SCR技术介绍

SCR烟气脱硝技术中国博奇一、NOx危害与排放标准二、NOx形成的机理和燃烧控制技术简介三、烟气脱硝技术简介四、博奇SCR技术介绍五、博奇SCR业绩主要内容•对人体健康的直接危害。200ppm可使人瞬间死亡。•氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。•氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。•光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。•参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。•光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。•美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。•1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。一、NOx的危害性及排放状况(GB13223-2003)•2004年以后的新项目•必须预留烟气脱除氮氧化物装置空间•锅炉NOx最高容许排放浓度（燃煤）：•煤质NOx最高容许排放浓度（mg/Nm3)•Vdaf20%450•10%≤Vdaf≤20%650•Vdaf10%1100一、目前火电厂污染物排放标准NOX形成机理A.热力型NOX–主要反应N2+O→NO+NN+O2→NO+ON+OH→NO+H–相关因素高温环境燃料与空气的充分混合无烟煤燃烧中，热力型NOx可到一半以上二、NOx形成的机理和NOx生成的控制NOX形成机理B.燃料型NOX–燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物相关因素–与燃料和空气的混合程度密切相关–与燃烧区域的温度关系不大–烟煤燃烧中，约80％的NOx为燃料型二、NOx形成的机理和NOx生成的控制NOX形成机理C.快速型NOX–在燃烧的早期生成–形成过程–氮和燃料中的碳氢化合物反应N2＋CH化合物＝＝》HCN化合物HCN化合物氧化生成NOHCN化合物＋O2＝＝》NO对于燃煤锅炉，快速型NOx所占份额一般低于5％。二、NOx形成的机理和NOx生成的控制低NOX燃烧的控制方法•控制原理–降低燃烧温度–控制燃料和空气的混合速度与时机•主要控制手段–燃烧器设计参数（风速、风温、旋流强度等）优化–煤粉浓缩技术–OFA分级送风技术•注意事项–锅炉的燃烧效率–煤粉的着火和稳燃二、NOx形成的机理和NOx生成的控制–主要反应氨还原剂4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O尿素还原剂2NO+(NH2)2CO+1/2O2→2N2+2H2O+CO2–反应温度:760～1090℃最佳反应温度：870～1090℃–脱硝效率对于城市固体垃圾炉转化效率在30～50%之间，大型电站锅炉的转化效率控制在20～40%之间。三、烟气脱硝技术-SNCR–SNCR的优点投资费用低–SNCR的缺点：脱硝效率较低对电站锅炉控制要求高氨的逃逸率较大三、烟气脱硝技术-SNCR–主要反应4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O反应温度230～450℃一般应用温度：300～400℃转化效率在70～90%之间。三、烟气脱硝技术-SCRSCR脱硝反应原理图三、烟气脱硝技术-SCR的反应示意图4NO+4NH3+O24N2+6H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O反应温度230～450℃一般应用温度：300～400℃SCR布置位置a)高尘ＳＣＲ系统－主流ｂ）低尘ＳＣＲ系统三、烟气脱硝技术-SCR的布置典型SCR系统流程图（高灰）四、SCR技术介绍-系统流程锅炉省煤器喷氨格栅催化反应器空气预热器液氨槽车液氨储罐氨蒸发器氨缓冲槽稀释风机氨-空气混合器去除尘器静态混合器灰斗&挡灰板导流格栅催化剂适当的催化剂规格与选择对于成功SCR是致关重要的。包括蜂窝、板式和波纹板式蜂窝式波纹板式板式四、SCR技术介绍-催化剂选择四、SCR技术介绍-催化剂选择四、SCR技术介绍-催化剂选择01020304050607080901001986-19881992-19931995-19981999PercentMarketShare板式蜂窝式四、SCR技术介绍-催化剂选择烟气条件流量烟气温度组成:H2O,NOx,O2,SO2含尘量(间距,磨损)设计要求NOx还原率,氨泄漏率和设计寿命系统压降流动分布温度和NH3/NOx混合结果烟气毒害催化剂的可能(碱金属,V,As,Ca)操作方法与条件(负荷范围)SO2向SO3氧化率价格和计算的费用(用电,钢和反应器费用,安装费用等.)飞灰的影响大颗粒：堵塞催化剂入口降低效率，增加压降通常较容易除掉小颗粒：堵塞催化剂活性孔洞，较难除掉KWH四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/170510152025303540Particulate[mg/Nm3]NumberofCells300700600012000200003000022x22cells25x25cells30x30cells21x21cells20x20cells四、SCR技术介绍-催化剂选择灰分对于孔径选择影响考虑积灰的影响：-碱金属:钠(Na),钾(K).NaSO4andK2SO4可以与催化剂上的活性位-砷(As):气态砷(As2O3)可以与活性位反应并使催化剂表面固化-钒(增加活性但将增加SO2向SO3的转化率)-钙CaO+SO3--------CaSO4堵塞孔隙及NH3NOx扩散.但是,CaO能帮助减少砷的影响:3CaO+As2O3+O2------Ca3(AsO4)2(solid)CATALYST四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/17DetailMechanismofSCRReaction四、SCR技术介绍-催化剂选择AlkalineDeteriorationFRESHALKALINEDETERIORATIONMeHMeOOOMeNa(K)MeOOO四、SCR技术介绍-催化剂选择CalciumDeteriorationFRESHCALCIUMDETERIORATIONSurfaceBulkSurfaceBulkCaSo4四、SCR技术介绍-催化剂选择ArsenicDeteriorationFRESHARSENICDETERIORATIONSurfaceBulkSurfaceBulkArsenic四、SCR技术介绍-催化剂选择催化剂失活的主要原因1运行时数相对活性0500010,00015,00020,00025,000机械钝化堵塞小颗粒沉积碱金属中毒磷中毒SiF4/SiO2中毒0化学钝化砷中毒四、SCR技术介绍-催化剂选择-几乎极大部分催化剂的配方中都含有五氧化二钒以加强反应性。-钒也是SO2氧化成SO3的催化剂-SO3和NH3的存在会导致形成氨盐-增加的SO3会增加H2SO4形成的可能性-腐蚀与酸雾“蓝”羽形烟四、SCR技术介绍-催化剂选择SO2向SO3氧化2020/3/17InfluenceofFlueGasTemperatureontheOxidationofSO2toSO300,20,40,60,811,21,41,61,822,2200220240260280300320340360380400420Temperature[°C]SO2/SO3ConversionRate[%]四、SCR技术介绍-催化剂选择硫酸氨(AS)SO3+2NH3+H2O---(NH4)2SO4小颗粒,小于10微米对细颗粒污染有贡献.细小的，白色的高反射率的颗粒物(可见的烟雾)硫酸氢氨(ABS)SO3+NH3+H2O----NH4HSO4ABSis粘性的,腐蚀的物沉积在空预器或催化剂上(在低负荷下)为避免在催化剂上的形成要规定最低的运行温度和省煤器的旁路四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/17FormingofAmmonium-Sulphate四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/17InfluenceofH2OinFlueGas0,850,900,951,001,0505101520253035H2OConcentration[Vol%]RelativeActivityK/K0[-]四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/17InfluenceofO2inFlueGas0,70,80,911,11,21,302468101214161820O2Concentration[Vol%]RelativeActivityK/K0[-]四、SCR技术介绍-催化剂选择2020/3/17InfluenceofSO3inFlueGas05101520253035404550280290300310320330340MinimumOperationTemperature[°C]SO3Concentration[ppmv].MinimumOperationTemperature四、SCR技术介绍-催化剂选择四、SCR技术介绍-催化剂选择入口NOX浓度对于脱硝效率的影响四、SCR技术介绍-催化剂选择烟气温度对于脱硝效率的影响四、SCR技术介绍-催化剂选择烟气流量对于脱硝效率的影响运行时间对于脱硝效率的影响四、SCR技术介绍-催化剂选择四、SCR技术介绍-催化剂选择催化剂运行管理300–1300mm150充分陶制化整体活性材料催化剂主要成分TiO2,WO3,V2O5=7.6孔径=6.64=0.96mm蜂窝孔径节距壁厚四、SCR技术介绍-催化剂选择ProductionProcessRawMaterials1m³ofcatalyst四、SCR技术介绍-催化剂生产ProductionProcess四、SCR技术介绍-催化剂生产四、SCR技术介绍-催化剂模块•各个厂家通用性约2mx1mxh（未定）便于更换厂家集装箱运输避免震动或振动汽车运输卸载防止震动和防潮是关键催化剂模块运进帐篷以步行速度行进防止湿气污染(即用集装箱;帐篷+发热器…)防止存放在粗糙地面上催化剂总是水平存放四、SCR技术介绍-催化剂安装模块翻身装置模块吊装模块安装正在密封的催化剂模块四、SCR技术介绍-催化剂安装用拉钩将测试用催化剂样品单体取出催化剂测试四、博奇SCR技术介绍-催化剂测试模块SUPPORTINGSTRUCTURE支撑结构CASING外壳NH3INJECTIONGRID氨喷射格栅INLETDUCT进口烟道MAINMONORAIL单轨HOIST起重机CATALYSTBLOCK催化剂块OUTLETDUCT出口烟道四、SCR技术介绍-SCR反应器四、SCR技术介绍-反应器与密封密封1、反应器的设计便于催化剂的安装2、反应器的设计考虑到催化剂模块的通用性3、使用STAAD等软件设计优化反应器结构与钢结构4、催化剂模块间采用上部密封，并采用防积灰设计四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计-专业的实验物理模拟和计算机模拟-优化管道设计-优化导流叶片-优化AIG-优化静态混合器-避免灰尘沉积-降低系统压降四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计数值模拟：温度场、压力场、速度场四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计物理模拟：对数值进行校验；流场可视化；优化调整四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计物理模拟：积灰特性分析四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计四、SCR技术介绍-流场模拟辅助设计（1）催化剂上层截面，速度偏差（RMS）不大于15%；（2）催化剂上层截面，根据项目需要，NH3/NOx浓度分布偏差（RMS）不大于10%、8%或5%；（3）催化剂上层截面，烟气入射角不大于±15°；（4）催化剂上层截面，温度偏差不超过±10℃；（5）空预器入口截面，速度偏差（RMS）不大于15%；（6）烟道系统压力损失达到较低水平；（7）烟道内没有明显灰尘沉积；四、SCR技术介绍-AIG与静态混合器•多控制区域的AIG设计有利于下游浓度分布的均匀与控制•较长的喷嘴设计有利于避免积灰•根据项目实际的要求决定是否增加静态混合器四、