【正文】 與無水氨和氨水相比，尿素是無毒、無害的化學(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。為防止工藝過程中水蒸氣的凝結(jié)和高防腐性的氨基甲酸銨的燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 20 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 [5]。因此，其工藝系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，設(shè)備和運(yùn)行 費(fèi)用都較高；此外，國內(nèi)尚無商業(yè)化尿素分解制氨技術(shù)，全套需要進(jìn)口。 綜上所述， 通過表 13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、初投資大等問題。 表 13 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。 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 無害 存儲條件 高壓 常壓 常壓，干態(tài) 儲存方式 儲罐，液態(tài) 儲罐，液態(tài) 料倉，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 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 21 圖 18 SCR系統(tǒng)流程圖 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 [9]。目前催化劑的各層托架以及反應(yīng)器殼體都連為一個整體，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 18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 [2]。 為了克服常規(guī)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)帶來的熱應(yīng)力大、催化劑安裝更換困難、清灰效果不好的問題，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；下層為下梁，固定不動，起輔助支撐和定位作用。每根梯形螺紋吊桿均通過兩個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；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 [4]。懸吊式煙氣脫硝反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖 19所示。 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 22 圖 19 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 [2]。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)換成無害的氮?dú)夂退魵?。一個高效的 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)不僅需要對催化劑進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且需要對供氨與噴氨系統(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) [8]。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)，對其進(jìn)行燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 23 稀釋混合，形成濃度均勻的氨與空氣的混合物，通過布置在煙道中的網(wǎng)格狀氨噴嘴均勻噴入 SCR反應(yīng)器前的煙氣管道 ，如圖 110所示 。 圖 110 噴氨格柵 原理 圖 目前 SCR系統(tǒng)普遍采用的是噴氨格柵的方法，即將煙道截面分成 20～ 50個大小不同的控制區(qū)域，每個區(qū)域有若干個噴射孔，每個分區(qū)的流量單獨(dú)可調(diào)，以匹配煙氣中 NOX的濃度分布。噴氨部位的選取同 NH3/NOx摩爾比一樣重要。加氨部位應(yīng)在NOX濃度及煙氣流速分布均勻的地方。加氨量是根據(jù) SCR入口 NOX濃度和允許的NOX排放濃度 ，通過反饋信號來修正噴氨量，實(shí)際運(yùn)行中通常將 NH3/NOx摩爾比控制在 ～ [2]。 吹灰器 燃煤機(jī)組的煙氣中飛灰含量較高，通常在 SCR反應(yīng)器中安裝吹灰器，以除去覆蓋在催化劑活性表面及堵塞氣流通道的顆粒物。還能保持空氣預(yù)熱器通道暢通，降低系統(tǒng)壓降。反應(yīng)器內(nèi)安裝的吹灰器一般為蒸汽吹灰器或聲波吹灰器。蒸汽吹灰器通常為可伸縮的耙形結(jié)構(gòu)，采用蒸汽或空氣吹掃，每層催化器上面都設(shè)置吹灰器，各層吹灰器吹掃時(shí)間錯開。每個吹灰器上安裝有密封風(fēng)機(jī)，向反應(yīng)器內(nèi)鼓入少量壓力稍高的空氣，可避免煙氣進(jìn)入吹灰器。 聲波吹灰器也逐漸得到應(yīng)用， 如圖 111所示， 聲波清灰器釋放聲波，產(chǎn)生振動，使堆積在催化轉(zhuǎn)換器表面的粉塵松脫，這樣氣流就可將粉塵帶走。一般最上面一層燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 24 吹灰器以 20176。角傾斜向下安裝，其他層的吹灰器水平布置，主要是考慮兩層之間的間距較小，聲波可以在此空間內(nèi)多次反射，形成良好的聲場，有效地利用聲能，除了可以吹掃下層的催化劑，還可以對上層催化劑的底部進(jìn)行吹掃 [4]。 圖 111 聲波吹灰器 SCR脫硝性能的幾個關(guān)鍵因素 催化劑 催化劑是 SCR系統(tǒng)中的主要部分，其成分組成、結(jié)構(gòu)、壽命及相 關(guān)參數(shù)直接影響 SCR系統(tǒng)的脫硝效率及運(yùn)行狀況。 在相同條件下，反應(yīng)器中催化劑體積越大， NO的脫除率越高，同時(shí)氨的逃逸量也越少，但 SCR工藝的費(fèi)用也會增加。催化劑的體積也取決于催化劑的使用壽命，因?yàn)榇呋瘎┑膲勖芎芏嗖焕蛩氐挠绊懀热缰卸竞凸腆w物的沉積等。催化劑的投資成本約占項(xiàng)目總投資的 50%。因此催化劑的性能在 SCR系統(tǒng)中是很關(guān)鍵的因素。 要求催化劑具有以下幾個條件 [5]： （ 1）在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內(nèi)，具有較高的活性； （ 2）具有較高的選擇性； （ 3）具有較高的抗化學(xué)性能； （ 5）在較大的溫度 波動下，有較好的熱穩(wěn)定性； （ 6）壓力損失低，使用壽命長。 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 25 反應(yīng)溫度 反應(yīng)溫度不僅決定反應(yīng)物的反應(yīng)速度，也決定了催化劑的反應(yīng)活性。煙氣溫度低于催化劑的反應(yīng)溫度時(shí)，氨分子與 SO3和 H2O 反應(yīng)生成 NH3HSO4 和 (NH4)SO4，減少了與 NOx 的反應(yīng)。而且生成物附著在催化劑的表面，容易引起積灰污染進(jìn)而堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性和脫硝效率。煙氣溫度高于催化劑反應(yīng)溫度時(shí)，催化劑通道與微孔將發(fā)生變形，導(dǎo)致有效通道和面積的減少，加速催化劑的老化。另外，溫度過高還會使 NH3直接轉(zhuǎn)化為 NOx。 一般的 SCR 系統(tǒng)溫度大多設(shè)定在 300℃ ~400℃ 之間。 適當(dāng)?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合 NH3輸入量必須既保證 SCR系統(tǒng)的脫硝效率，也要保證較低的氨逃逸率。只有氣流在反應(yīng)器中速度分布均勻以及流動方向調(diào)整得當(dāng)， NOX的轉(zhuǎn)化率、氨的逃逸率和催化劑的壽命才能得以保證。采用合理的噴氨格柵，并為氨和煙氣提供足夠長的混合煙道，是使氨和煙氣混合均勻的有效措施，這樣可以避免由于氨和煙氣的混合不均勻而引起的一系列問題。 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 26 第二章 SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) （ 1）《火電廠大氣污染物排放標(biāo) 準(zhǔn)》 GB132232021 （ 2）《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB162971998 （ 3）《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 ——選擇性催化還原法》 HJ5622021 原始 參數(shù) 處理氣量： Q = 2106 m3/h； 煙氣溫度： t= 400℃ ； 進(jìn)口濃度： NOXin = 500 mg/m3； 出口濃度： NOXout ≤ 90 mg/m3。 SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 每臺鍋爐設(shè)置 2 臺 SCR 反應(yīng)器 ， 則 單個反應(yīng)器煙氣流量 ： 63= 10 m /hfluegasq （ 21） NOX去除率 ： 100%50 0 90 100%50082%in o u tXinXXNOXNO NONO???????? （ 22） 理論 氨逃逸率： 5 2XNOslip ASR ?????? （ 23） 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 27 式中 ： ASR—NH3與 NOX的化學(xué)摩爾比，典型的 SCR 系統(tǒng)中 ASR 值大約取 [1]。 SCR 反應(yīng)器尺寸計(jì)算 1. 催化劑橫截面積 623600103600 5flue gascataly stqAvm????? （ 24） 式中 ： fluegasq ——鍋爐煙氣流量， m3/h； V——典型的流經(jīng)催化劑表面的速度， m/s，通常取 5m/s[1]； 3600——單位換算系數(shù) 。 2. SCR 反應(yīng)器橫截面積 考慮催化劑模塊幾何形狀及其它方面， SCR 反應(yīng)器橫截面積約比催化劑橫截面積大 15%。 則 SCR 反應(yīng)器橫截面積 2 SCR cata lystAAm???? （ 25） 式中 ： Acatalyst ——催化劑橫截面積， m2 設(shè)反應(yīng)器長 8lm? ，則反應(yīng)器寬 88SCRAwlm??? （ 26） 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 28 3. 催化劑體積 63l n[ 1 ( ) ]0. 8210 l n( 1 )1. 0540 50 275 .6 2XNOflue gasc ataly stc ataly st spe c ificqASRVKAm?????????? （ 27） 式中 ： fluegasq ——鍋爐煙氣流量， m3/h； XNO? ——脫硝率； ASR——NH3與 NOX的化學(xué)摩爾比，典型的 SCR 系統(tǒng)中 ASR 值大約取 ； catalystK ——催化劑活性常數(shù)，取廠商經(jīng)驗(yàn)值； specificA ——催化劑比表面積，由廠商提供 。 4． 催化劑層數(shù)估算 39。1 catalystlay erlay er catalystVnhA???? （ 28） 式中 ： catalystV ——催化劑體積， m3； 39。layerh ——典型的催化劑額定高度約為 1m； catalystA ——催化劑橫截面積， m2。 layern 取值為 2 5． 催化劑總層數(shù) 213total lay er emptyn n n????? （ 29） 燃煤電廠 SCR脫硝工藝的設(shè)計(jì) 29 式中