脱硝技术培训

1火电厂脱硝技术培训（大唐科技产业集团有限公司）2015.09陈海杰2目录一、火力发电厂烟气脱硝技术概述二、脱硝技术介绍2.1烟气脱硝技术的分类2.2脱硝技术一般比较三、SCR法技术特点3.1SCR脱硝原理3.2选择性催化还原法SCR工艺流程(液氨)3.3选择性催化还原法SCR工艺流程(尿素)3.4SCR工艺系统－烟道部分3.5SCR工艺系统－反应器和催化剂3.6SCR工艺系统－吹灰器3.7SCR脱硝技术主要影响因素3.8催化剂的选择3.9还原剂的选择3.10选择性催化还原法（SCR）常规布置方式四、SNCR法技术特点五、还原法脱硝技术比较六、机组加装SCR烟气脱硝系统对机组影响3一、火力发电厂烟气脱硝技术概述氮氧化物的危害性表现在：对人体健康的直接危害参与形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因，使大气能见度降低使酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变NOx排放的增长加剧了区域酸雨的恶化趋势，同时其跨国界的“长距离输送”，增加了我国NOx排放的国际压力1、NOx的危害42、NOx在电站锅炉的生成过程氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，NOx包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。按燃烧过程中NOx的生成机理，NOx可分成：－热力型NOx－燃料型NOx－快速型(瞬时反应型)NOxNO约占90－95％NO2、NxOy约占5-10％5燃料燃烧时，空气中的氮在高温下发生氧化反应。随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加。当1000℃时,NO的生成量很少,而当1400℃时,每增加100℃,反应速率增大6~7倍。热力型NOx6燃料型NOx由燃料中含氮有机物在燃烧中氧化而成。在600～800℃时就会生成燃料型NOx，在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团，然后再氧化成NOx，它在煤粉燃烧NOx产物中占60～80％。7快速型(瞬时反应型)NOx快速型NOx是1971年通过实验发现的。在碳氢化合物燃料浓度大的反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60ms，所生成的量与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。这种反应主要发生在内燃机的燃烧过程中；对燃煤锅炉，其生成量很小。8燃烧过程中三种生成机理对NOx量的贡献示意图9二、脱硝技术介绍控制NOx排放的技术指标可分为：•降低燃烧过程中NOx生成量•将已经生成的NOx从烟气中脱除火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物（以二氧化氮计）排放浓度单位：mg/Nm3102.1、脱硝技术的分类燃烧过程中的NOx脱除低氮燃烧技术、循环流化床洁净燃烧技术（CFBC）烟气脱硝技术选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）SNCR-SCR联合技术11在燃烧过程中脱除控制燃烧条件,从而控制NOx的生成－控制燃烧温度，控制燃料和空气的混合速度与时机。采用该原理的主要技术包括低氮燃烧器、OFA分级送风等。在燃烧后脱除4NO+4NH3+O2--4N2+6H2O6NO2+8NH3+O2--7N2+12H2O采用以上原理产生并应用较多的有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)、SNCR-SCR联合技术等。条件1:温度900～1100℃;条件2:使用催化剂，温度300～400℃.122.2.脱硝技术一般比较所采用的技术脱硝效率%工程造价运行费用低氮燃烧技术25-40较低低SNCR技术25-40低中等LNB+SNCR技术40-70中等中等SCR技术80-90高中等SNCR/SCR混合技术40-80中等中等13三、SCR法技术特点在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术。SCR技术：还原剂（NH3）在催化剂的作用下，将烟气中NOx还原为氮气和水。“选择性”指氨有选择地将NOx进行还原的反应。1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程，其后SCR技术在日本、欧洲和美国得到了广泛应用。143.1SCR脱硝原理4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2＋O2→6N2+6H2O还原剂（NH3）在催化剂作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，SCR系统包括催化剂、反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统(a)垂直气流b)水平气流SO2+1/2O2NH3+SO3+H2OSO3NH4HSO4基本反应方程式副作用方程式2.2.1系统主要组成:SCR反应器及催化剂烟道系统氨储存供应系统氨喷射及混合系统(AIG)控制系统电气部分演示3.2选择性催化还原法SCR工艺流程(液氨)3.2.2工艺流程图16•－卸料压缩机•－储氨罐•－氨蒸发槽•－氨气缓冲罐•－氨稀释槽•－废水池•－管道及阀门等附件3.2.3氨制备系统主要设备组成工艺流程(尿素)1.3.1系统主要组成:SCR反应器及催化剂烟道系统尿素制氨系统氨喷射系统(AIG)控制系统电气部分3.3.2尿素制氨系统流程图193.3.3氨至反应器系统流程图20尿素制氨系统的主要设备－·尿素给料设备－·尿素溶解罐－·混合泵－·尿素溶液储罐－·高流量循环泵－·计量给料模块－·尿素热解炉－·管道及阀门等附件工艺系统－烟道部分烟道的组成•反应器入口烟道；•反应器出口烟道；•省煤器旁路烟道；•反应器旁路烟道。烟道布置和作用•烟道布置要简洁、流场通顺；•有利于氨与烟气的自然混合；•烟气阻力降小；•烟道内布置混合器、导流板等。工艺系统－反应器和催化剂-承载催化剂-预留加装备用层催化剂的空间-保证烟气均匀分布-密封装置-吹灰器烟气进口氨的喷入烟气出口催化剂层24催化剂表面的积灰3.6SCR工艺系统－吹灰器25蒸汽吹灰器－耙式吹灰器26声波吹灰器27项目声波吹灰器蒸汽吹灰器吹灰器本体进口产品价格高中等管道和附件需要安装直径为50mm的压缩空气管。声波吹灰器很轻便，可以通过安装法兰很轻易地安装在SCR上，并仅仅伸出设备0.7m。需要直径较大的带保温层的高压蒸汽管道，SCR反应器外有很多管道备件需要安装，它伸出反应器外较长。运行成本10分钟吹10秒钟的频率。每次0.368立方米/声波吹灰器每天吹1次的频率维护成本声波吹灰器结构简单，维护方便。钛合金膜片是唯一一个活动部件，通常寿命为5年。每使用1－2年，蒸汽吹灰器的一些部件需要更换。环境影响噪音较大，在反应器外部的吹灰器发声部分必须做隔音处理，经过处理后的噪音水平可以降低到75dB以下。工作噪音较小蒸汽吹灰器和声波吹灰器比较283.7SCR脱硝技术主要影响因素主要影响因素：烟气温度、烟气流速、氧气浓度、SO3浓度、水蒸汽浓度、钝化影响和氨逃逸等•烟气温度控制在300～420℃；•氧浓度一般控制在2%～3％；•SO2氧化率1%•NH3逃逸3ppm293.8催化剂的选择•催化剂是量身定作的,根据烟气参数,选择合适的配方及尺寸。30波纹板式板式蜂窝式1、脱硝催化剂的种类与应用31催化剂的组成:大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5–MoO3为活性成分催化剂特性：具有将NOx、NH3转换成N2、H2O的能力SO2/SO3转化率低最佳反应温度为315～370℃催化剂组成成分33催化剂模块制造厂催化剂型式产品规格mm日立板式948x1881xHArgillon板式954x1882xHCometech蜂窝式960x1910xH东方凯特瑞蜂窝式970x1930xH便于安装缩短催化剂从反应器内搬出的时间34催化剂性能比较性能参数板式蜂窝式波纹板式基材不锈钢金属板整体挤压玻璃纤维板氧化率中高中压力损失低高中抗腐蚀性好一般一般抗堵塞性好中中35SCR系统设计条件（烟气流量、温度、成分；效率；SO2氧化率；NH3逃逸）脱硝布置方式中毒分析寿命要求活性丧失配方催化剂参数催化剂活性催化剂比表面积催化剂体积脱硝率氨逃逸率堵塞分析流场分布偏差2、催化剂选型流程363.9还原剂的选择•尿素法是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后将溶液泵送到水解槽中，通过热交换器将溶液加热至反应温度后与水反应生成氨气；(安全性好)•氨水法，是将25％的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽；•纯氨法是将液氨在蒸发器中加热成氨气，然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5％的混合气体后送入烟气系统。37项目液氨氨水尿素反应剂费用便宜较贵最贵运输费用便宜贵便宜安全性有毒有害无害存储条件高压常压常压，干态储存方式液态液态微粒状初投资费用便宜贵贵运行费用便宜贵需要高热量蒸发蒸馏水和氨贵需要高热量水解尿素和蒸发氨设备安全要求有法律规定需要基本上不需要表2.不同还原剂比较烟气喷入：氨尿素燃烧器二次风900℃－1100℃区域四、选择性非催化还原法(SNCR)技术特点SNCR原理是在炉内喷射氨、尿素等化学还原剂使之与烟气中的NOx反应，将其转化成氮(N2)及水(H2O)。有效反应温度范围900℃～1100℃之间。由于SNCR反应的温度范围较窄，锅炉变负荷时脱硝效率降低。SNCR脱硝效率对大型燃煤机组在25－40%；无副产品反应式：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O4NH3+5O2→4NO+6H2O4NH3+3O2→2N2+6H2O40五、烟气脱硝技术比较内容SCRSNCRSNCR/SCR混合型还原剂NH3或尿素尿素或NH3尿素或NH3反应温度320~400℃850~1250℃前段:850~1250℃，后段:320~400℃催化剂成份主要为TiO2,V2O5,WO3不使用催化剂后段加装少量催化剂(成份同前)脱硝效率70%~90%大型机组25%~40%，小型机组配合LNB、OFA技术可达80%40%~90%反应剂喷射位置多选择于省煤器与SCR反应器间烟道内通常炉膛内喷射综合SCR和SNCRSO2/SO3氧化会导致SO2/SO3氧化不导致SO2/SO3氧化SO2/SO3氧化较SCR低NH3逃逸3ppm5~10ppm3ppm对空气预热器影响催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，SO2/SO3氧化率较高，而NH3与SO3易形成NH4HSO4造成堵塞或腐蚀不会因催化剂导致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蚀的机会为三者最低SO2/SO3氧化率较SCR低，造成堵塞或腐蚀的机会较SCR低41系统压力损失催化剂会造成较大的压力损失没有压力损失催化剂用量较SCR小，产生的压力损失相对较低燃料的影响高灰分会磨耗催化剂，碱金属氧化物会使催化剂钝化无影响影响与SCR相同锅炉的影响受省煤器出口烟气温度的影响受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布的影响受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布的影响占地空间大（需增加大型催化剂反应器和供氨或尿素系统）小(锅炉无需增加催化剂反应器)较小(需增加一小型催化剂反应器.)内容SCRSNCRSNCR/SCR混合型42对空气预热器的影响对引风机和烟道的影响对锅炉性能与安全性的影响对锅炉尾部布置的影响六、机组加装SCR烟气脱硝系统对机组影响43–烟气中部分SO2转化成SO3–烟气中SO3的增加，引起酸腐蚀和酸沉积堵灰程度增加–SO3与逃逸的氨反应产生硫酸氢氨和硫酸氨NH3+SO3+H2ONH4HSO4/(NH4)2SO4–NH4HSO4沉积温度150～230℃，粘度较大，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀–空气预热器烟/风压差增加，空气预热器漏风有所增加对空气预热器的影响44–换热元件选用便于清灰的板型–空气预热器由高、中、低温段改为高、低温两段，取消中温段，避免中、低段之间NH4H