【正文】 40 表 34 不同型式催 化劑性能比較 項目 板式 蜂窩式 波紋板式 基材成型 不銹鋼金屬網(wǎng)板 整體擠壓成型 陶瓷纖維或玻璃纖維 比表面積 較差 較好 較好 流通面積 較好 尚可 較差 活性系數(shù) 較差 尚可 較好 抗堵塞性 較好 尚可 較差 抗粉塵沖刷性 尚可 尚可 較好 吹灰器頻率 較好 較好 較差 壓力損失 較好 尚可 較差 抗 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率 較好 尚可 尚可 抗熱沖擊性 較好 尚可 較差 單位體積模塊重量 較差 尚可 較好 整體脫硝效率 較好 較好 較好 替換性 較好 尚可 較差 4) 催化 劑管理模式的考慮 SCR裝置運行一段時間后，催化劑的活性會降低。 對于本項目來說，飛灰濃度較高，蜂窩式催化劑與板式催化劑都可適用于本項目。但使用該催化劑的反應(yīng)器體積普遍較小，支撐結(jié)構(gòu)的荷載低，導致與其它型式催化劑的互換性較差，且僅適合于飛 灰濃度較低的運行環(huán)境。 39 波紋型：波紋狀催化劑是目前市場占有份額最低的一種催化劑，它以玻璃纖 維或者陶瓷纖維作為骨架，非常堅硬。適用于燃煤鍋爐的催化劑節(jié)距約為 ～，比表面積大（ 410～ 539 m2/m3），單位體積的催化劑活性高，相同脫硝效率下所用催化劑的體積較小，適合于灰含量低且粘性小的環(huán)境。但因其比表面積小（ 280～ 350m2/m3），單位體積的催化劑活性低，要達到相同的脫硝效率，需要安裝較多體積的催化劑。外形結(jié)構(gòu)的不同，使其物理特性有著顯著差異（表 34）： 平板型：板式催化劑以金屬板網(wǎng)為骨架，以 TiMoV為主要活性材料，采取 雙側(cè)擠壓的方 式將活性材料與金屬板結(jié)合成型。 2) 煙氣流速的考慮 根據(jù)國外經(jīng)驗，對于高灰高溫型 SCR工藝，為降低催化劑的沖蝕磨損，催化劑的通流速度一般選擇較低，約為 ～ 。 1) 催化劑的設(shè)計溫度因素 為兼顧催化活性和控制 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，煙氣溫度是決定催化劑的設(shè)計和使用量的重要因素。 V2O5 的含量較高時，催化劑的活性增加，最佳使用溫度降低，但會促進 SO2向 SO3 的轉(zhuǎn)化，增加低溫條件下 NH4HSO4 的生成。本工程的 SCR入口煙氣溫度約為 360℃，符合氧化鈦基催化劑的工作溫度要求，因此宜采用氧化鈦基催化劑。 根據(jù)適用溫度范圍，催化劑可分為高溫、中溫和低溫三類： 高溫大于 400℃，中溫 300400℃，低溫小于 300℃。 催化劑的考慮 催化劑是 SCR工藝的核心部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響到脫硝效率。 37 圖 314 聲波吹灰器 本工程的飛灰含量較高，為獲得較高的運行性能，除設(shè)置灰斗、導流結(jié)構(gòu)（防止飛灰堆積）、略低的煙氣流速外（削弱磨損），建議安裝蒸汽吹灰器或蒸汽吹灰器與聲波式吹灰器聯(lián)合吹灰方式，并為備用層催化劑預留吹灰器的安裝位置。相比較而言，耙式蒸汽吹灰器的吹灰間隔較長，它主要用于飛灰含量或粘性相對較高的環(huán)境，解決已經(jīng)形成的飛灰堵塞。下層催化劑基本不受大顆粒飛灰與堆積飛灰坍塌的影響，且煙氣經(jīng)過整流后能順流進入催化劑，其應(yīng)考慮的主要問題是防止飛灰搭橋堵塞。飛灰的粘性堵塞，不是本工程的主要問題。 對于粘性較高的飛灰，可適當提高催化劑通道內(nèi)的煙氣速度，減少層流區(qū)域，最大限度的削弱飛灰的粘附。 如果入口煙道的導流板設(shè)計不盡合理，一旦發(fā)生類似雪崩的堆積飛灰坍塌事故，催化 劑表面的鋼絲篩網(wǎng)雖然能使飛灰團聚物破碎，但仍會造成部分通道的堵塞。對于這些硬度很大的大粒徑顆粒，如果安裝耙式蒸汽吹灰器，不僅無法將其清除，且易將其卡死在通道內(nèi)，增加后期的清潔難度。因為催化劑的物理堵塞，主要由如下四個原因造成：超大飛灰顆粒沉積在催化劑表面；入口煙道堆積的大面積飛灰坍塌（圖 312）；在煙氣層流條件下，粘性較高的細灰在催化劑通道的邊角粘附搭橋；堿土金屬與 SO3反應(yīng)生成大分子顆粒，堵塞催化劑表面的毛細微孔或者在催化劑表面形成釉質(zhì)覆蓋層。 在反應(yīng)器入口安裝導流板與均流布風裝置，使煙氣與飛灰垂直進入催化劑通道，可有效改善頂層催化劑的沖蝕磨損。老電廠進行煙氣脫硝改造時，由于受到空間的限制，反應(yīng)器的入口煙道結(jié)構(gòu)一般比較復雜。其伸入煙道的每根管子只為某個局部區(qū)域供氨，在下游靜態(tài)混合器的輔助下，可在較短的煙道內(nèi)獲得良好的氨與煙氣混合程度，且調(diào)試非常方便。但該系統(tǒng)需要較長的混合煙道，局部區(qū)域的 NH3 與煙氣混合較慢，且無法調(diào)整局部區(qū)域的NH3/NO摩爾比。 渦流發(fā)生器型噴氨系統(tǒng)，充分利用了湍流發(fā)生器（園盤型與三角翼型）技術(shù)，使煙氣在煙道內(nèi)大范圍混合，只需要有限幾個噴嘴就能使氨與煙氣混合均勻。 氨噴射的考慮 SCR 反應(yīng)器入口的 NH3/NO分布均勻程度，除受到噴氨裝置下游靜態(tài)混和器的影響外，主要取決于噴氨系統(tǒng)本身。 10℃與177。這兩個因素的共同作用，將導致反應(yīng)器出口的 NO濃度分布很不均勻， NO濃度很低的區(qū)域， NH3逃逸量很高。當反應(yīng)器入口煙溫的分布偏差過大時，會造成反應(yīng)器橫截面的局部催化劑活性差異較大，延緩局部區(qū)域的 NH3/NO反應(yīng)。 10%），且飛灰顆粒集中在截面中央。在反應(yīng)器入口轉(zhuǎn)彎煙道處，合理設(shè)計與安裝導流板與整流裝置，以使煙氣（飛灰）垂直均勻進入催化劑通道（速度偏差小于177。 SCR頂層催化劑上方的煙氣流場分布、飛灰顆粒分布、溫度分布及 NH3/NO分布，是影響 SCR系統(tǒng)運行性能的 4個關(guān)鍵性因素。因此，催化劑的設(shè)計運行溫度通常不低于 290℃。 在低負荷運行時，如果 SCR入口煙氣溫度低于 290℃，煙氣中高濃度的 NH3會與 SO3反應(yīng)生成粉末狀 (NH4)2SO4（圖 38）。因此，在冷態(tài)啟爐前，應(yīng)該采取措施將催化劑緩慢預熱，并最終干燥。 鍋爐冷態(tài)啟動時，催化 劑溫度很低，煙氣中的水分易在催化劑表面結(jié)露。對于活性成分含量較高的催化劑，在 300～ 350℃易發(fā)揮其最佳活性；對于活性成分含量適中的催化劑，其最佳使用溫度為 350～ 400℃；對于活性成分含量較低的催化劑，其最佳使用溫度為 375～ 420℃。在正常的 SCR運行溫度下，燒結(jié)的影響可以忽略。 當反應(yīng)器入口煙溫超過 450℃時，催化劑活性物質(zhì)易發(fā)生熱力燒結(jié)，導致金屬微晶增長和基材物質(zhì)收縮，減小催化劑活性顆粒的表面積，從而降低催化劑的活性。采取低氮燃燒技術(shù)與 SCR 結(jié)合比單獨采取 SCR 技術(shù) 脫硝而言，將節(jié)省大量設(shè)備建設(shè)和運行費用。 針對 2 爐現(xiàn)在 NOx 排放情況和燃煤情況，首先可通過低氮燃燒技術(shù)降低 NOx 排放值，達到較低 NOx 排放水平。 基于 XX電廠 2 鍋爐特點和燃料燃燒特性，采用以空氣垂直分級 — 水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)為基礎(chǔ)的立體分級低氮燃燒技術(shù)對其燃燒系統(tǒng)進行改造， 具體目標和改造方案如下： 1） 采用分級送入的高位分離燃盡風系統(tǒng)，燃盡風噴口能夠垂直和水平方向雙向擺動，有效控制汽溫及其偏差 ； 2) 采用先進的水平濃淡風煤粉燃燒技術(shù)，并采用噴口強化燃燒措施，有效30 降低 NOx 排放，強化劣質(zhì)煤的燃燒穩(wěn)定性，保證高效燃燒，并拓寬燃料適應(yīng) 性； 3) 高濃縮比、低阻力新一代煤粉濃縮技術(shù)，確保煤粉及時著火， NOx 大幅度減排，燃料適應(yīng)性變寬 ； 4) 采用延遲混合型一、二次風以及帶側(cè)二次風的周界風噴口設(shè)計，確保 NOx大幅度減排。 2）低氮燃燒技術(shù)應(yīng)作為燃煤電廠氮氧 化物控制的首選技術(shù)。配套改造空預器與引風機 。 總體脫硝效率 86%。 29 針對 XX電廠的脫硝改造方案 綜上所述， 基于國內(nèi)外成熟的 NOx 控制技術(shù)，針對本工程特點，通過可行性研究的認證 ，基于鍋爐目前的氮氧化物排放情況， XX電廠現(xiàn)役鍋爐的 NOx 減排可采取 下述 改造方案 ： 方案一： “ 低氮 燃燒器＋ SCR” 工藝 鑒于 SCR脫硝技術(shù)的運行費用約占總成本的 60~70%，在采用 SCR技術(shù)改造 的同時 ，可 進行加裝低氮燃燒器 改造，將 SCR的入口 NOx濃度由 mg/Nm3降低到約400mg/Nm3，減少液氨用量，降低運行成本。 4）具有良好的技術(shù)經(jīng)濟指標 隨 著目前脫硝核心技術(shù)的引進、自主知識產(chǎn)權(quán)化和關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)已大部分實現(xiàn)國產(chǎn)化，因此，脫硝工程的 單位造價會下降較多 。（小于 100mg/Nm3） 脫硝設(shè)施的檢修和維護工作量小。 脫硝裝置的脫硝率應(yīng)保持穩(wěn)定。 SCR 煙氣脫硝技術(shù)最高脫硝效率可以達到 90％以上，完全可以滿足現(xiàn)在以及可見未來更加嚴格的 NOx排放標準。 28 煙氣脫 硝 方法各有特點， 根據(jù)國家環(huán)保政策和電廠實際情況的不同，包括：煙氣 污染物排放要求、電廠地理位置、燃用煤種、脫硝場地布置、吸收劑來源等，脫硝工藝的選擇也各不相同。 但在進行具體的工藝選型與設(shè)計時，必須綜合考慮如下因素：燃料、煙氣參數(shù)、脫硝性能要求、煙氣流動、負荷特性、催化劑壽命、系統(tǒng)可靠性、以及飛灰的可售性等。 圖 35 高灰高溫型 SCR 目前國內(nèi)外采用最多的布置方式就是高灰高溫型。缺點是入口煙氣中的飛灰26 與化學物質(zhì)含量高，不僅易磨損頂層催化劑的迎灰表面與堵塞催化劑，而且會使催化劑因化學中毒而失去活性。 圖 34 低灰低溫型 SCR 高灰高溫型 SCR 將反應(yīng)器布置在省煤器與空預器之間（圖 36），煙氣溫度約為 300～ 400℃，能滿足多數(shù)催化劑所要求的工作溫度。但脫硫島出來的煙氣溫度只有 60℃左右，需要安裝額外的加熱系統(tǒng)，使煙氣溫度達到 SCR工藝運行所需要的溫度（圖 35）。采用該工藝主要有兩個原因：煙氣中可使催化劑活性快速惰化的成分含量過高（如氣態(tài)砷、 F、 Cl 等），或者由于現(xiàn)場空間過 于狹小使得布置高溫型 SCR反應(yīng)器極端困難和昂貴。通過高溫靜電除塵器預先將飛灰從煙氣中除去后， SCR 入口的煙氣比較清潔，對 SCR的運行十分有利。對于新建或現(xiàn)役改造機組，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況、 SCR 反應(yīng)器的布置方式、所使用催化劑的種類等選擇合適的工藝。在反應(yīng)溫度較高時，催化劑會產(chǎn)生燒結(jié)及（或）結(jié)晶現(xiàn)象；在反應(yīng)溫度較低時，催化劑的活性會因為硫酸銨在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。為了使脫硝反應(yīng)得以進行，需要持續(xù)不斷的氧氣供應(yīng)，而氧氣可以來自電廠的煙氣。 圖 32 SCR反應(yīng)原理圖 除了以上提到的化學反應(yīng)外，脫硝反應(yīng)中還存在著一些如下的有害反應(yīng)： 1） SO2被氧化成 SO3的反應(yīng)： 2SO2 + O2 → 2SO3 2） NH3的氧化反應(yīng)： 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O 因為催化劑中含有選擇性成分，因此催化劑對 NOx的還原反應(yīng)具有很高的催化活性。 主要的化學反應(yīng)方程式如下： 4NO + 4NH3 +O2 → 4N2 +6H2O （ 1） 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O （ 2） 煙氣中的 NOx主要由 NO 和 NO2組成 ， 其中 NO 約占 NOx總量的 95％， NO2約占NOx總量的 5％ 。噴氨量與 NOx入口濃度及 NOx的脫除效率有關(guān)。 23 SNCR 系統(tǒng)煙氣脫硝過程是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(yīng)。美國的 SNCR 技術(shù)在燃煤電廠的工業(yè)應(yīng)用是在 90年代初開始的，目前世界上燃煤電廠SNCR 工藝的總裝機容量在 5GW 以上。 SNCR 技術(shù)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(zhuǎn)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(chǎn)生溫室效應(yīng)，因此產(chǎn)生 N2O 問題已引起人們的重視。若噴入的 NH3不充分反應(yīng)，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 SO3會產(chǎn)生 (NH4)2SO4易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。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(nèi)截面。 從 SNCR 系統(tǒng)逃逸的氨可能來自兩種情況，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與 NOx的反應(yīng)；另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。當反應(yīng)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(yīng)溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使 NOx 還原率降低。在 850～ 1100℃范圍內(nèi)， NH3或尿素還原 NOx的主要22 反應(yīng)為： NH3為還原劑 4 NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O 尿素為還原劑 4NO＋ 2CO（ NH2） 2＋ O2→ 4N2＋ 2CO2＋ 4H2O 不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。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(yīng)生成 N2，該方法是以爐膛為反應(yīng)器。 選擇性非催化還原反應(yīng)（ SNCR） 應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上的成熟