白城發(fā)電公司脫硝培訓(xùn)資料（一）

SCR工作原理、系統(tǒng)布置趙志文2021/6/121一、引言

氮氧化物（NOx）是繼粉塵和硫氧化物（SOx）之后燃煤電站環(huán)保治理的重點(diǎn)，因此根據(jù)相關(guān)環(huán)境法律法規(guī)的要求，需要在燃煤鍋爐尾部加裝脫硝裝置。煙氣脫硝應(yīng)用較多的是選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）及SNCR/SCR聯(lián)合技術(shù)，由于高的還原率及技術(shù)的廣泛使用，選擇性催化還原（SCR）已成為目前國內(nèi)外電站煙氣脫硝的主流技術(shù)。2021/6/122二、SCR法煙氣脫硝的技術(shù)原理

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)（SelectiveCatalyticReduction）采用氨氣（NH3）作為還原介質(zhì)，國外較多使用無水液氨。基本原理是把符合要求的氨氣噴入到煙道中，與原煙氣充分混合后進(jìn)入反應(yīng)塔，在催化劑的作用下，并在有氧氣存在的條件下，選擇性的與煙氣中的NOx（主要是NO、NO2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。2021/6/123SCR基本還原反應(yīng)式為：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2OSCR主要副反應(yīng)為1.SO2的氧化反應(yīng)，即2SO2+O2→2SO32.NH3和SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，即NH3+SO3+H2O=NH4HSO4SO2的氧化反應(yīng)隨著溫度的升高而加劇，同時(shí)催化劑對此反應(yīng)有催化作用；NH3與SO3的反應(yīng)隨溫度的降低而加劇，NH4HSO4為黏性物質(zhì)，會堵塞催化劑孔隙，降低其活性，同時(shí)還會對下游設(shè)備造成危害。2021/6/124三、SCR法脫硝工藝流程及系統(tǒng)簡介

SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)等組成。2021/6/125

首先，液氨由槽車運(yùn)送到液氨儲罐貯藏，無水液氨的儲存壓力取決于儲罐的溫度(例如20℃時(shí)壓力為lMPa)。液氨通過液氨蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水，被減壓蒸發(fā)輸送至液氨緩沖罐備用,緩沖罐中的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后送至氨氣/空氣混合器中,這時(shí)鼓風(fēng)機(jī)向氨氣/空氣混合器中鼓入與氨量成一定配比的空氣，形成氨氣體積含量為5%的混合氣體，經(jīng)稀釋的氨氣通過噴射系統(tǒng)中的噴嘴被注入到煙道隔柵中，與原煙氣混合。在噴嘴數(shù)量較少的情況下，為了獲得氨和煙氣的充分均勻分布，要在反應(yīng)塔前加裝1個(gè)靜態(tài)混合器。鍋爐省煤器后煙氣與氨氣混合后，進(jìn)入反應(yīng)塔，在催化劑的作用下，煙氣中的NOx與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，煙氣在反應(yīng)塔中與高溫催化劑的反應(yīng)最佳溫度為370～440℃。2021/6/126四、脫硝反應(yīng)劑制備系統(tǒng)(NH3區(qū))

反應(yīng)劑制備系統(tǒng)(NH3區(qū))包括了氨儲存系統(tǒng)和氨與空氣混合系統(tǒng)，主要設(shè)備有卸氨壓縮機(jī)、液氨儲罐、液氨蒸發(fā)器、緩沖罐、稀釋風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器、氨稀釋槽及廢水泵等。2021/6/1271.卸氨壓縮機(jī)

卸氨壓縮機(jī)的作用是把液態(tài)的氨從運(yùn)輸?shù)墓捃囍修D(zhuǎn)移到液氨儲罐中。卸氨壓縮機(jī)一般為往復(fù)式壓縮機(jī)，它抽取槽車的液氨，經(jīng)壓縮后將液氨槽車的液氨推擠入液氨儲罐中。由于槽車向儲罐供氨的過程中，隨著槽車氨量的減少，其壓力也不斷下降，甚至影響繼續(xù)供氨，因此使用卸氨壓縮機(jī)提高槽車罐內(nèi)的壓力，以保證其罐內(nèi)的液氨可全部順利卸出。卸氨壓縮機(jī)為水冷型壓縮機(jī)，采用工業(yè)水作為冷卻水并直接排放。2021/6/1282.液氨儲罐

液氨儲罐是SCR脫硝系統(tǒng)液氨儲存的設(shè)備，一般為能夠承受一定壓力載荷的罐體。儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)斷閥和安全閥作為儲罐液氨泄露保護(hù)所用。儲罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當(dāng)儲罐罐體溫度過高時(shí)自動(dòng)淋水裝置開啟，對罐體噴淋降溫。同時(shí)，液氨儲罐還必須有必要的接地裝置。氨儲罐選用臥式罐，設(shè)計(jì)壓力取介質(zhì)在50℃時(shí)的飽和蒸汽壓力的1.1倍，工作溫度-15～40℃。儲罐還裝有溫度計(jì)、壓力表、液位計(jì)和相應(yīng)的變送器信號送到主體機(jī)組控制系統(tǒng)。當(dāng)儲罐內(nèi)溫度高于40℃或壓力高于1.55Mpa時(shí)報(bào)警。儲罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線，當(dāng)儲罐罐體溫度高于33℃時(shí)自動(dòng)淋水裝置啟動(dòng)，對罐體自動(dòng)噴淋降溫至28℃左右。2021/6/1293.液氨蒸發(fā)器

液氨蒸發(fā)器一般為螺旋管式。管內(nèi)為液氨，管外為溫水浴，以蒸汽直接噴入水中加熱至40℃，再以溫水將液氨汽化，并加熱至常溫。蒸汽流量受蒸發(fā)槽本身水浴溫度控制調(diào)節(jié)。當(dāng)水的溫度高于55℃時(shí)則切斷蒸汽來源，并在控制室DCS上報(bào)警顯示。蒸發(fā)罐上裝有壓力控制閥將氣氨壓力控制在0.2MPa。當(dāng)出口壓力達(dá)到0.38MPa時(shí)，切斷液氨進(jìn)料。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測器。當(dāng)溫度低于10℃時(shí)切斷液氨進(jìn)料，使氨氣至緩沖槽維持適當(dāng)溫度及壓力。2021/6/12104.緩沖罐

緩沖罐又叫蓄積槽，液氨經(jīng)過液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)為氨氣后進(jìn)入緩沖罐，其作用是對氨氣進(jìn)行一個(gè)緩沖作用，保證了氨氣有一個(gè)穩(wěn)定的壓力。緩沖罐的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要有氨氣的進(jìn)出口、安全閥以及排污閥等。2021/6/12115.稀釋風(fēng)機(jī)

稀釋風(fēng)機(jī)的作用是將稀釋風(fēng)引入氨/空氣混合系統(tǒng)。稀釋風(fēng)的作用有三個(gè)：一是用于控制；二是作為NH3的載體，通過噴氨格柵（AIG）將NH3送入煙道，有助于加強(qiáng)NH3在煙道中的均勻分布；三是稀釋風(fēng)通常在加熱后才混入氨氣中，這有助于氨氣中水分的汽化。因此，在引入稀釋風(fēng)后需要增加一個(gè)稀釋風(fēng)的加熱器，通常采用蒸汽或電加熱器加熱的方法，個(gè)別的工藝流程采用以蒸汽加熱為主，電加熱為輔的方式。稀釋風(fēng)一般為常壓且無腐蝕性，因而稀釋風(fēng)機(jī)可按普通風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)選取。稀釋風(fēng)機(jī)的選擇需滿足SCR系統(tǒng)脫除最多NOx時(shí)NH3所需要的稀釋風(fēng)量的要求。2021/6/12126.氨/空氣混合器

氨氣在進(jìn)入噴氨格柵前需要在氨/空氣混合器中充分混合，氨/空氣混合器有助于調(diào)節(jié)氨的濃度，同時(shí)氨和空氣在這里充分混合有助于噴氨格柵中噴氨分布的均勻。氨氣與來自稀釋風(fēng)機(jī)的空氣混合成氨氣體積含量為5%的混合氣體后送入煙氣中。2021/6/12137.氨氣稀釋槽及廢水泵氨氣稀釋槽一般為立式水槽。液氨系統(tǒng)各排放處所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽底部進(jìn)入，通過分散管將氨氣分散至稀釋槽水中，并利用大量水來吸收安全閥排放的氨氣。廢水泵的作用是把稀釋槽中的廢水抽取排到電廠的廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理排放。由于脫硝系統(tǒng)中的廢水具有一定的腐蝕性，因此要求泵具有耐腐蝕能力。泵的容量取決于排水處理設(shè)備的廢液接收能力。2021/6/1214五、氨噴射（AIG）系統(tǒng)

煙氣流場是選擇性催化還原法（SCR）脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，目標(biāo)是使煙氣中的氮氧化物和還原劑氨（NH3）達(dá)到最佳湍流混合。混合系統(tǒng)一般由AIG裝置和導(dǎo)流裝置構(gòu)成。為了控制噴氨格柵上游煙道整個(gè)橫截面和反應(yīng)器入口橫斷面氣流的溫度分布及煙氣流速，有時(shí)需要使用靜態(tài)混合器。另外，在煙氣轉(zhuǎn)向處安裝導(dǎo)流板，以確保煙氣流動(dòng)方向正確，也是使整個(gè)SCR系統(tǒng)的壓力損失降到最低的必要措施。2021/6/1215目前較成熟的氨氣注入方式有傳統(tǒng)的噴氨格柵及導(dǎo)流板。氨噴射系統(tǒng)位于SCR反應(yīng)器上游煙道內(nèi)，由一個(gè)給料總管和數(shù)個(gè)連接管組成。連接管給分配管供料，分配管給數(shù)個(gè)配有噴嘴的噴管供料。傳統(tǒng)的噴射格柵按混合器長期運(yùn)行后會出現(xiàn)噴嘴堵塞現(xiàn)象，造成混合不均勻，而且系統(tǒng)調(diào)節(jié)復(fù)雜。2021/6/1216六、SCR法脫硝反應(yīng)塔系統(tǒng)在不使用催化劑的條件下，氨與NOx發(fā)生化學(xué)的溫度需要980℃。如果加入催化劑，反應(yīng)溫度可以降低到320～400℃。反應(yīng)催化劑一般采用TiO2為基體的V2O5和WO3混合物，具體配方根據(jù)煙氣參數(shù)確定。

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反應(yīng)器是SCR裝置的核心部件，是提供煙氣中的NOx與NH3在催化劑表面上生成N2和H2O的場所。反應(yīng)器設(shè)計(jì)影響SCR系統(tǒng)的投資成本和運(yùn)行成本，以及催化劑用量等方面。有兩種SCR反應(yīng)器形式，一種是完全SCR反應(yīng)器，另一種是安裝在管道內(nèi)的SCR反應(yīng)器。完全SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)是將催化劑放置在單獨(dú)的反應(yīng)器空間內(nèi)，鍋爐煙氣用管道從省煤器出口輸送到SCR反應(yīng)器，完成脫NOx后，接著再到空氣預(yù)熱器進(jìn)口。完全的SCR反應(yīng)器允許每一層安裝大量的催化劑，增加NOx的脫除量和催化劑壽命，也增加了可用于在進(jìn)入反應(yīng)器之前混合反應(yīng)物的管道長度。然而，單獨(dú)的反應(yīng)器需要大量鄰近鍋爐的空間來安裝反應(yīng)器和管道，增加的管道系統(tǒng)阻力通常需要增加引風(fēng)機(jī)的能力。2021/6/1218

SCR反應(yīng)器可以安裝在鍋爐的不同位置，主要有以下3種布置方案：高溫高飛灰煙氣段布置、高溫低飛灰煙氣段布置低溫低飛灰煙氣段布置。高溫高飛灰煙氣段布置：反應(yīng)塔直接安裝在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，布置在靜電除塵器前面。優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)人反應(yīng)塔的煙溫為320～430℃，適合于大多數(shù)催化劑所要求的工作溫度，由于煙溫很高，不需要再加熱，初投資及運(yùn)行費(fèi)用較低，技術(shù)成熟，性價(jià)比最高。此種布置方式在新建及改造電廠中應(yīng)用最為廣泛；缺點(diǎn)是此段煙氣飛灰含量高，易引起催化劑表面磨損，必要時(shí)需對催化劑進(jìn)行硬化處理，催化劑孔徑易被飛灰顆粒和硫酸氫氨晶體堵塞，且飛灰當(dāng)中的重金屬(鎘、砷)易引起催化劑中毒，表面失去活性，所以，反應(yīng)塔要配備過熱蒸汽吹灰器，對催化劑表面進(jìn)行定期吹掃。2021/6/1219七、吹灰系統(tǒng)我國燃煤電廠的煙氣中灰分普遍較高，實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)的飛灰積聚現(xiàn)象十分普遍，有的嚴(yán)重影響了SCR系統(tǒng)催化劑活性和壽命，所以必須在SCR反應(yīng)器中安裝吹灰器。目前較多應(yīng)用的是蒸汽和聲波兩種吹灰技術(shù)，相對來說，聲波吹灰器的采購和系統(tǒng)安裝費(fèi)用較低。聲波吹灰器通過發(fā)射低頻、高能聲波，在吹掃過程中產(chǎn)生振動(dòng)力，清除設(shè)備積灰。聲波吹灰系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對于機(jī)組和脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。因此,無論是否噴氨,只要鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行,就應(yīng)