【正文】 硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 3分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低 NOx 燃燒器。一般來說，采用低過量空氣燃燒可以可以降低 NOx排放 15%―20%，但是采用這種方法有一定的限制條件，如爐內(nèi)氧的濃度過低，低于 3%以下時會造成 CO 濃度的急劇增加，從而大大增加化學未完全燃燒熱損失。此外，低氧濃度會使得爐膛內(nèi)某些地區(qū)成為還原性氣氛，從而會降低灰熔點引起爐壁結渣與腐蝕。（2） 空氣分級燃燒空氣分級燃燒法是美國在 50 年代首先發(fā)展起來的，它是目前使用最為普遍的低NOx燃燒技術之一。但是，空氣分級燃燒技術對鍋爐的燃燒帶來一些不利的影響因素，比如，飛灰可燃物含量有可能增加，使燃燒效率降低；燃燒器區(qū)域的富燃料所造成的還原氣氛環(huán)境有加劇水冷壁結渣和金屬高溫腐蝕的可能性；由于火焰變長可能使爐膛出口煙溫升高，會對過熱汽溫和再熱汽溫特性帶來影響。（3） 燃料分級燃燒燃料分級（或再燃燒）是一種燃燒改進技術，它用燃料作為還原劑來還原燃燒產(chǎn)物中的 NOx。其余?15%―20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在 1 的條件下形成很強的還原性氣氛，使得在主燃區(qū)中生成的 NOx在二級燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子（N 2） 。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的 NOx得到還原，同時還抑制了新的 NOx的生成，可使 NOx的排放濃度進一步降低。在再燃區(qū)的上面還需布置“火上風”噴口以形成第三級燃燒區(qū)（燃盡區(qū)） ，以保證在再燃區(qū)中生成的未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)的高低對 NOx的排放量有非常大的影響。但同時還需考慮燃料的燃盡，因此，再燃區(qū)域的過量空氣系數(shù)應處于較低的范圍，通常為 ―。其過程為通過煙氣循環(huán)風把鍋爐煙氣循環(huán)到燃燒氣流中，由于溫度低的煙氣可以降低火焰總體溫度，并且煙氣中的惰性氣體能夠沖淡氧的濃度，從而導致“熱力” NOx生成的減少。經(jīng)驗表明，當煙氣再循環(huán)率為 15%―20%時，煤粉爐的 NOx排放濃度可降低 25%左右。但是，在采用煙氣再循環(huán)法時，煙氣再循環(huán)率的增加是有限度的。因此，電站鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在 10%―20%左右。同時，對原有設備進行改裝時還會受到場地條件的限制。對我國脫硝而言，煙氣脫硝技術勢在必行。使得NOx 的排放不能達到令人滿意的程度,國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 5為了進一步降低NOx 的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。其中干法包括選擇性非催化還原法(SNCR) 、選擇性催化還原法(SCR) 、電子束聯(lián)合脫硫脫硝法；半干法有活性炭聯(lián)合脫硫脫硝法；濕法有臭氧氧化吸收法等。其原因是：NOx與SO2相比，缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NOx 經(jīng)還原后成為無毒的N 2和H 2O，脫硝的副產(chǎn)品便于處理；NH 3對煙氣中的NOx可選擇性吸收，是良好的還原劑。 干法脫硝技術1）選擇性非催化還原法（SNCR 技術）SNCR 技術是把含有 NHX基的還原劑（如氨、尿素） ，噴入爐膛溫度為 800～1100℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解成 NH3并與煙氣中 NOX進行 SNCR 反應生成 N2，從而降低NOx 的排放量。在爐膛 900～1000℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)，在無催化劑作用下，NH 3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，主要反應如下：NH3為還原劑：4NH 3+4NO+O2 → 4N 2+6H2O尿素為還原劑： （NH 2） 2CO→2NH 2+CO NH2+NO→N 2+H2O 2CO+2NO→N 2+2CO2該工藝不需催化劑，但脫硝效率低，高溫噴射對鍋爐受熱面安全有一定影響。在同等脫硝率的情況下，該工藝的 NH3耗量要高于 SCR 工藝，從而使 NH3的逃逸量增加。下圖所示為以尿素為還原劑的 SNCR 工藝流程，該流程由 4 部分組成:(1)反應劑的接收和儲存；(2)反應劑的計量稀釋和混勻；(3)稀釋的反應劑噴入鍋爐合適的部分；國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 6(4)反應劑與煙氣的混合。與氨系統(tǒng)相比，尿素系統(tǒng)有以下優(yōu)點:尿素是一種無毒、低揮發(fā)的固體，在運輸和儲存方面比氨更加安全；此外，尿素溶液噴入爐膛后在煙氣中擴散較遠，可改善鍋爐中吸收劑和煙氣的混合效果。3）電子束法電子束法是用高能電子束(～1MeV)輻射含NOx和SO 2的煙氣，產(chǎn)生的自由基氧化生成硫酸和硝酸，再與NH 3發(fā)生中和反應生成氨的硫酸及硝酸鹽類，從而達到凈化煙氣的目的。但電子束法煙氣凈化工藝也存在一些問題。但增加氨會導致氨的逃逸，造成二次污染，這在一定程度上限制了脫硫率的提高。顆粒小，濕度大，且易結塊，干式電除塵器對其收集效率不高。另外，電子束法由于受到反應條件的限制，主反應路徑的選擇為輻射化學反應，因此需要較大的輻照劑量，需要大功率加速器而增加了能耗，也提國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 7高了工程造價。 濕法脫硝技術由于煙氣中的 NOx90%以上是 NO，而 NO 難溶于水，因此對 NOx 的濕法處理不能用簡單的洗滌法。O3氧化吸收法用 O3將 NO 氧化成 NO2，然后用水吸收。ClO2氧化還原法 ClO2將 NO 氧化成 NO2,然后用 Na2SO3水溶液將 NO2還原成 N2。ClO 2法的脫硝率可達 95%,且可同時脫硫，但 ClO3和 NaOH 的價格較高，運行成本增加。表 1 所示為煙氣脫硝技術比較。脫除率高，被認為是最好的煙氣脫硝技術。選擇性非催化還原法（SNCR 技術）用氨或尿素類物質使 NOx 還原為N2和 H2O。溫度控制較難，氨氣泄漏可能造成二次污染。但受到吸附容量的限制，不能用于大排放源。用檢驗。脫除率較高，但要消耗大量的氧化劑和吸收劑，吸收產(chǎn)物造成二次污染。 原理及流程SCR 技術是還原劑(NH 尿素)在催化劑作用下，選擇性地與 NOx 反應生成 N2和H2O，而不是被 O2所氧化，故稱為“選擇性” 。SCR 工藝的核心裝置是脫硝反應器，有水平和垂直氣流兩種布置方式，如圖 1 所示。(a) 垂直氣流 (b) 水平氣流 圖 反應器布置方式按照催化劑反應器在煙氣除塵器之前或之后安裝，可分為“高飛灰”或“低飛灰”脫硝，如圖 2 所示。優(yōu)點是煙氣溫度高，滿足了催化劑反應要求。對于低塵布置，SCR 布置在煙氣脫硫系統(tǒng)和煙囪之間。國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 10 (a) 高塵布置 (b) 低塵布置圖 SCR 布置方式 主要影響因素在 SCR 系統(tǒng)設計中，最重要的運行參數(shù)是煙氣溫度、煙氣流速、氧氣濃度、SO 3濃度、水蒸汽濃度、鈍化影響和氨逃逸等。煙氣流速直接影響 NH3與 NOx 的混合程度，需要設計合理的流速以保證 NH3與 NOx 充分混合使反應充分進行，流速的選擇應避免煙灰在催化劑上的積累，并且要避免對催化劑的磨損，對于燃煤機組高塵布置的情況，煙氣通過催化劑的流速應低于6m/s。氨逃逸是影響 SCR 系統(tǒng)運行的另一個重要參數(shù)，實際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被噴射進入系統(tǒng)，反應后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸，NOx 脫除效率隨著氨逃逸量的增加而增加，在某一個氨逃逸量后達到一個漸進值；一般要求氨逃逸不大于3PPm。催化劑鈍化失效也不利于 SCR 系統(tǒng)的正常運行，必須加以有效控制。 當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。催化劑的比表面積是單位體積的催化劑的幾何表面積。由于脫硝反應是氣相反應，需要大量的反應面積。但蜂窩催化劑的單位價格較高，盡管體積數(shù)較小，總投資仍然較高。節(jié)距的大小取決于煙氣中的含塵量。由于制造工藝的原因，蜂窩式催化劑可以在不改變催化劑外部尺寸的情況下，較容易地改變節(jié)距，適應不同的應用場合。板式催化劑是以不銹鋼金屬網(wǎng)作為中心支撐體，再在外面覆蓋上催化劑活性成分。所以板式催化劑的強度比蜂窩式催化劑高。對于蜂窩催化劑，在催化劑入口后區(qū)段內(nèi)，煙氣形成層流，磨損較小，可以忽略。所以，可以在催化劑入口部分加以硬化處理以提供更進一步的保護，抗磨能力可大大提高。對于本工程而言，入爐煤的品質變化范圍較大，SCR 入口煙塵濃度按最惡劣工況設計，可能達到 53g/Nm3左右。表 3 為各種催化劑性能比較。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應溫度后與水反應生成氨氣；氨水法，是將 25％的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸汽；純氨法是將液氨在蒸發(fā)槽中加熱成氨氣，然后與稀釋風機的空氣混合成氨氣體積含量為 5％的混合氣體后送入煙氣系統(tǒng)。表 不同還原劑比較項目 液氨 氨水 尿素反應劑費用 便宜 較貴 最貴運輸費用 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 液態(tài) 液態(tài) 微粒狀初投資費用 便宜 貴 貴運行費用 便宜 貴需要高熱量水和氨貴需要高熱量水解尿素和氨設備安全要求 有法律規(guī)定 需要 基本上不需要 本工程 SCR 脫硝及改造設計條件 SCR 入口煙氣參數(shù)項 目 單位 數(shù) 據(jù)(濕基)省煤器出口煙氣成分(過量空氣系數(shù)為 )N2 Vol% O2 Vol% SO2 Vol% 國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 13項 目 單位 數(shù) 據(jù)(濕基)CO2 Vol% H2O Vol% 鍋爐不同負荷時的省煤器出口煙氣量和溫度項 目 BMCR THA 75%THA 40%THA省煤器出口濕煙氣量(設計煤種)Nm 3/h 1811630省煤器出口煙氣溫度(設計煤種)℃ 366 鍋爐改造后引風機煙氣參數(shù)：100%BMCR 工況 75%BMCR 50%序號 工況參數(shù) TB 工況 設計煤種 校核煤種 設計煤種 設計煤種1 風機入口體積流量(m 3/s) 275 1822 風機入口靜壓(Pa) 3010 21203 風機入口煙氣溫度(℃) 4風機入口介質密度（kg/m 3） 5 入口煙氣含塵量(mg/Nm 3) ≤200 ≤2006煙氣濕度（％）(體積比) 7 風機靜壓升(Pa) 5308 4423 3960 3200 2400 鍋爐空預器煙氣參數(shù)：空氣預熱器進口一次風： 3kg/h；空氣預熱器進口二次風：；空氣預熱器出口一次風： 3kg/h；空氣預熱器進口二次風：；一次風旁通風： 3kg/h；空氣預熱器的漏風：一次風漏到煙氣： 3kg/h；一次風漏到二次風： 3kg/h；二次風漏到煙氣： 3kg/h；總的空氣側漏到煙氣側： X10 3kg/h?？疹A器進口溫度 367℃；空預器出口溫度（未修正）℃；空預器出口溫度（修正）℃；空氣預熱器進口一次風溫度：26℃；空氣預熱器進口二次風溫度：23℃；空氣預熱器出口一次風溫度：℃；空氣預熱器出口二次風溫度：℃；空氣預熱器一次風壓降：；空氣預熱器二次風壓降：；空氣預熱器壓降：；空氣預熱器潤滑劑冷卻方式：油浴、水冷； 鍋爐 BMCR 工況脫硝系統(tǒng)入口煙氣中污染物成分(鍋爐 BMCR 工況，標準狀態(tài)，濕基，實際含氧量)見下表：項目 單位 數(shù)據(jù)煙塵濃度 g/Nm3 53NOx(以 NO2 計) mg/Nm3 450(濕基，折算到 6%含氧量) 純氨分析資料指標名稱 單位 合格品 備 注氨含量 % 殘留物含量 % 重量法密度 kg/L 25℃時 水源參數(shù)電源、壓縮空氣及蒸汽系統(tǒng)煙氣脫硝工程涉及的電源、壓縮空氣要求如下：? 各機組脫硝設備的用電引自各機組的廠用電系統(tǒng)，氨區(qū)的用電就近引自電廠電氣公用系統(tǒng)。? 其它主要公用工程參數(shù)見下表：國投宣城發(fā)電有限責任公司一期 1600MW 機組脫硝技改工程SCR 脫硝系統(tǒng)培訓教材 15介質名稱 壓力(MPa) 溫度（℃） 流量（t/h） 備注蒸汽（氨區(qū)） 350 t/h 連續(xù)蒸汽（空預器） 350 10 t/h 連續(xù)工業(yè)水 常溫 100 t/h 間斷消防水 常溫 150 t/h 間斷生活水 ～ 常溫 1 t/h 間斷儀用空氣 常溫 20（Nm 3/h） 反應區(qū)和氨區(qū)各半雜用壓縮空氣 常溫 90（Nm 3/h） 聲波吹灰器雜用壓縮空氣 15(m3/min) 省煤器輸灰用 主要性能指標序號 項 目 名 稱 單 位 數(shù) 據(jù)1 主要性能指標（50%脫硝效率）總壓損(含塵運行) Pa 1000全部煙道 Pa 400NOx脫除率、性能驗收期間 % 75－裝置可用率 ％ 982 消耗品－純氨(規(guī)定品質 75%脫硝效率) t/h －工業(yè)水 m3/h 100－消防水 m3/h