化劑壽命降低。

  但是,最近隨著脫硝裝置適用范圍的擴(kuò)大,同時也要求催化劑的使用溫度范圍擴(kuò)大,如適用于反應(yīng)溫度200 ℃的垃圾焚化爐(袋濾器出口處設(shè)置的脫硝裝置)的低溫催化劑,或者是適用于反應(yīng)溫度超過550 ℃的單循環(huán)氣輪機(jī)(在氣輪機(jī)出口處設(shè)置的脫氮裝置)的高溫脫硝催化劑。催化劑反應(yīng)溫度的依賴特性是由催化劑的各種活性成分(V2O5、WO3 等)的含有濃度以及比例所決定的。通過適當(dāng)?shù)剡x擇活性金屬的組成,可以制造適合于各種用途且具有最佳特性的催化劑。圖4為活性金屬種類和催化劑活性。

  催化劑量是根據(jù)脫硝裝置的設(shè)計能力和操作要求來決定的,增加催化劑量可以提高脫硝性能。在實際中,催化劑的初期充填量是設(shè)計要求的最適量和使用期間的損失量之和。一般用SV 值[ SV值=處理氣體量(m3 (Vn ) /h ) /催化劑量(m3 ) ]來表示催化劑的充填量指標(biāo)。脫硝反應(yīng)時,排放氣體中的NOx 和注入的NH3 幾乎是以1: 1的物質(zhì)的量之比進(jìn)行反應(yīng),因此在相同的催化劑充填量下,通過增加NH3 的注入量<f