1、 SCR 煙 氣 脫 硝 技 術 方 案（采用低溫催化劑）2016年9月12日一 設計概述1.1 設計背景本設計方案為山東xxxx玻璃科技有限公司玻璃窯煙氣SCR脫硝處理項目。1.1.1煙氣參數（1）煙氣流量：73000Nm3/h（工況）；37000m3/h（標況）（2）煙氣溫度：248260；（3）氮氧化物含量：27692948 mg/m³ （4）SO2含量：226738 mg/m3（5）O2濃度：1011.7%1.1.2煙氣排放指標：氮氧化物含量： 50 mg/Nm³（山東省工業窯爐大氣污染物排放標準DB37/2375-2013）1.2 SCR煙氣脫硝技術介紹1.2.1

2、 SCR工藝原理：選擇性催化還原法（SCR）是指在催化劑的作用下，在鍋爐排放的煙氣中均勻地噴入氨氣，從而將煙氣中的NOx還原生成N2和H2O。SCR是一個連續的化學工藝過程，其中含氮還原劑例（如氨氣）加入到含NOx的煙氣中。主要的化學反應如下：4NH3 + 4NO + O24N2 + 6H2O (1.2-1)4NH3 + 2NO2 + O23N2 + 6H2O (1.2-2)4NH3 + 6NO 5N2 + 6H2O (1.2-3)8NH3 + 6NO2 7N2 + 12H2O (1.2-4)煙氣中的NOx主要是由NO和NO2組成的，其中NOx總量的95為NO，其余的5基本上為NO2。所以脫硝

3、反應的主要化學反應方程式是（1.2-1），它的反應特性如下：1 NH3和NO的反應摩爾比為1左右；2 脫硝反應中離不開O2的參與；3 最為典型的反應溫度窗口：300400；除了以上提及的化學反應方程式，其實脫硝反應中還存在著有害反應，具體如下：SO2被氧化成SO3的反應： （1.2-5）NH3的氧化反應： （1.2-6） （1.2-7）催化劑的選擇性成分為NOx的還原反應提供了很高的催化活性。氮氣和水是脫硝反應的主要產物。SCR技術需要的反應溫度窗口為300400。在反應溫度較高的情況下，會導致催化劑產生結晶或著燒結等現象；在反應溫度較低的情況下，硫酸銨在催化劑表面凝結，催化劑的微孔被堵塞，催

4、化劑的活性會降低。SCR技術具有脫硝效率高，氨消耗少、脫硝性能穩定、運行平穩、成熟等優點，是世界公認的煙氣脫硝主流技術。1.2.2 SCR煙氣脫硝系統選擇1）SCR反應塔布置方案（1）高溫側高飛灰煙氣段布置。在設計的過程中，將SCR反應器直接安裝在了省煤器出口和預熱器入口中間的位置，也就是要將其設置在空氣預熱器和靜電除塵器的前面，它在運行中最為明顯的特點就是煙氣在經過省煤器之后進入到SCR反應器中，其溫度一般會在300-430之間，可以滿足很多催化劑的使用需要。采用這種方案的時候，煙氣在進入到SCR反應塔之前是不需要再加熱的，所以在成本投入方面存在著較為明顯的優勢，當前也成為了很多燃煤電廠鍋爐

5、安裝SCR煙氣脫硝裝置的一種非常常見的方案。但是在離開鍋爐省煤器之后，煙氣當中的飛灰和二氧化硫濃度相對較高，催化劑容易受到飛灰顆粒和副產物的影響，催化劑表面極易破損，所以設備的性能也會受到極大的影響。所以，SCR采用高溫側飛灰煙氣段布置的時候，在催化劑的選擇上要尤其注意，一定要選擇那些性能比較好的催化劑，如果有需要的話還可以對催化劑進行硬化處理，催化劑的數量一定要充足。本技術方案即采用高溫側高飛灰煙氣段布置。（2）高溫側低飛灰煙氣段布置。SCR反應塔安裝在高溫靜電除塵器出口和空氣預熱器入口中間的位置，也就是高溫靜電除塵器的后側，其在運行過程中最主要的一個特點就是煙氣在進入到SCR反應塔之前實際

6、上已經經過了除塵處理，粉塵的水平相對較低，但是其二氧化硫的濃度還處在比較高的水平，細灰顆粒比較容易產生粘結，此外還有可能在這一過程中出現自清掃現象，催化劑的功能就會受損，所以在應用的過程中需要用比較快的清掃速度來對催化劑的表面進行清理。高溫靜電除塵器的運行溫度一般在300-400之間，如果在進入到SCR反應塔之前已經有了較高的溫度，就不需要對其進行二次重復加熱。（3）低溫側低飛灰尾部煙氣段布置。SCR反應塔設置在空氣預熱器和靜電除塵器以及煙氣脫硫裝置的下半部分，也就是說設置在除塵器和脫硫裝置的后面。煙氣在經過高溫除塵器和脫硫裝置的處理之后，SCR入口的二氧化硫濃度非常低，所以催化劑不容易腐蝕或

7、者是堵塞，所以在催化劑的選擇上可以采用中等口徑的催化劑，此外噴氨對飛灰質量和脫硫廢水也基本上不會產生負面的影響。由于煙氣經過脫硫塔后進入SCR反應塔時溫度較低(5570)，需采用昂貴的氣-氣加熱器對煙氣進行再加熱( 加熱至250 以上)，并需采用燃油或燃氣進一步提高煙氣溫度，其投資費用與運行費用較高，目前很少采用這種方案。2）SCR反應塔優化設計SCR反應塔中的催化劑通常垂直布置，煙氣自SCR反應塔頂部垂直向下平行于催化劑表面流動。煙氣在SCR反應塔中的空塔速度是SCR的一個關鍵設計參數，它是煙氣體積流量（標準狀態下的濕煙氣）與SCR反應塔中催化劑體積比值，反映了煙氣在SCR反應塔內的停留時間

8、的大小。3）SCR催化劑的選取SCR催化劑類型及其使用溫度范圍：氧化鈦基催化劑：270-400；氧化鐵基催化劑380-430；沸石催化劑：300-430攝氏度；上述催化劑的使用溫度一般在300以上。因為本項目煙氣溫度在250左右，因此，本設計方案選取低溫板式催化劑，主要的活性成分是V-W-Ti或者V-Mo-Ti，載體是不銹鋼網。4）SCR催化劑的更換方案SCR反應塔中的催化劑在運行一段時間后其反應活性會降低，導致氨逃逸量大。為了使催化劑得到充始理利用，一般設計硝效率在SCR反應塔中布置2-4層催化劑。工程設計中通常在反應塔底部或頂部預留1-2層備用層空間，即21或3+1方案。采用SCR反應塔預

9、留備用層方案可延長催化劑更換周期，一般節省高達25%的需要更換的催化劑體積用量，但缺點是煙道阻力損失有所增大。5）供氨與噴氨系統現有SCR脫硝領域中，使用液氨，尿素溶液和氨水作為還原劑，在投資和運行過程中都有各自的優缺點。其中，液氨作為還原劑，運行成本低，但是由于液氨是屬于高危化學物品，國家對它的運輸，儲存以及使用都有非常嚴格的要求，所以氨區造價成本很高，而且在居民區內或附近國家禁止使用液氨作為還原劑。尿素溶液作為還原劑的話，需要熱解或水解，投資成本和運行成本高。目前氨水作為還原劑，需要蒸發器的話，把氨水蒸發成氣體后通過噴氨格柵噴入煙氣中，再導入到反應塔中進行脫硝。以一臺75噸流化床鍋爐為例，

10、煙氣量為110000Nm3/h，熱源為4MPaG，340°C的過熱蒸汽，蒸發器的投資成本大約是6070萬元人民幣(包括管道，電器儀表以及安裝費用等)，每小時用量250300kg/h蒸汽(換算為熱量為130Mcal/h)，蒸汽價格以每噸170元計算，運行成本10201224元/天，372300428400元/年。如果用電作為熱源的話，運行成本更高。本技術方案不使用氨水蒸發器和噴氨格柵，通過使用一種特殊的氨水噴嘴，將氨水霧化成小于60120m的顆粒直接噴到高溫煙氣中，氨水與高溫煙氣進行混合的同時，蒸發掉其中的水分，形成氨氣進入反應塔中與氮氧化物進行還原反應。這種裝置設備簡潔，不設蒸發器，

11、節省投資成和運行成本。二 本項目SCR方案設計2.1方案選取本設計方案SCR反應器采用低溫板式催化劑。因為在低溫下，煙氣中的SO2容易與NOx生產硫酸銨鹽，堵塞催化劑，從而影響SCR脫硝裝置壽命。為了解決低溫情況下，催化劑容易堵塞而引起失活的問題。本設計方案設置熱風爐，通過熱風爐產生的高溫煙氣（最高溫度可達到600）與焦爐煙氣（250）混合，將煙氣溫度提升到300350左右，每隔一段時間持續吹掃催化劑，將附著在低溫催化劑上的硫銨鹽分解掉，以實現催化劑的再生。吹掃時間：5次/年，1天/次，共計120小時/年。2.1 工藝流程簡述本技術方案即采用高溫側高飛灰煙氣段布置。本設計項目SCR脫硝系統由6

12、個模塊組成：氨水溶液儲存模塊、在線稀釋模塊、計量分配模塊、氨水噴射模塊、SCR反應模塊、控制模塊。本工程采用20%濃度的氨水溶液，儲存在氨水溶液儲罐中，通過在線稀釋成10%濃度左右濃度噴入煙道中。1）氨水溶液儲存模塊20%的氨水溶液經槽車卸入氨水儲罐。本工程設置1個氨水溶液儲罐（罐容積滿足3天的用量要求）。設置有2臺氨水泵（1用1備），將氨水輸送至在線稀釋模塊。2）在線稀釋模塊當鍋爐負荷或爐膛出口的NOx濃度變化時，送入爐膛的氨水溶液的量也應隨之變化，這將導致送入噴射器的流量發生變化。若噴射器的流量變化太大，將會影響到霧化噴射效果，從而影響脫硝率和氨殘余。因此，設計了在線稀釋模塊，用來保證在運

13、行工況變化時噴嘴中流體流量基本不變。20%濃度氨水溶液和稀釋水（工藝水）通過靜態混合器稀釋成10%稀氨水后噴入爐膛。3）計量與分配模塊設置計量分配模塊，包括氨水溶液計量分配模塊和壓縮空氣計量分配模塊。由在線稀釋模塊輸送過來的稀氨水溶液（10%）進入氨水溶液計量分配模塊。計量分配模塊中安裝有流量計、壓力變送器等，通過流量計控制調節閥的開度，從而控制反應器需要的氨水溶液的流量。經過計量后的氨水溶液在由模塊中的分配母管分為4路，分別通向4支噴槍。在每個支路氨水溶液管上安裝有壓力表、流量計等裝置，用于監控、調整每支噴槍所需的氨水溶液的流量。噴入SCR反應器的氨水溶液是經過霧化后噴入的。來自空氣壓縮機的

14、壓縮空氣經過除水除油、調壓處理后（0.6MPa）被分為4條支路通向反應器噴槍。在每條壓縮空氣支路管中也設有壓力表、流量計等裝置，用于監控、調整每只噴槍霧化所需的壓縮空氣用量。4）噴射模塊由各個計量分配模塊輸送過來的氨水溶液進入氨水噴槍，經過噴槍的霧化后送入SCR反應器。霧化用的噴槍采用二流體噴槍，二流體噴槍主要由槍體和噴嘴組成，槍體分為內管和外管兩個部分，溶液走內管，壓縮空氣走外管，壓縮空氣在外管中呈螺旋裝前進，在噴嘴出口處呈渦流裝高速噴出與溶液充分混合，通過調節壓縮空氣用量與氨水溶液用量的比例使之達到完全霧化的效果。（1）霧化介質的作用是加強氨水溶液與爐內煙氣混合，充分混合有利于保證脫硝效果

15、、提高氨水溶液利用率減少尾部氨殘余。霧化介質主要是提高還原劑噴射速度、增加噴射動量，而不要求把氨水溶液全部霧化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。霧化介質的主要作用是提高液滴的噴射動量。噴射動量取決于噴射速度和噴射物的質量，顯然靠增加霧化介質的質量來提高噴射動量是不經濟的。為了提高噴射動量，則主要集中在提高噴射速度上。本項目的霧化介質采用壓縮空氣，到噴射器前的壓力在0.6左右。（2）冷卻風噴槍一旦裝上，只要不停爐，需持續向噴槍外套管內通如冷卻風，以保護噴槍。本項目冷卻風來自空壓機的壓縮空氣。5）SCR反應模塊由氨水噴射模塊噴出的霧化氨水，進入進口煙道，遇到高溫煙氣（350）迅速氣化成NH

16、3。反應器中裝有催化劑，在催化劑作用下，NH3與來自鍋爐省煤器煙氣中的NOX反應，生產氮氣和水蒸氣。在SCR反應器最上面有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。煙氣經過煙氣脫硝后經空氣預熱器熱回收后進入靜電除塵器和FGD濕法脫硫系統后排入大氣。SCR反應器催化劑層間安裝聲波吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應副產物，以減少反應器壓力降。6）控制模塊采用DCS控制室集中監控方式，在控制室內，可實現機組的啟、停，運行工況的監視和調整以及事故處理等。運行人員可直接通過控制室中DCS操作員站完成整個脫硝系統的運行。當系統發生異常或事故時，通過保護、聯鎖或人工干預，系統能在安全工況下運行或停機。具體工

17、藝見附圖的管道與儀表工藝流程圖。2.2 主要設備2.2.1 煙 道煙道根據可能發生的最差運行條件進行設計。煙道設計能夠承受如下負荷：煙道自重、風荷載、地震荷載、灰塵積累、內襯和保溫的重量等。煙道壁厚按6mm設計，煙道內煙氣流速不超過15m/s。催化劑區域內流速不超過6 m/s，不低于3m/s。所有煙道在適當位置配有足夠數量和大小的人孔門和清灰孔，以便于煙道（包括膨脹節和擋板門）的維修和檢查以及清除積灰。在外削角急轉彎頭和變截面收縮急轉彎頭處等，以及根據設計方提供的其他煙氣流動模型研究結果要求的地方，設置導流板。為了使與煙道連接的設備的受力在允許范圍內，特別要注意考慮煙道系統的熱膨脹，熱膨脹通過

18、膨脹節（采用非金屬膨脹節）進行補償。框架材質為Q235采用板材經剪、折、焊、制孔等工序制成，框架深度為200mm，導流板及壓板材料采用Q235厚6mm，膨脹節蒙皮材料從外到內為硅橡膠布、四氟布、夾不銹鋼絲纖維布、無堿布、氟橡膠布用不銹鋼絲網雙層包扎硅酸鋁陶瓷纖維作保溫。煙道在適當位置配有足夠數量測試孔。煙道接口原則上按鍋爐廠提供的接口圖進行連接，設計方根據自己脫硝的具體布置提出煙道布置方案。2.2.2 還原劑制備與儲存系統（共用）本工程的還原劑為氨水，系統設置卸料泵作為卸料設施。氨水溶液存儲罐容積應滿足一臺爐100%BMCR工況3天所需的氨水量。氨水儲存及供應系統包括氨水卸料泵、氨水儲罐、氨水

19、泵、閥門、管路及附件等。氨水的儲存、供應及排放過程如下：氨水的供應由氨水槽車運送，槽車與氨水儲存系統之間用撓性軟管連接，利用泵由槽車輸入儲罐內；氨水直接由泵打到SCR區，經設置在煙道內的噴射系統噴入煙道。2.2.3 氨水噴射系統（每臺）設置1套氨水直噴裝置，通過噴槍及噴嘴分布到反應器前的煙道滿足SCR反應器對氣氨的需求，通過進出口NOx濃度來調節氨水的使用量。氨噴射系統的容量及配置滿足脫除煙氣中NOX最大值的要求，并留有適當的余量。提供一套完整的氨噴射系統，保證NH3/NOX沿煙道截面均勻的分布。噴射系統應設置流量調節閥，能根據煙氣不同的工況進行調節。汽化的氨水在噴入煙氣，為保證安全可靠，允許

20、的最大氨濃度小于10%。噴射系統具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和和抗振性。氨噴射孔不積灰。設計方根據煙道的截面、長度、SCR反應器本體的結構型式等進行氨/煙氣混合系統的設計(NH3/NOX摩爾比最大偏差不大于平均值的±5%)，使得注入煙道的氨與煙氣在進入SCR反應器本體之前充分混合，使催化劑均勻發揮效用。氨水混合均布系統的設計充分考慮到其處于鍋爐的高含塵區域的因素，所選用的材料為耐磨材料或充分考慮防磨措施加以保護。氨注入格柵分布管上設有壓縮空氣管道，當注入格柵噴頭發生堵塞時可進行吹掃。在進氨裝置分管閥后設有氮氣預留閥及接口，在停工檢修時用于吹掃管內氨氣。2.2.4 SCR反應器及附屬

21、系統SCR反應器催化劑按照3層設置， SCR反應器催化劑層間安裝聲波吹灰器，用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應副產物，以減少反應器壓降。反應器設置在鍋爐與除塵器之間。（1）SCR反應器SCR反應器安裝在獨立的金屬構架平臺上，截面為2000×3000×9000mm（具體尺寸由設計方根據設計布置確定），并且由起到加強作用的鋼板托起，反應器的載荷通過它的側墻均勻地分布，向下傳遞，利用它的彈性和滑動軸承墊傳到它的支撐結構上。SCR反應器被固定在中心并向外膨脹，使水平膨脹位移量最小。SCR反應器外壁一側在催化劑層處有檢修門，用于將催化劑模塊裝入催化劑層。每個催化劑層都設有人孔，

22、在機組停運時允許進入檢查催化劑模塊。煙氣水平地進入反應器的頂部并且垂直向下通過反應器，進口導流板使進入的煙氣更均勻地分布。整流格柵安裝在反應器上部，其最佳幾何尺寸、安裝形式及設置的必要性通過流體模擬試驗方法確定。催化劑層的外部由支承催化劑模塊的鋼梁組成，反應器橫截面和催化劑的層間距設計，符合電廠煤質的特點要求、催化劑的運行要求及脫硝裝置運行維護與檢修的要求。SCR反應器的設計應充分考慮與周圍設備布置的協調性及美觀性。反應器應設計成煙氣豎直向下流動，反應器入口應設氣流均布裝置，反應器入口及出口段應設導流板，對于反應器內部易于磨損的部位應設計必要的防磨措施。反應器內部各類加強板、支架應設計成不易積

23、灰的型式，同時必須考慮熱膨脹的補償措施。每層催化劑的面荷載應該不低于1.6t/m2。反應器的設計必須保證氨噴射系統前煙氣流動的均勻性，煙氣進入第一層催化劑前的煙氣溫度分布、速度分布的均勻性(煙氣流速最大偏差不大于平均值±15%，溫度最大偏差值不大于平均值±10%)以及煙氣流出最后一層催化劑的NOX濃度分布和氨濃度分布的均勻性。反應塔設計考慮防止大顆粒灰塵進入催化劑的措施。SCR反應器的使用壽命應不小于30年。（2）催化劑起吊裝置反應器頂部設置單軌吊，用來將催化劑起吊至相應的檢修平臺，然后通過轉運小車將催化劑運至催化劑支撐平臺上安裝。（3）吹灰系統設計方設計的吹灰器數量和布置

24、能將催化劑中的積灰吹掃干凈，避免因死角而造成催化劑失效導致脫硝效率的下降。催化劑表面與吹灰器噴嘴之間的距離由設計方確定。吹灰器的控制由DCS系統進行控制。就地設置壓縮空氣儲罐，設計壓力0.6MPa，用來提供聲波吹灰器工作所需氣源，由設計方提供布置方案和壓縮空氣技術參數。（4）氨氣泄漏檢測器氨水儲存、供應系統、反應裝置以及其他可能發生氨氣泄漏的區域周邊應設有氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在機組控制室會發出警報，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發生。氨區應采取措施與周圍系統作適當隔離。2.2.5 催化劑本工程催化劑采用低溫板式催

25、化劑，脫硝反應器采用3層的布置方式，催化劑的模塊每層按3×1的模式布置，脫硝效率按98%設計。催化劑吊裝孔分別設置在各反應器的側面，催化劑安裝門設置在反應器的側墻。設計方提供專用裝卸工具用于催化劑模塊的裝卸。2.2.6 吹灰及控制系統吹灰器的數量和布置應能將催化劑中的積灰吹掃干凈，避免因死角而造成催化劑失效導致脫硝效率的下降。吹灰器的控制由DCS系統進行控制。2.2.7 檢修、起吊設施設計方設計SCR裝置檢修和維護用的全部固定式和移動式起吊設施(吊鉤/環、電動/手動葫蘆及行車等)，包括起吊位置、起吊重量、提升高度和設備選擇等，并且提交業主方確認。可移動手動鏈式葫蘆僅用于2t重量以內和

26、最高提升高度5m的情況，在使用所有可移動手動鏈式葫蘆的地方提供永久性固定的軌道，并需業主方確認。SCR裝置檢修和維護用的全部固定式和移動式起吊設施的生根結構及檢修用軌道梁由設計方提供。本工程主要設備一覽表見表3-1。三 煙氣脫硫脫硝一體化裝置投資估算對SCR煙氣脫硝系統有關設備、電氣、儀表等的固定投資估算見表3-1：表3-1 SCR煙氣脫硝裝置投資費用一覽表序號設備名稱規格單位數量材質單價（萬元）合價（萬元）一、設備01吸收劑輸送系統01.1氨水罐3400×3800 35m3個1CS221.2氨水泵Q=0.72m3/h H=65mN=2.2Kw臺2CS0.40.81.3工藝水罐3400×3800 35m3個1Q235B221.4工藝水泵Q=0.72m3/h H=65mN=2.2Kw2CS0.40.82氨水計量混合模塊包括設備、管道、閥門及儀表等整套系統84氨水噴射系統0氨水噴槍流量225L/h個4316L0.525SCR反應器0SCR本體3000×2000×9000個1Q245B66填料低溫板式催化劑：TiO2/V2O5/MO2O3催化劑基材：不銹