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烟气净化SCR选择性催化还原脱硝技术北京国电龙源环保工程有限公司2013-12-10北京国电龙源环保工程有限公司介绍内容：•1.烟气脱硝基本介绍–1.1我国氮氧化物排放现状及危害–1.2烟气脱硝工艺–1.3SCR基本介绍–1.4SCR基本化学反应原理–1.5SCR基本布置方案•2.催化剂相关专题–2.1催化剂的基本介绍–2.2催化剂的中毒机理–2.3防止催化剂中毒的有效措施–2.4催化剂防止磨损的主要措施•3.还原剂的选用–3.1常用还原剂基本介绍–3.2液氨还原剂的特点–3.3尿素还原剂的特点–3.4氨水还原剂的特点•4.本公司脱硝工艺的技术特点–4.1脱硝工艺的技术特点–4.2主要技术专利•5.工艺系统介绍–5.1烟气系统–5.2声波吹灰系统–5.3蒸汽吹灰系统•6.脱硝装置对下游设备的影响北京国电龙源环保工程有限公司1.烟气脱硝基本介绍北京国电龙源环保工程有限公司1.1我国氮氧化物排放现状及危害•到2000年和2010年，我国的NOx排放量将分别达到1561万吨和2194万吨，其中近70%来自于煤炭的直接燃烧，以燃煤为主的电力生产是NOx排放的主要来源，用于发电的煤炭约占煤炭消费量的49.1%。•NOx的危害•NOx对人体的致毒作用；•NOx对植物的损害作用；•NOx在大气中积累，造成环境酸化，是形成酸雨、酸雾的重要原因；•NOx与碳氢化合物形成光化学烟雾，造成二次污染；•N2O造成高层大气污染，参与臭氧层的破坏。北京国电龙源环保工程有限公司1.2烟气脱硝工艺•目前国内外应用的最为成熟和广泛的烟气脱硝技术主要有两种：★一是选择性催化还原技术(简称SCR)；★二是选择性非催化还原技术(简称SNCR)。北京国电龙源环保工程有限公司1.2烟气脱硝工艺北京国电龙源环保工程有限公司1.3SCR基本介绍•SCR脱硝技术是基于在金属催化剂的作用下，喷入的氨气把烟气中NOx还原成N2和H2O；•SCR脱硝技术是一种操作控制简单、脱硝效率高的成熟技术，被广泛应用于烟气脱硝工程中。北京国电龙源环保工程有限公司1.4SCR基本化学反应原理NOXNH3N2H2O基本反应方程式：4NO+4NH3+O24N2+6H2O7N2+12H2O6NO2+8NH3在不添加催化剂的条件下，氨与氮氧化物的化学反应温度为980℃。如果加入催化剂，反应温度可以降低到320-400℃。催化剂一般选用TiO2为基体的V2O5和WO3混合物；具体配方根据烟气参数确定。北京国电龙源环保工程有限公司1.4.1SCR的副反应SCR主要副反应为SO2的氧化反应和NH3与SO3反应生成NH4HSO4。SO2的氧化反应随着温度的升高而加剧，同时催化剂对此反应具有催化作用。NH3与SO3的反应随着烟气温度的降低而加剧，NH4HSO4为粘性物质，会堵塞催化剂孔隙，降低其活性，同时还会对下游设备造成危害。北京国电龙源环保工程有限公司1.5SCR基本布置方案*高含尘布置方案*低含尘布置方案锅炉SCR反应器锅炉SCR反应器ESP再热装置烟囱FGD烟囱FGD空预器空预器ESP北京国电龙源环保工程有限公司1.5.1高含尘布置方案的技术特点•SCR反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间，烟气未经过ESP除尘。•烟道系统简单，压力损失较小(一般小于1000Pa)。•反应温度比较合适(320-400℃)，一般不需要额外的热源加热处理后的烟气，运行费用较低。•烟气含尘量较高，烟气中重金属，SO2等含量较高，对催化剂的活性存在不利影响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。•对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加大以避免堵灰，这样会降低催化剂的比面积，从而会增大催化剂的用量。北京国电龙源环保工程有限公司1.5.2高含尘布置示意图北京国电龙源环保工程有限公司2.催化剂相关专题北京国电龙源环保工程有限公司2.1催化剂基本介绍•目前世界上对于催化剂可以分为3类：蜂窝式催化剂，板式催化剂，波纹板式催化剂。●蜂窝状催化剂为块状，板式催化剂和波纹板式催化剂可以分解为单板状；●蜂窝催化剂为模压成型，板式催化剂和波纹板式催化剂滚压或浸泡干燥成型；●蜂窝状催化剂内外介质均匀无骨架材料；板式催化剂采用不锈钢网作为骨架材料；波纹板式催化剂采用玻璃纤维作为骨架材料。北京国电龙源环保工程有限公司序号名称基材适用灰尘浓度(g/Nm3)主要生产厂家图片1蜂窝式催化剂Honeycomb整体挤压成型≤50江苏龙源Cormetech触媒化成AgillonSK东锅凯特瑞2板式催化剂Plate不锈钢网80日立Agillon3波纹板式催化剂Corrugated,FirbreReinforced纤维15Topsoe日立造船北京国电龙源环保工程有限公司2.1催化剂基本介绍•各种催化剂的特点：●蜂窝式催化剂：比表面积大，相同参数情况下，催化剂体积小。●板式催化剂：比表面积小，相同参数情况下，催化剂体积较大，防堵灰能力较强。●波纹板式催化剂：比表面积居中，耐磨损能力相对较差，重量很轻，存在上下两个催化剂篮子之间的缝隙容易积灰的问题，市场占有率很低(不超过5%);多用于燃气机组。北京国电龙源环保工程有限公司2.1催化剂基本介绍•催化剂的主要成分为V2O5,WO3,TiO2。•V2O5的活性最强，但对SO2-SO3的转化也存在催化作用。•载体一般采用TiO2，因为它具有较高的催化选择性，可以阻碍SO2-SO3的转化。•催化剂模块的尺寸一般为1X2m。催化剂单元的尺寸一般为150X150X1300北京国电龙源环保工程有限公司2.2催化剂中毒机理•当催化剂运行一段时间后，其活性会出现衰减，引起活性衰减的原因主要表现为物理中毒和化学中毒。–物理中毒指催化剂孔的堵塞和机械磨损；–化学中毒指还原反应过程中产生的副反应导致催化剂失去活性，此外，烟气中的重金属、砷、碱金属也会导致催化剂中毒失活。北京国电龙源环保工程有限公司2.2催化剂中毒机理北京国电龙源环保工程有限公司2.3防止催化剂中毒的有效措施•防止催化剂物理中毒的有效措施：针对烟气特点(烟气含灰量等)选择节适合距的催化剂和吹灰方式；•防止催化剂化学中毒的有效措施：根据煤质资料中微量元素含量进行催化剂配方设计，运行时应当尽可能避免在低于最低连续运行温度下长时间的喷氨运行，以防止硫酸氢氨等副产物的大量形成。北京国电龙源环保工程有限公司2.4催化剂防止磨损的有效措施•当烟尘中SiO2和AL2O3的比率大于2时，灰尘的磨损性将非常强；•反应器设计时应当提高烟气流动方向性，适当降低烟气流速；•催化剂选择时应当选用硬度比较高的催化剂，建议采用蜂窝状催化剂；•如果磨损问题比较严重，建议选用设有前端硬化的催化剂；北京国电龙源环保工程有限公司3.还原剂的选用北京国电龙源环保工程有限公司3.1常用还原剂基本介绍•液氨(NH3)•氨纯度:99.6%99.6%NH3•无杂质Clear•沸点温度-28°FBoilsat-28°F•必须储存在压力容器中Mustbestoredunderpressure•必须保证严格的安全与防火措施StringentSafetyandFireProtection•必须有严格的编码操作StrictCodingRequirements•AqueousAmmonia氨水(NH4OH)•商业上运用的20-30%浓度的氨水Commerciallyavailablein20-30%NH3•需要去除水中杂质或系统计算时加以考虑Watercarrierneedstoberemovedoraccountedforinprocess•需要运输的氨水体积大与重量重Greatervolume&weighttoship•蒸发过程需要消耗大量电力Typicallyhighpowerconsumptionrequiredtoevaporate•Urea尿素(CO(NH2)2)•商业运用通常是颗粒状Commerciallyavailableasprills•储罐需要被加热Storagetankshavetobeheated•尿素需要被溶解在水中Ureahastobedissolvedandhydrolysed•蒸汽需要被分级与蒸发Steamrequiredforhydrosingandevaporating北京国电龙源环保工程有限公司3.2液氨还原剂的特点•系统简单、技术成熟•能耗相对低•设备投资低•装置区域为爆炸危险乙类，毒性和爆炸危险性危害属于中度危害•运输管理严格，运输成本高北京国电龙源环保工程有限公司3.3尿素还原剂的特点•系统相对复杂•能耗相对高•初期设备投资相对高•安全性很高，特别是位于人口密集区的电厂北京国电龙源环保工程有限公司3.4氨水还原剂的特点•系统简单•能耗相对高•安全性高•单位体积氨气所需原料最大，储存和运输成本最高北京国电龙源环保工程有限公司4.本公司脱硝工艺的技术特点北京国电龙源环保工程有限公司4.1脱硝工艺技术特点•工艺布置及设计选型合理。•烟气流动通过CFD数值模拟分析和模型实验双重手段进行设计，保证可以实现最佳流动状态，减少流动阻力，保证脱硝效果。•采用多项专利技术，在国际上处于领先地位。•催化剂层的设计符合国际标准，可以使用各个不同厂家生产的催化剂。北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•其工作原理利用了空气动力学中驻涡的理论。如右图所示，在烟道内部选择适当的直管段，布置几个圆形或其他形状的扰流板，并倾斜一定的角度，在背向烟气流动方向的适当位置安装氨气喷嘴，这样在烟气流动的作用下，就会在扰流板的背面形成涡流区，这个涡流区在空气动力学上称为“驻涡区”，驻涡的特点是涡流区的位置是恒定不变的，也就是说无论烟气流速的大小怎样变化，涡流区的位置基本不变。本工程采用的氨气喷射混合系统为“涡流式混合器”，此项技术是专利技术，在多个项目得到验证，实际使用效果优异。•稀释后的氨气通过管道喷射到驻涡区内，在涡流的强制作用下充分混合，实现混合均匀性，达到催化剂入口混合度均匀性的技术要求。北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•通过数值分析计算的涡流混合器效果流线分布图速度矢量分布图北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•涡流混合器•烟气适应性强；•混合效果好；•喷射孔数量少，不需要维护；•喷嘴数量少，口径大，可以作到无堵塞运行；•控制简便/调试时间短。目前涡流混合器的使用已经得到了大量工程的验证，实际使用效果非常好，首先气氨喷管口径大(DN250)，喷管耐磨且不会造成堵灰；其次，涡流混合器结构形式简单，扰流板倾斜布置，不会形成局部积灰，运行安全可靠。因此本次我公司推荐使用此项技术。北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•涡流混合器的应用实例•FBE在早期工程中也大量使用传统的格栅式氨混合器，长期运行发现，喷嘴堵塞现象时有发生，造成混合不均匀，而且调节系统非常复杂，经常发生故障。•为改进混合器，FBE建立了模型实验中心，针对特殊的烟道布置，都进行了比例实验，以模拟确定混合器的最佳设计方案，保证优异的混合效果。北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术涡流混和器与传统混和器的比较涡流混合器•反应器数量：2台•喷嘴数量：2X5~6个•喷嘴口径：DN100•烟道内部件免维护•无堵塞可能•对还原剂品质要求低•调试非常简单传统格栅式混合器•反应器数量：2台•喷嘴数量：2X80个•喷嘴口径：DN15-Dn20•喷嘴布置在烟道内，需要维护•可能发生堵塞现象•对还原剂品质要求高•调试过程较复杂北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•反应器入口等压力整流器我公司技术支持方通过大量的模型实验，经过多年不断的摸索改进，形成了独特的入口整流器技术方案，在多个项目中使用，效果优异，目前已形成成熟完整的设计选型计算方法，并已注册专利。FirstCatalystLayer第一层催化剂北京国电龙源环保工程有限公司4.2主要专利技术•等压力整流器的数值分析报告流线分布图整流器后速度分布图北京国电龙源环保工程有限公司5.工艺系统介绍北京国电龙源环保工程有限公司5工艺系统介绍5.1烟气脱硝反应区系统包括：（1）烟