火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计

2. 2. 1 SCR 反应器旁路的设置 SCR反应器旁路设置的目的 ,一是为了机组
在冷启动时不使催化剂受到损害 ;二是为了机组 在长期不脱硝时节约引风机的电耗 。对于是否设 置 SCR反应器旁路 ,有两种不同的观点 :
( 1 )设置旁路 此观点认为 ,在机组启动的时候 (此时烟气 温度还没有到催化剂的反应温度 )使用旁路 ,以 避免催化剂受到损害 ;另一个用途是机组在长期 不脱硝的时候 ,烟气通过旁路至空预器 ,以节约引 风机的电耗 。这种情况在美国应用较多 ,但设置 旁路除了要增加挡板的投资外 ,同时为避免反应 器冷却后产生凝结水 ,还需设置反应器的加热系 统 ,因而将大大增加系统的投资 。 ( 2 )不设置旁路 此观点认为 ,机组冷启动的次数比较少 ,因此 对催化剂的影响不会太大 ,而且设置旁路烟道时 由于要增加挡板 ,投资比较高 ,系统也比较复杂 。 并且在长期不用旁路烟道时会造成挡板前积灰严 重 ,开启时容易卡涩 ,而挡板开启瞬间又有大量灰 进入空预器 ,可能会造成空预器堵灰而停用 。 2. 2. 2 省煤器旁路的设置 省煤器旁路设置的目的是为了机组在低负荷 运行时 ,保证 SCR 入口烟气温度高于反应温度 。 一般对 SCR入口温度的要求是 280 ～400℃。为 使 SCR催化剂在最佳工作温度范围内运行 ,通常 设置省煤器烟气旁路来调节 SCR 入口烟气温度 , 目的是在锅炉低负荷运行时保证 SCR 反应器中 的烟气温度高于硫酸氢铵的凝结温度 ,从而有效 地控制由于硫酸铵盐凝结导致的催化剂及空气预 热器的沾污积灰与腐蚀堵塞 。当锅炉启停较为频 繁时 ,通常需要采用省煤器烟气旁路系统 ,对于停 炉后快速启动 SCR装置运行具有重要作用 。 2. 3 喷氨格栅 烟气脱硝装置中 ,氨的扩散 、氨与氮氧化物的 混合和分布效果是影响烟气脱硝效率和避免氨逃 逸的关键因素之一 。目前 SCR 系统普遍采用的 是喷氨格栅的方法 ,即将烟道截面分成 20～50个 大小不同的控制区域 ,每个区域有若干个喷射孔 , 每个分区的流量单独可调 ,以匹配烟气中 NOx 的 浓度分布 。工艺设计时 ,喷氨格栅的位置及喷嘴 形式是根据锅炉尾部烟道的布置形式 ,通过模拟 试验来选择的 。同时 ,通过烟道设计的优化及加
能源与环境
火电厂 SCR烟气脱硝工艺系统设计
冯立波 1 ,罗钟高 2 ,葛春亮 1
(1. 浙江天地环保工程有限公司 ,浙江 杭州 310012; 2. 浙江省电力设计院 ,浙江 杭州 310012)
摘 要 :随着我国 NOx 排放标准的提高 ,仅仅依靠燃烧过程控制已不能满足要求 ,因此我国燃煤电厂今后将逐 步建设烟气脱硝装置 。主要介绍了火电厂烟气脱硝主流技术 ———选择性催化还原 ( SCR)烟气脱硝系统技术的 原理及工艺系统的设计 。 关键词 :脱硝技术 ; SCR;反应器 ;催化剂 中图分类号 : X773 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 3950 (2009) 01 - 0048 - 05
由于不同类型的催化剂有不同的最佳工作温 度 。通常 ,典型的氧化钛和氧化钒基催化剂的工 作温度范围为 340 ～400℃, 最佳反应温度约为 370℃,最低工作温度约为 320℃。 SCR 最低运行 温度取决于烟气中 SO3、NH3 的含量及水分等 。 SCR 反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐 的沉积 ,烟气温度较高时会增大 SO2 与 SO3 的转 化率 ,而且长时间处在 450℃以上时会烧结催化 剂的活性表面 ,降低其反应活性 。因此 , SCR运行 期间需严格控制反应器入口的烟气温度 ,使其维 持在最低运行温度以上 ,并应尽量维持在最佳工 作温度范围内 ,以避免硫酸铵盐的沉积 ,提高脱硝 效率 。因此 ,在烟气系统中根据不同需要 ,可以设 置 SCR 反 应 器 旁 路 和 省 煤 器 旁 路 , 分 别 描 述 如下 。
1 SCR 烟气脱硝系统技术原理
典型的燃煤电厂锅炉选择性催化还原 ( SCR ) 烟气脱硝系统采用氨 (NH3 )作为还原介质 ,主要 由供氨与喷氨系统 、催化反应器 、烟气管道与控制 系统等组成 。 SCR反应器通常布置在锅炉省煤器 出口与空气预热器入口之间 。离开省煤器的热烟 气在进CR反应器壳体的设计中 ,要考虑良好的 NOx /NH3 混合和速度的均布 ,以保证脱硝效率 。 反应器壳体通常采用标准的板箱式结构 ,辅以各
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种加强筋和支撑构件来满足防震 、承载催化剂 、密 封 、承受荷载和抵抗应力的要求 ,并且实现与外界 的隔热 。 3. 2 催化剂的设计
0 引 言
NOx 是近三十多年来受到极大关注的一种污 染物 。已经证明其危害主要有酸雨作用 、诱发光 化学烟雾等 ,也是引起温室效应和光化学反应的 主要物质之一 ,所以降低 NOx 的排放也是当前应 着重研究的方向 [ 1 ] 。火电厂是最主要的 NOx 排 放源 ,“十 一 五 ”期 间 规 划 开 工 的 火 电 项 目 达 1. 41亿 kW ,按照现在的 NOx 控制政策 ,初步预测 2010年火电厂排放的 NOx 将达 850万 t左右 。为 此 ,国家出台了一系列控制火电厂 NOx 排放的法 律 、法规和政策 ,促使我国必须加快火电机组烟气 脱硝设施的建设 ,烟气脱硝是新上火电机组控制 NOx 排放的必然选择 ,也是国家环保政策的要求 。 减少 NOx 排放的措施主要分为两大类 :燃烧过程 控制和燃烧后烟气脱硝技术 。燃烧过程控制主要 是通过降低炉膛内部最高温度或减少煤粉在高温
能源工程 2009年 ,第 1期 - 4 9 -
能源与环境
设烟气导流挡板 ,使进入 SCR 催化反应器内的烟 气气流均匀 ,以免 NOx 与 NH3 的混合不充分和局 部喷氨过量而影响脱硝效果及经济性 ,所以一般 应尽可能使氨从远离反应器入口处喷入 。 SCR脱 硝效率是通过喷氨量来调整的 ,因此喷氨部位的 选取同 NH3 /NOx 摩尔比一样重要 ,喷氨部位应在 NOx 浓度及烟气流速分布均匀的地方 。加氨量是 根据 SCR入口 NOx 浓度和允许的 NOx 排放浓度 决定的 ,并通过反馈信号来修正 。以氨逃逸量作 为反馈信号来控制加氨是不可靠的 ,因为很难精 确测定 NH3 的逃逸量 。NH3 /NOx 摩尔比表示需 要的喷氨量的多少 ,脱硝效率一般随 NH3 /NOx 摩 尔比的增大而增高 , 但当 NH3 /NOx 摩尔比大于 1. 0时 ,氨逃逸量会急剧增大 ,同时氨氧化等副反 应的反 应 速 率 也 将 增 大 。实 际 运 行 中 通 常 将 NH3 /NOx 摩尔比控制在 0. 75 ～1. 00[ 4 ] 。喷氨格 栅通常布置省煤器出口烟道上 ,以达到预期的混 合及分布效果 ,其下游通常需要足够长的混合距 离 。由于炉后空间的限制 , SCR 反应器只能采用 高位布置 ,这使所需的连接烟道变长 ,系统阻力较 大 ,设备基础荷载增大 ,从而使系统的投资及运行 费用提高 。为了克服现有的脱硝系统设计的缺 陷 ,提出了一种喷氨格栅设置在锅炉省煤器下侧 的烟气脱硝装置 。这样 ,通过较短的烟道与 SCR 反应器相连 , 在 SCR 反应器的上部设有整流装 置 , SCR反应器中部设有催化剂床层 ,反应器下部 接出口烟道 。 SCR反应器的进口采用与省煤器出 口烟道处于同一标高或稍高的低位布置 ,或直接 将 SCR反应器置于喷氨格栅下侧 ,这些都能较好 地解决常规喷氨格栅设置中存在的问题 ,从而降 低系统的投资及运行成本 。
Research on SCR flue ga s den itr if ica tion
system design for therma l power plan ts
FEN G L i2bo1 , LUO Zhong2gao2 , GE Chun2liang1
(1. Zhejiang Tiandi Environmental Protection Engineering Co. , L td, Hangzhou 310012, China; 2. Zhejiang Electric Power Design Institute, Hangzhou 310012, China)
区域的停留时间 ,从而抑制或减少燃烧过程中 NOx 的产生量 ,包括低 NOx 燃烧器 、燃烧优化调 整 、天然气再燃 、超细煤粉再燃等技术 。烟气脱硝 技术包括选择性催化还原 ( SCR )技术 、选择性非 催化还原 ( SNCR ) 技术 、SNCR / SCR 联合烟气脱 硝技术 、液体吸收法 、微生物吸收法 、活性炭吸附 法 、电子束法等 。目前应用最广 、最有效的烟气脱 硝主流技术是 SCR技术 ,它能达到 90%以上的脱 硝效率 。
Abstract:W ith the even stricter standards of NOx em ission, the current p rocess depending only on combustion p rocess control, can’t meet the demand. Coal2fired power p lants in China are also to be equipped w ith flue gas De2NOx sys2 tem s in the near future. The mainstream technology, selective catalytic reduction ( SCR ) flue gas denitrification, was introduced, including its technical p rincip le and p rocess system design. Key words: denitration technology; SCR; reactor; catalyst
4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2 O NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2 O 6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2 O