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脱硝设备讲解编制：齐金琅审核：曹力威批准：遇东古交电厂一期2×300MW二期2×600MW机组脱硝设备讲解古交项目部检修机务专业2015-02目录一为什么要装设脱硝装置？二NOx是怎样生成的？四脱硝技术的分类三去除NOx的方法？五SCR脱硝技术的原理六SCR脱硝技术的结构七SCR脱硝技术的工艺流程八SCR脱硝设备部件介绍九尿素/氨的危害1.目前能源利用的现状国民经济的持续发展，离不开能源的支持。无论过去、现在，还是将来的一段时间内，能源的主角都是煤炭。在一次能源总消费中，煤炭占76％。煤产量的80％是直接用于燃烧，其中发电厂用煤量大于总产量的30％。2.燃烧产生的NOx问题煤炭作为能源在国民经济发展中做出了巨大的贡献，但同时在其开发与利用过程中也带来了一系列环境污染问题，危及生态平衡与人类的生存。煤燃烧时排放的NOx是大气污染的元凶之一，该物质达到一定浓度就会对人体健康构成威胁和危害。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中落到地面。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。严重破坏了生态环境，并且严重危害人体呼吸系统。一、为什么要装设脱硝装置？二、NOx是怎样生成的？一般意义上的NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，但对大气造成污染的主要是NO和NO2，我国氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。在煤的燃烧过程中,NOx的生成量和排放量与燃烧方式,特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关,燃烧形成的NOx可分为燃料型、热力型和快速型3种。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不计。热力型NOx是指当炉膛温度在1350℃以上时,空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx,当温度足够高时,热力型NOx可达20%。过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响。燃料型NOx指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx,其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～90%。过量空气系数越高,NOx的生成和转化率也越高。快速型NOx主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N2发生反应,形成的CN和HCN继续氧化而生成的NOx。在燃煤锅炉中,其生成量很小,一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生1.两个步骤控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量，即低NOx燃烧技术；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除，即烟气脱硝技术。2.一次措施（1）降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；（2）降低燃烧温度，防止产生局部高温区；（3）缩短烟气在高温区的停留时间。3.二次措施目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法3类。三、去除NOx的方法？各种方法介绍干法包括选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)、电子束联合脱硫脱硝法。半干法有活性炭联合脱硫脱硝法;湿法有臭氧氧化吸收法等。就目前而言，干法脱硝占主流地位。其原因是：NOx与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收；NOx经还原后成为无毒的N2和O2，脱硝的副产品便于处理；NH3对烟气中的NO可选择性吸收，是良好的还原剂。湿法与干法相比，主要缺点是装置复杂且庞大；排水要处理，内衬材料腐蚀，副产品处理较难，电耗大（特别是臭氧法）。古交项目部采用的脱硝方法古交项目部采用的脱硝方法是SCR干法脱硝，因此重点分析SCR脱硝的原理及其结构。四、脱硝技术的分类SCR既是英文--SelectiveCatalyticReduction，意思为选择性催化还原法。其核心技术是用氨催化还原促使烟气中NOx大幅度净化的方法（通常在低NOx燃烧技术基础上的后处理），以满足日趋严格的NOx排放标准。因为采用低NOx燃烧技术可以达到一定的除NOx效果,但脱除率一般不超过60%。SCR的原理是在特定催化剂作用下，用氨或其他还原剂选择性地将NOx还原为N2和H2O,其脱除率高，被认为是最好的烟气脱硝技术，但缺点是投资和操作费用大，也存在NH3的泄露。1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程，现在在欧洲已有120多台成功应用经验，其NOx的脱除率可达到80-90%。五、SCR脱硝技术的原理SCR技术是还原剂（NH3、尿素）在催化剂作用下，选择性的与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故称为“选择性”，这个化学反应对反应温度有一定要求，即在280～420℃范围内。其主要的反应公式如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O脱硝反应后的产物可以从上式中看出，具为N2和水，可以自然排放，不存在像脱硫处理的产物要进行专门的处理和存放。反应原理如右图所示:五、SCR脱硝技术的原理六、SCR脱硝技术的结构NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂(如V2O5-TiO2)的反应器，NOx与NH3在其中发生还原反应，生成N2和H2O。反应器中的催化剂分上下多层(一般为3—4层)有序放置。如右图所示：古交电厂一期二期机组SCR系统分为尿素溶液制备储存区(按照四台机组需求设计)和SCR反应器区。尿素溶液制备、储存区包括尿素溶解系统、储存系统、循环/供应系统及伴热冲洗系统等。催化反应器包反应器、催化剂、尿素热解系统、一次风机、喷氨格栅(AIG)及蒸汽、声波吹灰器等设备。系统大概图如下：七、SCR脱硝技术的工艺流程七、SCR脱硝技术的工艺流程(总概图)七、SCR脱硝技术的工艺流程（尿素制备供应系统）脱硝处理的工艺流程如下：尿素粉末储存于储仓，经由皮带机、拆包机、斗提机输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%--70%的尿素溶液（需要外部加热，溶液温度保持在40℃以上。）通过尿素溶液输送泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由高流量循环泵、计量分配装置，雾化喷枪等进入绝热分解室（热解炉），一次风或稀释风经加热后也进入分解室。雾化后的尿素滴液在绝热分解室内进行分解，生成分解的产物为NH3和CO2，分解产物经由氨/空混合系统、氨喷射系统进入脱硝烟道。NH3与NOX在反应器内催化剂的作用下发生催化还原反映，NOX还原为无害的N2和H2O。但由于并非所有NH3都反应完毕，NH3逃逸会增加脱硝系统后空气预热器的堵灰情况。反应器出口的NH3逃逸作为脱硝系统设计的重要指标，控制在2.27mg/m3以内。该工艺的主要特点是反应完全，不易产生中间聚合物，但是需要另外的热量加热分解室，需要非常良好的气流组织形式，对控制系统的要求也高。七、SCR脱硝技术的工艺流程（尿素制备供应系统）工艺系统还原剂制备、储存区本项目部采用尿素热解法制备脱硝还原剂，4台锅炉的脱硝装置共用一个尿素溶液制备、存储区，即按照2×300MW+2×600MW机组消耗量设计。主要的设备如下：系统流程尿素溶解罐采用地上设计，人工将干尿素投入到到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成50~60%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液混合泵输送到尿素溶液储罐。尿素溶液经由输送泵输送到机组热解系统。本系统的主要设备包括：尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液输送泵等七、SCR脱硝技术的工艺流程（尿素制备供应系统）尿素溶解罐在室内对应尿素储仓设1台尿素溶解罐。用除盐水将尿素制成50~60%浓度的溶液。溶解罐内设蒸汽加热系统，制成后的溶液温度处于40-50℃。罐体内壁采用316L不锈钢制造.。每个溶解罐容积33m3，溶解罐尿素溶解量按照满足4台炉24小时尿素用量需设计。尿素溶液输送泵尿素溶液输送泵为不锈钢本体，碳化硅机械密封的离心泵，尿素溶解罐设两台泵一运一备，并列布置。此外，溶液混合泵还利用溶解罐的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。尿素溶液储罐设置2台尿素溶液储罐(119m3/个)满足四台机组6天的系统用量(50%尿素溶液)要求。储罐材质采用玻璃纤维树脂，内设蒸汽加热系统，使尿素溶液维持在35°C以上。储罐为立式平底结构，装有液面、温度显示仪、人孔、梯子、通风孔等。储罐基础为混凝土结构。七、SCR脱硝技术的工艺流程（尿素制备供应系统）尿素溶液循环装置为4台机组设置1套尿素溶液供应与循环装置，循环管路为4台锅炉的脱硝装置供应尿素溶液。尿素溶液循环装置包含4台全流量的多级离心泵(流量不小于120%，一用三备)。其他设备由于尿素的溶解过程是吸热反应，其溶解热高达-57.8cal/g(负号代表吸热)。也就是说，当1克尿素溶解于1克水中，仅尿素溶解，水温就会下降57.8℃。而50%的尿素溶液的结晶温度是16.7℃。所以，在尿素溶液配制过程中需配置功率强大的热源，以防尿素溶解后的再结晶。古交项目部在北方寒冷地区，尿素溶液的配制及输送过程的加热或伴热系统进行了重点设计。加热汽源为机组辅助蒸汽联箱(压力1.0-1.5Mpa、温度290-325℃)。尿素溶液溶解罐、储存罐内部采用盘管式的蒸汽换热器。尿素溶液管道采用电伴热伴热，为防止管道结晶，而增加检修成本。七、SCR脱硝技术的工艺流程（SCR反应系统）计量和分配装置1）尿素溶液的计量和分配装置能精确地测量和控制输送到分解室的尿素溶液流量。计量和分配装置设置两套，以精确计量和分配控制输送到每一个绝热分解室的每一个喷射器的尿素流量及雾化和冷却空气的压力和流量。2）计量/分配装置是脱硝系统工艺主要的用于精确测量并独立控制输送到每个喷射器的尿素溶液的装置。它将布置在热解室附近，计量装置用于控制通向分配装置的尿素流量的供给。该装置通过使用一个独立化学剂控制阀来为进入热解室的喷射器提供反应剂。该装置将响应电厂SCR系统提供的反应剂需求信号。分配模块通过独立化学剂流量控制和区域压力控制阀门来控制通往多个喷射器的尿素和雾化空气的喷射速率。空气和尿素量通过这个装置来进行调节以得到适当的气/液比并最终得到最佳的SCR反应剂。3）计量/分配装置包括：不锈钢机架、仪用及雾化空气压力开关和仪用空气调节器。每个装置流量和压力控制、本地流量和压力显示、电动阀门和化学药剂流量控制阀。电动阀用于清洗模块，使清洗水进入分配装置。分配装置还包括尿素和雾化空气控制阀、雾化空气流量计、压力显示仪表和尿素流量显示仪表。4）计量装置调整反应剂流量、激活或关闭喷射区域或控制区域流量来响应氨需量信号。七、SCR脱硝技术的工艺流程（SCR反应系统）七、SCR脱硝技术的工艺流程（SCR反应系统）尿素喷射器热解室喷射组件设计安装在热解室上。喷射器布置在热解室的周围。喷射器将根据在热解室内获得合适的尿素雾化和分布所需要的流量和压力，来确定其大小和特性。经过计量和分配装置的尿素溶液由喷射器喷入绝热分解室。喷射器由304L不锈钢制造，每一喷射器组件包括用于插入调整的适配器、快速接头和用于化学剂与雾化空气管路相连接的可弯曲软管。喷射器将通过热解室侧面的入口孔插入。每一喷射器组件包括用于插入调整的调节器、用于化学剂和雾化空气的快速接头。七、SCR脱硝技术的工艺流程（SCR反应系统）热一次风从锅炉主体热一次风管道开支路提供足够的空气量将氨气充分稀释，氨/空气混合物中的氨体积含量小于5%。每台锅炉设两台一次风机(额定压力12000pa，流量6530m3/h)，A/B两侧同时运行。为尿素热解提供空气，并用于氨的稀释。热一次风能适应锅炉40~100%BMCR负荷下的正常运行，并留有一定裕度：风量裕度不低于10%，风压裕度不低于20%。七、SCR脱硝技术的工艺流程（SCR反应系统）电加热装置电加热装置将空气预热器来的一次热风再加热，提供给热解室以维持适当的尿素分解，电加热装置依据热解室温度及流量调整电加热装置的出口温度来实现过程控制和保障该复杂工艺中安全性要求。该装置通过与喷射区域计量及分配装