【導(dǎo)讀】所以本設(shè)計(jì)采用選擇性催化劑還。原煙氣脫硝技術(shù)以及旋風(fēng)除塵器脫硝除塵。具體為采用氨作為反應(yīng)劑，與鍋爐排出的煙氣混合后通過(guò)催化劑。層，在催化劑層，在催化劑的作用下將NOx還原分解成無(wú)害的氮?dú)夂退?。前世界上先進(jìn)的電站煙氣脫硝技術(shù)，在全球煙氣脫硝領(lǐng)域市場(chǎng)占有率高達(dá)98%。除塵器壓力損失控制范圍一般在500-2020Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫?zé)煔獾摹艋菓?yīng)用廣泛的一種除塵器，多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級(jí)除塵以及預(yù)除塵。編制初步設(shè)計(jì)文件并提交。設(shè)計(jì)原始資料（經(jīng)計(jì)算）----------------------------------------------------------------------------------------3. 除塵器工藝方案的確定------------------------------------------------------------------------------------------------4. 2煙氣量、煙塵和氮氧化物濃度的計(jì)算-----------------------------------------------------------------------------------4. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論煙氣量---------------------------------------------------------------------------------------------5

　　

【正文】 煤器的下游、空氣預(yù)熱器和除塵裝置的上游、煙氣溫度約為350℃ 的位置。 SCR 高溫高塵布置工藝系統(tǒng)見(jiàn)圖 93 所示。 圖 93 高溫高塵布置 這種布置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)到 280℃ ～ 420℃ ，多數(shù)催化劑在這個(gè)溫度范圍內(nèi)有足夠的活性。缺點(diǎn)是催化劑在未經(jīng)除塵的煙氣中，壽命會(huì)受以下因素影響： （ 1）飛灰含 有 Na、 K、 Ca、 Si、 As 等，使催化劑中毒，受污染； （ 2）催化劑受飛灰磨損； （ 3）飛灰是催化劑通道堵塞； （ 4）煙氣溫度降低， NH3和 SO3反應(yīng)生成 (NH3)SO4，使反應(yīng)器通道和下游的空氣預(yù)熱器堵塞。 為了盡可能延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，除了應(yīng)選擇合適的催化劑外，還要使反應(yīng)器通道有足夠的空間以防堵塞，同時(shí)要有防腐和防磨的措施。 高溫低塵布置 當(dāng)靜電除塵器布置在空氣預(yù)熱器的上游時(shí)，通常使用低塵 SCR 系統(tǒng)。如圖 94 所示。低塵 SCR系統(tǒng)較高塵 SCR 系統(tǒng)具有更低的成本。 圖 94 高溫 低沉布置 高溫低塵布置的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）煙氣經(jīng)靜電除塵器后，粉塵濃度降低，可延長(zhǎng)催化劑的壽命； （ 2）獨(dú)立存在，不影響鍋爐的正常運(yùn)行； （ 3）氨泄漏量與高溫高塵布置方式的相比要少 。 缺點(diǎn)： （ 1）煙氣通過(guò)靜電除塵器后，溫度會(huì)下降； （ 2）煙氣含大量的 SO2，催化劑使部分 SO2轉(zhuǎn)化為 SO3，與泄漏的氨生成具很強(qiáng)腐蝕性的硫酸銨鹽； （ 3）國(guó)內(nèi)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)很少，可供參考的工程實(shí)例也少 。 低溫低塵布置 這種布置方式通常將 SCR 反應(yīng)器布置在所有的氣體排放控制設(shè)備之后，此時(shí)的煙氣經(jīng)前面的氣體控制設(shè)備，已經(jīng)除去了絕 大多數(shù)對(duì)催化劑有害的成分。 SCR 低溫低塵布置工藝系統(tǒng)如圖 95 所示。 低溫低塵布置的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）煙氣經(jīng)過(guò)了除塵脫硫，可采用更大的流速，使催化劑消耗量減少； （ 2）氨逃逸量與其它布置方式相比是最少的； （ 3）不會(huì)產(chǎn)生 SO3，防止二次污染。 缺點(diǎn)： （ 1）煙氣經(jīng)除塵脫硫后，溫度降低，低于氨還原 NOX反應(yīng)所需的溫度，需要重新加熱，增加投資和運(yùn)行成本； （ 2）很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑。 圖 95 低溫低塵布置 綜上所述，由于高溫高塵工藝布置是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。在 SCR 市場(chǎng)中，其占有絕對(duì)的優(yōu) 勢(shì)，國(guó)內(nèi)的脫硝系統(tǒng)幾乎 采 用這種布置方式。以下的設(shè)計(jì)中采用高溫高塵布置方式。 催化劑 選擇優(yōu)良的催化劑是 SCR 技術(shù)的關(guān)鍵。催化劑有貴金屬和普通金屬，貴金屬易與硫氧化物反應(yīng)，又昂貴，工程中不建議采用。常用的金屬基催化劑含有氧化礬（ V2O5）、氧化鈦 (TiO2)等，其中 V2O5的活性好、表面呈酸性，容易將堿性的 NH3 捕捉到催化劑表面，其特定的氧化優(yōu)勢(shì)有利于將氨和 NOX轉(zhuǎn)化為氨水和水，并且工作溫度較低 (350℃ ～ 450℃ )，能在富氧環(huán)境下工作，抗中毒能力較強(qiáng)，可負(fù)載于 Al2O SiO2 等氧化物中。電廠所用 的 V2O5 催化劑大都是負(fù)載在銳鈦礦晶型 TiO2 上的釩氧化物，輔以鎢與鉬為助催化劑，一般做成蜂窩形狀或敷于陶瓷介質(zhì)上。 以下對(duì)催化劑的種類進(jìn)行介紹：按溫度分類，可分為三類：高溫催化劑， 345℃ ~590℃ ；中溫催化劑， 260℃ ~380℃ ；低溫催化劑， 80℃ ~300℃ 。目前，國(guó)內(nèi)外 SCR 系統(tǒng)大多采用高溫催化劑，反應(yīng)溫度在 280℃ ~420℃ 之間。按原材料分類，有三種類型：貴金屬型、金屬氧化物型和離子交換的沸石分子篩型。 第一類催化劑主要 PtRh 和 Pd 貴金屬類催化劑，通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體。早期設(shè)計(jì)的 SCR 系統(tǒng)中多采用此類催化劑，其對(duì) SCR 反應(yīng)有較高的活性，且反應(yīng)溫度較低，缺點(diǎn)是是對(duì) NH3有一定的氧化作用。目前僅應(yīng)用于低溫條件下以及天然氣燃燒后 NOX的脫除。 第二類的金屬氧化物類催化劑，廣泛應(yīng)用的 SCR催化劑大多是以二氧化鈦為載體，以 V2O5或 V2O5WO V2O5MoO3為活性成分；其次是氧化鐵基催化劑，以 Fe2O3 為基礎(chǔ)，添加 CrOx、Al2O ZrO SiO2及微量的 MnOx、 CaO 等組成，這種催化劑活性較氧化鈦基催化劑要低 40%。通常催化劑載體主要作用是提供具有大的比表面積的微孔結(jié)構(gòu)，在 SCR 反應(yīng)中所具有的活性極小。 當(dāng)采用第二類催化劑時(shí)，通常以氨或尿素作為還原劑。反應(yīng)機(jī)理通常是氨吸附在催化劑的表面，而 NO 的吸附作用很小，在這一類催化劑中，以具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的 TiO2為載體，銳鈦礦作為主要活性成分的催化劑在工程中應(yīng)用最為廣泛，其技術(shù)發(fā)展也最為成熟，其活性唯獨(dú)區(qū)間為 300℃ ~400℃ 。在這類催化劑中通常還加入 WO3和 MoO3，其主要作用是增加催化劑的活性和熱穩(wěn)定性，防止銳鈦礦的燒結(jié)和比表面積喪失。另外 WO3和 MoO3的加入能和 SO3競(jìng)爭(zhēng)TiO2表面 的 堿性位，并代替它，從而限制其硫酸鹽化。在催化 劑的制備過(guò)程中還加入玻璃絲、玻璃粉、硅膠等以增加強(qiáng)度，減少開裂，并加聚乙烯、淀粉、石蠟等有機(jī)化合物作為成型黏結(jié)劑。 第三類是沸石分子篩型，主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑。所采用的沸石類型主要包括 Y沸石、 ZSM 系列、 MFI、 MOR 等，特別是 CuZSM5，國(guó)外學(xué)者對(duì)其研究較多。這一類催化劑的特點(diǎn)是具有活性的溫度區(qū)間較高，最高可達(dá)到 600℃ 。同時(shí)，這類催化劑也是目前國(guó)外學(xué)者研究的中點(diǎn)，但是工業(yè)應(yīng)用方面還不多。 目前用于 SCR 中的催化劑主要有 3 種類型：蜂窩式、板式及 其它形式。 蜂窩式催化劑采用二氧化鈦?zhàn)鞴羌懿牧?，?V2O5和 TiO2混合后擠壓成型，經(jīng)干燥、燒結(jié)后裁切裝配而成，市場(chǎng)份額約 60%～ 70%。主要供應(yīng)商：美國(guó)的 Cormetech，歐洲的 Argrillon、KWH，日本的 Sakai、 shokubai，韓國(guó)的 SK 等。蜂窩式催化劑具有模塊化、相對(duì)質(zhì)量比較輕長(zhǎng)度易于控制、比表面積大、回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)。蜂窩式催化劑如圖 96 所示 。 圖 96 蜂窩式催化劑 板式催化劑采用金屬板作為基材，浸漬催化劑后燒結(jié)成型，市場(chǎng)份額占 20%～ 30%；其它如波紋式催化劑采用玻璃纖維板或 陶瓷板作為基材，浸漬催化劑后燒結(jié)成型，市場(chǎng)份額占 5%左右。主要供應(yīng)商有德國(guó)的 Argillon 和日本的 BHK 等。具有對(duì)煙氣高的高塵環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但比表面積小，相對(duì)壓降大。 波紋狀催化劑的制作是采用玻璃纖維板或陶瓷板作為基材浸漬燒結(jié)成型。主要供應(yīng)商有丹麥的 Haldor Topsoe 和日本的 Hitachi Zosen， 板式、波紋式催化劑 如圖 97 所示。 圖 97 左為板式催化劑 右為波紋式催化劑 通過(guò)比較板式和蜂窩式催化劑的性能（見(jiàn)表 92），發(fā)現(xiàn)蜂窩式催化劑測(cè)定性能高于板式催化劑 。 表 92 板式與蜂窩式催化劑比較 項(xiàng)目 板式 蜂窩式 抗堵塞性能 ★★★★ ★★ 抗粉塵沖刷性能 ★★★★ ★★★ 壓力損失 ★★★★★ ★★★ ☆ 脫硝效率 ★★★★ ★★★★★ ☆ 比表面積 ★★★ ★★★★★ 吹灰器頻率 ★★★★ ★★ 抗熱沖擊 ★★★★★ ★★★ SO2轉(zhuǎn)化率 ★★★★ ★★★ 注： ★ 代表星級(jí) 還原劑原料 液氨 常溫下，無(wú)水氨（又稱液氨）是無(wú)色氣體，有刺激性惡臭，通常以加壓液化氣的方式儲(chǔ)存，液氨的合格品含量不低于 %，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)時(shí)會(huì)膨脹 850 倍。由 于氨是 B2 類（高毒性、燃燒性）物質(zhì)，氨氣在其與空氣混合物中的濃度為 15%~28%，遇到明火會(huì)燃燒和爆炸；泄漏時(shí)，會(huì)對(duì)人身安全造成相當(dāng)程度的危害。因此，在交通運(yùn)輸及 SCR 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，都需要采取相應(yīng)的安全措施。 氨水 用于燃煤電站 SCR 煙氣脫硝的還原劑 —氨水，采用的濃度為 20%~30%之間，相對(duì)比較安全，但由于運(yùn)輸?shù)捏w積較大，運(yùn)輸?shù)某杀鞠鄬?duì)較高。氨水呈弱堿性和強(qiáng)防腐性，對(duì)人體有害，在空氣中達(dá)到一定的濃度時(shí)，也有爆炸的危險(xiǎn)。 尿素 與無(wú)水氨和氨水相比，尿素是無(wú)毒、無(wú)害的化學(xué)品，為白 色或淺黃色的結(jié)晶體，吸濕性較強(qiáng)，易溶于水。 由于尿素需要水解或熱解才能得到氨蒸氣，在轉(zhuǎn)化為氨氣的同時(shí)伴隨著 H2O、 CO2等副產(chǎn)物的產(chǎn)生。為防止工藝過(guò)程中水蒸氣的凝結(jié)和高防腐性的氨基甲酸銨的形成，相關(guān)的設(shè)備和管道都需要采用不銹鋼材質(zhì)，同時(shí)還需設(shè)置伴熱措施。因此，其工藝系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用都較高；此外，國(guó)內(nèi)尚無(wú)商業(yè)化尿素分解制氨技術(shù)，全套需要進(jìn)口。 綜上所述，通過(guò)表 93 所列數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，在以上三種的還原劑原料中，液氨法的投資、運(yùn)輸和使用成本為三者最低，但此法在運(yùn)輸和使用過(guò)程中需要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的安全 規(guī)定，具有一定的危險(xiǎn)性和安全隱患；氨水的質(zhì)量百分比一般為 20%~30%，較液氨安全，但運(yùn)輸體積大，運(yùn)輸成本較液氨高；尿素是一種顆粒狀的農(nóng)業(yè)肥料，安全無(wú)害，但其具有治安系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備占地大、初投資大等問(wèn)題。 表 93 三種 SCR 還原劑的技術(shù)比較 SCR 反應(yīng)器 SCR 反應(yīng)器是還原劑和煙氣中的 NOX發(fā)生催化還原反應(yīng)的場(chǎng)所，通常由帶有加固肋的碳鋼制塔體、煙氣進(jìn)出口、催化劑放置層、 人 孔門 、 導(dǎo)流葉片及必要的連接件等組成。 反應(yīng)器是煙氣脫硝最核心的設(shè)備，催化劑以單元模塊形式疊放在若干層托架上，布置在反應(yīng)器之中。目前催化劑的各層托架以及反應(yīng)器殼體都連為 一個(gè)整體，層間距固定，采用下部支承方式，各層催化劑的質(zhì)量最后全部向下落在反應(yīng)器外的框架梁上。 如圖 98 所示，在 SCR 反應(yīng)器殼體的設(shè)計(jì)中，要考慮良好的 NOX/NH3混合和速度的均布 ,以保證脫硝效率。反應(yīng)器殼體通常采用標(biāo)準(zhǔn)的板箱式結(jié)構(gòu)，輔以各種加強(qiáng)筋和支撐構(gòu)件來(lái)滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應(yīng)力的要求，并且實(shí)現(xiàn)與外界的隔熱。 項(xiàng)目 液氨 氨水 尿素 反應(yīng)劑費(fèi)用 便宜 較貴 最貴 生成 1kg氨氣 需要的原料量 （ 99%氨） 4kg（ 25%氨） 運(yùn)輸費(fèi)用 便宜 貴 便宜 安全性 有毒 有害 無(wú)害 存儲(chǔ)條件 高壓 常壓 常壓，干態(tài) 儲(chǔ)存方式 儲(chǔ)罐，液態(tài) 儲(chǔ) 罐，液態(tài) 料倉(cāng)，微粒狀 初投資費(fèi)用 便宜 貴 貴 運(yùn)行費(fèi)用 便宜 貴 貴 需要熱量蒸發(fā)液氨 需要高熱量蒸發(fā)、蒸餾水和氨 需要高熱量水解尿素和蒸發(fā)氨 設(shè)備安全要求 有法律規(guī)定 需要 基本不需要 圖 98 SCR 系統(tǒng)流程圖 為了克服常規(guī)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)帶來(lái)的熱應(yīng)力大、催化劑安裝更換困難、清灰效果不好的問(wèn)題，開發(fā)了一種懸吊式的 SCR 反應(yīng)器。反應(yīng)器由相互獨(dú)立的反應(yīng)器殼體和固 定在立柱上的頂部橫梁兩部分所組成。反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)有若干層催化劑托架，并分別與若干對(duì)螺紋吊桿的下端相接，螺紋吊桿的上端穿出反應(yīng)器殼體懸吊在反應(yīng)器頂部的上梁上，各層催化劑托架的位置可以上下調(diào)節(jié)。頂部的橫梁分上下兩層：上層為上梁，豎向可自由移動(dòng)；下層為下梁，固定不動(dòng)，起輔助支撐和定位作用。每根梯形螺紋吊桿均通過(guò)兩個(gè)螺母吊在上梁和下梁上，固定在上梁上的螺母為主螺母，通過(guò)推力軸承支撐在上梁上，擰轉(zhuǎn)主螺母可以使吊桿上下移動(dòng)；固定在下梁上的螺母為輔助螺母，該輔助螺母起輔助承重和定位的作用；梯形螺紋吊桿底端與催化劑托架采 用絞接方式。懸吊式煙氣脫硝反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖 99 所示。 圖 99 懸吊式煙氣脫硝反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 1反應(yīng)器殼體； 2螺紋吊桿； 3主螺母； 4推力軸承； 5輔助螺母； 6立柱； 7上梁； 8下梁； 9催化劑托架 SCR 反應(yīng)器通常布置在鍋爐省煤器出口與空氣預(yù)熱器入口之間，離開鍋爐省煤器的熱煙氣在進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器前，在遠(yuǎn)離 SCR 反應(yīng)器的上游煙道中噴入氨，使氨與煙氣充分均勻混合后進(jìn)入反應(yīng)器。氨在反應(yīng)器中催化劑的作用下，在有氧氣的條件下選擇性地與煙氣中的 NOX發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將 NOX轉(zhuǎn)換成無(wú)害的氮?dú)?和水蒸氣。一個(gè)高效的 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)不僅需要對(duì)催化劑進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且需要對(duì)供氨與噴氨系統(tǒng)、煙氣管道及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使 SCR 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài)，脫硝效率達(dá)到 90%以上，并使氨逃逸量控制在 (2～ 3)10 6 以內(nèi)。為了使 SCR 脫硝效率達(dá)到最高，同時(shí)使氨逃逸量控制在最低水平，其技術(shù)關(guān)鍵是如何精確控制與調(diào)節(jié) SCR 反應(yīng)塔入口煙氣中 NH3/NOx 摩爾比的分布、煙氣速度分布以及煙氣溫度分布這 3 個(gè)重要參數(shù)，使其實(shí)現(xiàn)均勻分布。 當(dāng) SCR 反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間時(shí)，為使 SCR 催化劑在最佳工 作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，通常設(shè)置省煤器煙氣旁路來(lái)調(diào)節(jié) SCR 入口煙氣溫度。 噴氨格柵 采用液氨作為還原劑時(shí)，在噴入煙氣管道前需采用熱水或蒸汽對(duì)液氨進(jìn)行蒸發(fā)。氨被蒸發(fā)為氨氣后，通常從送風(fēng)機(jī)出口抽取一小部分冷空氣作為稀釋風(fēng)，對(duì)其進(jìn)行稀釋混合，形成濃度均勻的氨與空氣的混合物，通過(guò)布置在煙道中的網(wǎng)格狀氨噴嘴均勻噴入 SCR 反應(yīng)器前的煙氣管道，如圖 910 所示。 圖 910 噴氨格柵 原理 圖 目前