【文章內容簡介】 式 FGD 脫硫裝置后，其排煙溫度僅為 50～ 60℃ ，因此，為使煙氣在進入催化劑反應器之前達到所需要的反應溫度，需要在煙道內加裝燃油或燃燒天然氣的燃燒器，或蒸汽加熱的換熱器以加熱煙氣，從而增加了能源消耗和運行費用。 對于 一般燃油或燃煤鍋爐，其 SCR 反應器多選擇安裝于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，因為此區(qū)間的煙氣溫度剛好適合 SCR 脫硝還原反應，氨被噴射于省煤器與 SCR 反應器間煙道內的適當位置，使其與煙氣充分混合后在反應器內與氮氧化物反應， SCR 系統(tǒng)商業(yè)運行業(yè)績的脫硝效率約為 70%～ 90%。 SNCR 煙氣脫硝技術 選擇性催化還原脫除 NOX的運行成本主要受催化劑壽命的影響，一種不需要催化劑的選擇性還原過程或許更加誘人，這就是選擇性非催化還原技術。該技術是用 NH尿素等還原劑噴入爐內與 NOX進行選擇性反應，不用催化 劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為 850～ 1100℃ 的區(qū)域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成 NH3并與煙氣中的 NOX進行 SNCR 反應生成 N2，該方法是以爐膛為反應器。 研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛 850～ 1100℃ 這一狹窄的溫度范圍內、在無催化劑作用下， NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的 NOX，基本上不與煙氣中的 O2作用，據此發(fā)展了 SNCR 法。在 850～ 1100℃范圍內， NH3或尿素還原 NOX的主要反應為： NH3為還原劑 4NH3+4NO+O2→4N 2+6H2O 尿素為還原劑 NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N 2+CO2+H2O 當溫度高于 1100℃ 時 , NH3則會被氧化為 4NH3+5O2→4NO+6H 2O 不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。 NH3的反應最佳溫度區(qū)為 850～ 110O℃ 。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使 NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使 NOx還原率降低。 NH3是高揮發(fā)性和有毒物質，氨的逃逸會造成新的環(huán)境污染。 引起 SNCR 系統(tǒng)氨逃逸的原因有兩種，一是由于噴入點煙氣溫 度低影響了氨與 NOx的反應 。另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內最有效的部位，因為 NOx在爐膛內的分布經常變化，如果噴入控制點太少或噴到爐內某個斷面上的氨分布不均勻，則會出現(xiàn)分布較高的氨逃逸量。在較大的燃煤鍋爐中，還原劑的均勻分布則更困難，因為較長的噴入距離需要覆蓋相當大的爐內截面。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少的噴入 NH3量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的 NH3與煙氣良好地混合。若噴入的 NH3不充分反應，則逃逸的 NH3不僅會使煙氣中的飛灰容易沉積在 鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中 NH3遇到 S03會產生 (NH4)2S04易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。 SNCR 煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為 25%50%，受鍋爐結構尺寸影響很大，多用作低 NOX燃燒技術的補充處理手段。采用 SNCR 技術，目前的趨勢是用尿素代替氨作為還原劑，值得注意的是，近年的研究表明，用尿素作為還原劑時， NOX會轉化為 N2O， N2O 會破壞大氣平流層中的臭氧，除此之外， N2O 還被認為會產生溫室效應，因此產生 N2O 問題己引起人們的重視。 SNCR 系統(tǒng)煙氣脫硝過程由下面四個基本過程完成 : 接收和儲存還原劑 。 還原劑的計量輸出、與水混合稀釋 。 在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑 。 還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。 SNCR/SCR 混合煙氣脫硝技術 SNCR/SCR 混合煙氣脫硝技術是把 SNCR工藝的還原劑噴入爐膛技術同 SCR工藝利用逃逸氨進行催化反應的技術結合起來，進一步脫除 NOX。它是把 SNCR 工藝的低費用特點同 SCR 工藝的高效率及低的氨逃逸率進行有效結合。該聯(lián)合工藝于 20 世紀 70 年代首次在日本的一座 燃油裝置上進行試驗，試驗表明了該技術的可行性。理論上， SNCR 工藝在脫除部分 NOX的同時也為后面的催化法脫硝提供所需要的氨。SNCR 體系可向 SCR 催化劑提供充足的氨，但是控制好氨的分布以適應 NOX的分布的改變卻是非常困難的。為了克服這一難點，混合工藝需要在 SCR 反應器中安裝一個輔助氨噴射系統(tǒng)。通過試驗和調節(jié)輔助氨噴射可以改善氨氣在反應器中的分布效果。資料介紹 SNCR/SCR 混合工藝的運行特性參數可以達到 40%80%的脫硝效率，氨的逃逸小于 5～ lOppm。 煙氣脫硝技術的選擇 根據以上對脫硝工藝 的簡單介紹，控制火電廠 NOX排放有很多種方法，各種脫硝工藝工程投資和脫硝效率各不相同，選擇何種脫硝工藝一般可根據以下幾個萬面綜合考慮 : l)NOX排放濃度和排放量必須滿足國家和當地政府環(huán)保要求 。 2)脫硝工藝要適用于工程己確定的煤種條件，并考慮燃煤來源的變化可能性 。 3)脫硝工藝要做到技術成熟、設備運行可靠，并有較多成功的運行業(yè)績 。 4)根據工程的實際情況盡量減少脫硝裝置的建設投資 。 5)脫硝裝置應布置合理 。 6)脫硝劑要有穩(wěn)定可靠的來源 。 7)脫硝工藝脫硝吸收劑、水和能源等消耗少，盡量減少運行 費用。 表 煙氣脫硝技術設計參數比較。 項目 SCR SNCR/SCR 混合型 SNCR 還原劑 以 NH3為主 可使用 NH3或尿素 用 NH3或尿紊 反應溫度 320 一 400℃ 前段 :8501100℃ ， 后段 :320400℃ 850 一 110O℃ 催化劑 成份主要為 TiO2， V2O5 WO3 后段加裝少量催化劑 (成份主要為TiO2， V2O5 WO3) 不使用催化劑 脫硝效率 70％～ 90％ 40％～ 70％ 25%～ 60% 還原劑噴射位置 多選擇于省煤器與 SCR反應器間煙道內 鍋爐負荷不同噴 射位置也不同，通常位于一次過熱器或二次過熱器后端 通常在爐膛內噴射，但需與鍋爐廠家配合 SO2/SO3氧化 會導致 SO2/SO3氧化 S02/S03氧化較 SCR 低 不導致 S02/S03氧化 NH3逃逸 3～ 5ppm 5～ lOppm 10～ 15ppm 對空氣預 熱器影響 NH3與 S03易形成NH4HSO4造成堵塞或腐蝕 SO2/SO３ 氧化率較 SCR 低，造成堵塞或腐蝕的機會較 SCR 低 不導致 SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蝕的機會為三者最低 系統(tǒng)壓力損失 催化劑會造成壓力損失 催化劑用量較 SCR 小，產 生的壓力損失相對較低 沒有壓力損失 燃料的影響 高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會使催化劑鈍化 影響與 SCR 相同 無影響 鍋爐的影響 受省煤器出口煙氣溫度的影響 受爐膛內煙氣流速及溫度分布的影響 與 SNCR/SCR 混合系統(tǒng)影響相同 綜合上述，根據技術先進，工藝成熟，經濟合理，有工業(yè)業(yè)績，脫硝效率高的原則，本煙氣脫硝工程可行性研究推薦采用 SCR 煙氣脫硝技術。 5 脫硝工程設想 SCR 脫硝系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)所組成， SCR 反應器及附屬系統(tǒng)、氨儲存處理系統(tǒng)和氨注入系統(tǒng)。 脫硝裝置總體布置 本煙氣脫硝工 程主要構筑物有脫硝裝置、液態(tài)氨的貯存和供應系統(tǒng)的構筑物。 根據煙氣脫硝工藝的要求， 1 號、 2 號機組脫硝裝置布置在每一臺鍋爐與除塵器之間場地，由于該處場地已設計布置煙道，采用鋼結構的支架形式將脫硝裝置支撐在鍋爐與除塵器之間煙道上。 3 號、 4 號機組脫硝裝置布置在每兩臺鍋爐與灰渣泵房之間場地，由于該處場地零平面布置有溝道，采用鋼結構的支架形式將脫硝裝置支撐在鍋爐與灰渣泵房之間場地。 液態(tài)氨的貯存和供應布置在 1735 平米的場地上，布置位置考慮位于 4 號鍋爐脫硫區(qū)域與煤場之間。 全廠脫硝裝置的控制系統(tǒng)布置在 還原劑采用輸 送管道方式。 道路 :在液態(tài)氨的貯存和供應的建筑構筑物形成消防環(huán)路，采劇混凝土路面與廠區(qū)道路相連接。 氨（還原劑 ）的儲存系統(tǒng)及設備 系統(tǒng)描述 還原劑（氨）用罐車運輸并在儲罐儲存。在高壓下，氨被液化以減小運輸和儲存的體積。 市場購買的還原劑（液態(tài)氨濃度 %） ,供應商用罐裝車運輸（以液體形態(tài)儲存在壓力容器內），送往河坡發(fā)電有限責任公司的氨貯存場地，通過氨卸載壓縮機卸載，進入氨貯罐貯存。使用時，儲存罐中的氨借助自壓輸送到蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器是氨注入系統(tǒng)的組件。 系統(tǒng)設置二臺卸載壓縮機，一臺運行，一臺備用，全廠設置兩臺氨貯罐，總容積滿足全廠 4 臺爐 10天的用氨量。 1~4 號鍋爐 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)物料平衡計算，計算結果如下表所示。 表計算結果 參數 數值 還原劑類型 無水氨 純度（ %） 脫硝效率（ %） 氨逃逸（ ppm） 5 催化劑壽命（小時） 24000 日耗 NH3（ t/d） 年耗 NH3（ t/a） 4117 高壓力下儲存的無水液氨意外泄露到大氣中是危險的，因此需要嚴格的安全和環(huán)保規(guī)定。當系統(tǒng)在很長時間不使用或進行定期檢查時 ，用氮氣清洗系統(tǒng)，將氨從氨容器和設備中清洗干凈 (氨儲罐除外 )。 系統(tǒng)設備及布置 共用系統(tǒng)：氨儲存及處理系統(tǒng)設備 本系統(tǒng)布置場地，氨儲罐布置在半露天雨棚中的零米地面；氨卸載壓縮機等轉動的機械設備以及電氣設備布置在氨儲罐旁邊的建筑物內。 氨（還原劑 ）注入系統(tǒng)及設備 系統(tǒng)描述 儲罐里的液態(tài)氨靠自壓輸送到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內（通過蒸汽加熱）將氨蒸發(fā)，在緩沖貯罐貯存，通過管道送至每一臺爐的 SCR 反應裝置旁。再用空氣稀釋高濃度無水氨，這樣氨 /空氣混合物安全且不易燃。通過裝在 SCR 入口煙道內的 氨注入格柵，將氨 /空氣混合物注入到 SCR 系統(tǒng)內。 全廠設置兩臺蒸發(fā)器和兩個緩沖貯罐（公用，只有容量備用，無數量備用） 每一臺鍋爐設置二臺稀釋風機，一臺運行，一臺備用。 每一臺鍋爐設置二臺氨 /空氣混合器。 系統(tǒng)設備及布置 表系統(tǒng)設備 系統(tǒng)名稱 設備名稱 數量 氨注入系統(tǒng) 氨加熱器 2 氨緩沖罐 2 稀釋空氣風機 8 氨 /空氣混合器 8 蒸發(fā)器、緩沖貯罐均布置在儲罐旁邊的建筑物內；每一臺鍋爐的稀釋空氣風機、氨 /空氣混合器均相應布置在每一臺鍋爐的零米附近。 脫硝工藝系統(tǒng)及設備 系統(tǒng)描述 系統(tǒng) SCR 反應器和附屬系統(tǒng)由擋板門、氨注入格柵、氨 /煙氣混合器、 SCR 反應器、催化劑、吹灰系統(tǒng)和煙道等組成。 通過注入格柵的多個噴嘴，將氨噴入煙氣中。注入格柵后的煙氣混合裝置促進煙氣和氨的混合，保證煙氣中氨濃度的均勻分布。 來自鍋爐省煤器出口的煙氣通過 SCR 反應器， SCR 反應器包含催化劑層，在催化劑作用下， NH3與NOX反應從而脫除 NOX，催化劑促進氨和 NOX的反應。在 SCR 反應器最上面有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運、安裝和更換。 SCR 反應器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和 SCR 反應副產物，以減少反應器壓力降。 煙氣系統(tǒng)中的進、出口擋板門、旁路安裝擋板門用來在鍋爐啟動和停止期間或緊急狀況下隔離 SCR 反應器。 SCR 工藝主要性能指標有：脫硝效率、氨量、反應器的壓力降等。 SCR 工藝主要設計參數有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。 燃煤鍋爐 SCR 煙氣脫硝裝置催化劑設計參數見下表。 表燃煤鍋爐 SCR 煙氣脫硝裝置催化劑設計參數 項目 蜂窩型催化劑 板型催化劑 河坡發(fā)電有限責任公司 蜂窩催化劑 高灰煤 低灰煤 單塊催化劑孔數 400 441 529 400 間距（ mm） 比表面積（㎡ / m3） 427 444 470 500 285 451 空隙率（ %） 64 69 71 67 82 74 壓力降（ kpa/m） 系統(tǒng)設備及布置 反應器的布置方式： 在熱段 /高灰布置中， SCR 反應器位于省煤器和空氣預熱器之間，因為該區(qū)域煙氣溫度在 300400℃ 的范圍內。河坡發(fā)電有 限責任公司鍋爐省煤器和空氣預熱器之間的煙氣溫度在該范圍內。世界上絕大多數燃煤火電廠的 SCR 裝置采用這種布置萬式。 這種布置方式的主要優(yōu)點是投資和運行費用低，因為該段的煙氣溫度與催化劑要求的運行范圍相符合。這種布置的其主要缺點是催化劑暴露于含有全部灰塵和硫分的煙氣中。采用這種布置方式主要是含硫量低于 2%的煙煤發(fā)電鍋爐。 現(xiàn)有設備的遷移 河坡發(fā)電有限責任公司的 SCR 裝置采用熱段 /高灰布置方式，適合于催化劑性能的煙氣溫度區(qū)域在高溫空氣預熱器和低溫省煤器之間。鍋爐現(xiàn)有的部分設備需要遷移。 可考慮現(xiàn)有設 備的三種移位方案： —高溫空氣預熱器移位； —低溫省煤器移位； —低溫省煤器和低溫空氣預熱器移位。 在采用 SCR 裝置時，延長煙道和安裝催化劑會使系統(tǒng)的壓力降增加， SCR 系統(tǒng)需要更換更大壓頭的引風機，否則鍋爐負荷將降低。延長鍋爐煙道會使空氣和煙氣側的熱損失的增加，從而使鍋爐效率降低，因此煙道需保溫。