SCR脱硝原理及工艺.pdf

1、SCR脱硝原理及工艺SCR脱硝原理及工艺NOXNH3N2H2O4 NO +4 NH3+O24 N2+6 H2O3 N2+6 H2O4 NO2+2 NH3+O2基本反应方程式基本反应方程式副作用方程式副作用方程式SO2+1/2 O2NH3+SO3+H2OSO3NH4HSO4SCR脱硝原理SCR脱硝效率的主要影响因素1.催化剂?催化剂的活性?SCR反应选择性?催化剂的钝化2.反应温度3.n(NH3)/n(NOx)NH3/NOx摩尔比与氨泄漏、脱硝率的关系4.接触时间5.Sv值?Sv即空速(h-1)，指烟气流量与催化剂体积之比。a)高含灰布置方案高含灰布置方案选择性催化还原法(选择性催化还原法(SC

2、R)常规布置方式SCR)常规布置方式b)低含灰低含灰/尾部布置方案尾部布置方案高含尘布置方案的技术特点高含尘布置方案的技术特点?烟气未经过除尘，烟气未经过除尘，烟气中重金属，烟气中重金属，SO2等等含量较高，对催化剂的活性存在不利影含量较高，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。响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。?反应温度比较合适反应温度比较合适(300400)，运行费，运行费用较低用较低?对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加对于高含尘烟气，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。积，从

3、而会增大催化剂的用量。?钢材耗量较大。钢材耗量较大。a)高含灰布置方案高含灰布置方案低含尘布置方案的技术特点低含尘布置方案的技术特点?飞灰含量小飞灰含量小，适用于场地无法按照高含尘方，适用于场地无法按照高含尘方式布置的改造项目或烟气中毒性物质过高的式布置的改造项目或烟气中毒性物质过高的情况。情况。?烟气温度低于反应温度，烟气温度低于反应温度，需要辅助热源进行需要辅助热源进行烟气再热烟气再热，可以采用蒸汽加热或二次燃烧加，可以采用蒸汽加热或二次燃烧加热，一般再热系统需要增加约热，一般再热系统需要增加约3%的厂用电率。的厂用电率。?由于大部分毒性物质和灰尘已经在除尘和脱由于大部分毒性物质和灰尘已经

4、在除尘和脱硫装置中脱除，所以硫装置中脱除，所以催化剂寿命可以大大延催化剂寿命可以大大延长。长。?可以选用较小的催化剂烟气通道，大大提高可以选用较小的催化剂烟气通道，大大提高催化剂的比面积，从而催化剂的比面积，从而降低催化剂的整体用降低催化剂的整体用量，降低初投资和催化剂更换运行费用。量，降低初投资和催化剂更换运行费用。b)低含灰低含灰/尾部布置方案尾部布置方案省煤器混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀释风机液氨储罐选择性催化还原法(选择性催化还原法(SCR)系统工艺流程SCR)系统工艺流程系统主要组成: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

5、分演示演示氨区主要设备组成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省 煤器混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀 释 风机液氨储罐SCR工艺系统氨区（一）工艺系统氨区（一）?无色、有强烈刺激性气味的气体；无色、有强烈刺激性气味的气体；?在标准状况下，密度（在标准状况下，密度（0.7708 kg/m3）小于空气；0.7708 kg/m3）小于空气；?易液化，在常压下冷却至33.5或在常温下加压至易液化，在常压下冷却至33.5或在常温下加压至700kPa800kPa气态氨就液化成无色液体,液氨常用700kPa800kPa气态氨就液化成无色液体,液氨常用作制冷剂；作制

6、冷剂；?属于有毒类化合物，接触要小心；属于有毒类化合物，接触要小心；?极易溶于水（1：700），溶液是碱性物质极易溶于水（1：700），溶液是碱性物质氨的一般性质氨的一般性质氨区设计遵循的标准和规范氨区设计遵循的标准和规范国家有关标准和规范：国家有关标准和规范：建筑设计防火规范建筑设计防火规范GB50016-2006 GB50016-2006 石油化工企业设计防火规范石油化工企业设计防火规范GB50160-1992 GB50160-1992 石油化工储运系统罐区设计规范石油化工储运系统罐区设计规范SH3007-1999 SH3007-1999 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范爆炸和火灾危险环

7、境电力装置设计规范GB50058-1992 GB50058-1992 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-1999危险化学品重大危险源辨识危险化学品重大危险源辨识GB18218-2009GB18218-2009氨区布置原则氨区布置原则布置的原则布置的原则（1）区域规划（全年最小频率风向的上风侧）（1）区域规划（全年最小频率风向的上风侧）（2）确定罐区与周边建筑物的防火间距（2）确定罐区与周边建筑物的防火间距（3）确定罐区与厂内主要道路及次要道路的防火间距（3）确定罐区与厂内主要道路及次要道路的防火间距（

8、4）确定罐区内设备的防火间距（4）确定罐区内设备的防火间距（5）罐区要设防火堤（5）罐区要设防火堤（6）罐区要设遮阳蓬（6）罐区要设遮阳蓬（7）罐区要设冷却喷淋（7）罐区要设冷却喷淋（8）罐区要设消防通道（8）罐区要设消防通道SCR系统工艺流程液氨SCR系统工艺流程液氨液氨储罐液氨储罐蒸发器内部结构蒸发器内部结构氨气缓冲罐氨气缓冲罐氨蒸发槽氨蒸发槽氨稀释槽氨稀释槽卸料压缩机卸料压缩机SCR系统工艺流程尿素SCR系统工艺流程尿素还原剂比较还原剂比较项目液氨液氨氨水氨水尿素尿素反应剂费用便宜1.0较贵1.50最贵1.50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

9、微粒状初投资便宜贵贵运行费用便宜，需要蒸发液氨贵，需要高热量蒸发水和氨贵，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SCR工艺系统氨与稀释风的混合（二）SCR工艺系统氨与稀释风的混合（二）稀释风与氨气的混合作用稀释风与氨气的混合作用?将氨稀释到浓度为将氨稀释到浓度为5；?使氨气分布更加均匀；使氨气分布更加均匀；?增加动能，提高氨气的扩散能力。增加动能，提高氨气的扩散能力。我的爆炸浓度范围为我的爆炸浓度范围为1528%,请让我远离请让我远离这个数值吆！这个数值吆！混合器液氨蒸发槽氨气缓冲罐空预器锅炉脱硝装置稀释风机液氨储罐稀释风从送风机出口选取稀释风从送风机出口选取?降低造

10、价降低造价?现场布置简单现场布置简单氨/空气混合器氨/空气混合器?保证氨和烟气的均匀混合保证氨和烟气的均匀混合?NHNH3 3/NOx沿烟道截面均匀的分布/NOx沿烟道截面均匀的分布氨喷射格栅(AIG)氨喷射格栅(AIG)NH3喷射格栅SCR工艺系统喷氨系统（三）SCR工艺系统喷氨系统（三）调整氨的流量分配阀门调整氨的流量分配阀门NHNH3 3/NOx分布不均匀状况的调节/NOx分布不均匀状况的调节恶劣的流速分布将导致恶劣的流速分布将导致NH3/NOxNH3/NOx的严重不均匀的严重不均匀通过注氨量的局部微调通过注氨量的局部微调达到达到NH3/NOx的均匀分布NH3/NOx的均匀分布CV=44

11、%CV=8%Center of boilerCenter of boiler端部阀门调节端部阀门调节后后端部阀门调节前端部阀门调节前SCR工艺系统烟道部分（四）工艺系统烟道部分（四）烟道布置和作用烟道布置和作用烟道布置要简洁、流场通顺；烟道布置要简洁、流场通顺；有利于氨与烟气的自然混合；有利于氨与烟气的自然混合；烟气阻力降小；烟气阻力降小；烟道内布置混合器、导流板等。烟道内布置混合器、导流板等。烟道的组成烟道的组成反应器入口烟道；反应器入口烟道；反应器出口烟道；反应器出口烟道；省煤器旁路烟道；省煤器旁路烟道；反应器旁路烟道。反应器旁路烟道。省煤器旁路省煤器旁路省煤器旁路省煤器旁路作用：作用：机

12、组在低负荷运行时，保证SCR入口机组在低负荷运行时，保证SCR入口烟气温度。一般对SCR入口温度的要烟气温度。一般对SCR入口温度的要求求大约是大约是300300400400。缺点：缺点：系统复杂，增加控制的复杂性；系统复杂，增加控制的复杂性；需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置密封风机，增加厂用电。需要设置密封风机，增加厂用电。反应器旁路反应器旁路反应器旁路反应器旁路作用：作用：用来在锅炉启动和停止期间或紧急状况用来在锅炉启动和停止期间或紧急状况下隔离SCR反应器，使催化剂不受到损害；下隔离SCR反应器，使催化剂不受到损害；机组在长期不脱硝时隔离S

13、CR装置以节约机组在长期不脱硝时隔离SCR装置以节约引风机的电耗。引风机的电耗。缺点：缺点：系统复杂，增加控制的复杂性；系统复杂，增加控制的复杂性；需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置密封风机，增加厂用电。需要设置密封风机，增加厂用电。烟气流场的要求:氨气与烟气的充分混合和流场均匀性是保证脱硝装置性能的关键氨气与烟气的充分混合和流场均匀性是保证脱硝装置性能的关键?确保NOX/NH3分布均匀?确保烟气速度均匀?减小烟气温度偏差?获得最小的烟气压降?防止积灰在反应器第一层催化剂的上部条件是：速度最大偏差：平均值的15%温度最大偏差：平均值的10NH3/N

14、Ox混合不均匀性：5烟气入射催化剂角度（与垂直方向）：10空预器锅炉脱硝装置SCR工艺系统工艺系统 CFD和实物模型试验（五）和实物模型试验（五）氨与烟气均匀混合措施氨与烟气均匀混合措施?氨与稀释风的混合设计（混合器）?喷氨格栅设计（AIG）?反应器入口设计（筛网平板）?烟道内部件设计（导流板，静态混合器等）?计算机流场模拟（CFD）和实体物理模型试验（Flow model）最终混合措施的确定依据；所有SCR工程都需要做CFDFlow model烟道内的导流/混合装置烟道内的导流/混合装置氨和烟气的混合装置：氨和烟气的混合装置：通过烟道自然混合；通过烟道自然混合；使用烟道结构件进行混合，使用烟

15、道结构件进行混合，如导流板、静态混合器等如导流板、静态混合器等混合装置混合装置CFD软件（Computational fluid Dynamics）是计算流体力学软件的简称，是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件，相当于虚拟地在计算机上做试验，用以模拟仿真实际的流动状态。CFD=流体力学热学数值分析计算机科学流体力学：层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体热学：热力学和传热学数值分析：解析计算方程计算机科学：计算机语言、图形技术、图表计算机计算机CFD模拟流场的建立模拟流场的建立?确保NOX/NH3分布均匀?确保烟气速度均匀?减小烟气温度偏差?获得最小的烟气压降CFD设计示例（黄岛电厂）设

16、计示例（黄岛电厂）均匀的流场有利于：氨与NOx充分反应，保证脱硝效率；降低氨的逃逸率，减少氨对灰分和环境的影响；减少催化剂出现局部磨损；降低烟气阻力。实体物理模型（实体物理模型（Flow modelFlow model）阳城电厂600MW机组实物流体模型根据脱硝装置的设计方案，建立实物模型?实物模型包括从省煤器出口至空预器入口的完整SCR流动路径。?比例为1:15或1:10?验证和优化整个烟气系统流场分布。?维持系统低的烟气压降。试验条件试验条件a环境空气作为试验用流体，物理模型的流体速度应与实际流场速度一致。b如果雷诺数足够大，模型烟道的模拟结果就能反映实际流场。雷诺数的取值决定于模型比例和流体速度，典型的雷诺数是10000。试验内容试验内容a.利用风速仪测量AIG和第一层催化剂上游的速度；b.利用跟踪气体测量第一层催化剂上游的氨的混合度；c.利用皮托管测量锅炉出口到反应器出口的压降；d.利用石英砂模拟烟尘沉积-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SCR工艺系统反应器和催化剂（六）工艺系统反应器和催化剂（六）烟气进口烟气进口氨的喷入氨的喷入烟气出