脱硝基础知识培训.ppt

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1、脱硝概述,NOx的来源： 电厂的燃料燃烧 NOx的组成： 95%NO，5%NO2 NOx的危害： 损害人体健康、可致命、酸 雨、光化学烟 雾、臭氧空洞 NOx的排放量：4801900mg/Nm3 我国对火电厂NOx的控制： GB13223-2011,1、烟气脱硝研究背景：,不同年份火电厂NOX排放量比较：,火力发电厂排烟中的NOX浓度虽然低，但总量极大。越来越引起密切关注。,GB13223-2011：火力发电厂锅炉及 燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度,燃烧过程中： 空气分级燃烧 、浓淡燃烧、 烟气再循环、低氮燃烧器等 燃烧过程后： SCR 选择性催化还原法 SNCR 选择性非催化还原法 湿法

2、脱硝 电子束法脱硝,2、NOX 控制的主要方法：,各种降低NOX方法的比较：,备注：1、除了SCR外，其余各种方法对不同形式锅炉降低NOx的排放效果差别较大 2、除了SCR外，其余各种方法对锅炉的性能都有影响 SCR工艺成为目前世界上先进的电站烟气脱硝技术，在全球烟气脱硝领域市场占有率高达98%。,各种控制方法的效率：,1950年，美国人首先提出SCR概念 1959年，美国Eegelhard公司，申请了SCR技术的发明专利 1972年，日本正式开始研究和开发 1983年，日本竹原电厂3号机组700MW，SCR运行成功，脱硝率80% 1984年，德国引进SCR技术，建立第一个SCR脱硝燃煤电厂

3、1993年，美国第一套燃煤SCR装置，在新泽西州的285MW电厂建成 日本配备SCR脱硝装置超过300套，占总装机容量的93% 德国装有SCR装置电厂的总装机容量，已超过60000MW，50MW以上电厂都配了SCR脱硝系统 美国已经将这种方法作为大型火电厂脱硝的重点应用技术。,3、SCR脱硝技术的发展史：,4、SCR反应原理图：,间接化学反应及副作用, 当烟气温度超过规定值（430）时，易发生氨氧化反应，并增加NO的浓度和减少有效NH3的量，而且催化剂易烧结失去活性。 在催化剂活性物质钒的作用下，烟气中的SO2在高温和氧气作用下一部分被氧化成SO3，称之为SO2/SO3转化率，该值一般被控制在

4、1.01.5%,其高低与烟温、催化剂特性、含氧量、SO2浓度有关。 由于运行SCR时，烟气中SO3浓度升高，在低温（320）条件下，易生成硫酸氨和硫酸氢氨，将会在催化剂和下游设备上沉积腐蚀；,SCR装置布置在锅炉省煤器后，对锅炉性能影响小； 脱硝去除率高，可达90%以上； 脱硝装置性能可靠、稳定，设备可用率达98%； 催化剂寿命长，使用时间可长达24000小时； NH3逃逸率低,可达25ppm； SO2/SO3转化率低，可达0.51%； 无其他副产品,无二次污染。,5、SCR脱硝工艺特点：,6、SCR工艺系统组成和布置：,系统组成： 烟气系统 脱硝反应塔 催化剂 吹灰系统 烟道系统 混合器 氨

5、喷射系统 氨制备系统 氨存储制备系统 氨/空气混合系统,典型布置： 反应区： 煤粉炉 高尘布置、低尘布置 燃气轮机 氨存储制备区,常规燃煤电厂SCR系统：高含尘布置,常规燃煤电厂SCR系统：低含尘布置,高含尘布置 是催化剂活性最佳的温度区间。 尘对催化剂的冲刷和活性降低影响大，催化剂工作寿命一般为23年 。 SO2对脱硝有影响。 低含尘布置 提高催化剂的工作寿命，可达到35年。 需要外界提供大量的加热能量，系统复杂，增加了能耗和运行成本。,SCR布置比较：,火电厂SCR系统典型流程图,烟气系统： 含进出口烟道、旁路烟道、省煤器旁路烟道、密封风机、烟气混合器、挡板、膨胀节。 含反应器，催化剂，吹

6、灰器。,7、SCR系统-烟气系统：,旁路烟道：布置在SCR反应器入口与空预器入口之间。 因在美国，SCR在夏季臭氧季节运行，冬季关闭，中间存在停运时间，但为了正常发电和延长催化剂使用寿命，在有这种运行要求的电厂中专门设置了SCR旁路。,脱硝反应器：,催化剂的安装及更换：,催化剂使用管理曲线：,目前国外SCR中催化反应塔 清灰方式主要分为蒸汽吹灰和声波吹灰。 蒸汽吹灰： 清灰彻底，能有效清除积灰。 但消耗蒸汽量大，机械维护量大 ，运行费用高，操作不当，可能 造成烟气过湿，造成粘灰和腐蚀。,催化剂吹灰系统：, 声波吹灰器：是通过声波发生器将压缩空气调制成高强声波，声波在塔内空间里传播，引起催化剂表

7、面积灰粒子循环往复的振动，对灰粒之间及管壁之间的结合力起到减弱和破坏的作用，同时在灰粒本身重量或烟气冲刷力作用下，不能连续沉积，同时部分被烟气带走。 优点是投资低，运行费用低，但不能有效地移除积灰，只能防止粉尘沉积。, 氨稀释系统：主要设备为稀释空气风机（或采用锅炉一次风）和氨/空气稀释混合器，保证将纯NH3稀释在5%以内，避免自然或爆炸。 氨喷射系统：包括氨气母管、喷氨阀门站、喷氨格栅、喷嘴。 喷氨格栅布置在反应器入口前一定距离处的直段烟道上，将烟道截面划分为多个独立的喷氨小区域，每个区域的氨流量可精确控制，确保氨气均匀注射到烟气中。 若要求较高的脱硝率或烟道距离较短，则必须在氨喷射格栅后增

8、加烟气混合器，以保证NH3与烟气的混合效果。,氨稀释及喷射系统,氨/空气稀释系统：,SCR反应区典型布置图：,SCR反应区典型布置图：,液氨纯 NH3 氨水NH3 H20 尿素 CO ( NH2 ) 2,还原剂的种类：,还原剂的比较：,SCR系统-液氨制备系统：,液氨制备系统主要设备: *卸氨压缩机：根据卸氨时间确定。 *液氨储罐：一般采用卧式储罐，严格按压力容器设计标准执行，并考虑有必要的遮阳装置。 *液氨蒸发器：采用电或蒸汽加热方式 * 氨气缓冲罐：根据缓冲时间确定。 *氨检测系统：由于氨为有毒易燃气体，液氨储存及供应系统周边设有氨气泄露检测器，以检测和显示大气中氨的浓度，并及时报警。 *

9、氨系统消防: 采用水喷淋系统。,液氨系统布置要求: 由于氨为有毒、易燃气体，属乙类危险品，按国家标准要求规定，氨系统设备距离周边建筑物消防距离一般要求为2530m，氨区域内相关设备布置也有规定的消防距离。,无色气体,有刺激性恶臭味，熔点-77.7，沸点-33.35。自燃点651.11。氨蒸气与空气混合物爆炸极限1625%(最易引燃浓度17%)，氨在20水中溶解度34%。 人接触553mg/m3可发生强烈的刺激症状，可耐受1.25分钟; 35007000mg/m3浓度下可立即死亡。中国车间卫生环境标准要求氨泄露为30mg/m3。 氨为有毒、爆炸气体，须储存于阴凉、通风良好、不燃结构建筑的库房。泄

10、露时必须采用水喷淋消防系统 。,液氨特性：,根据在线采集的前馈和反馈数据，对反应器中的烟气温度、氨的喷入量、各阀门的开关、吹灰器的起停等进行自动控制。 了解催化剂的活性状况 降低运行成本,8、控制系统：,入口NOX浓度,锅炉运行工况,燃料特性,设定脱硝效率,控制分析软件,催化剂状态参数,NH3的流量,控制系统示意图：,脱硝率 氨的消耗量 氨的逃逸率 催化剂寿命 SO2/SO3 的转化率 系统阻力,9、典型的SCR系统性能保证内容：,第一层催化剂入口烟气的均匀性 入口烟气速度偏差 入口烟气温度偏差 入口NH3/NOX摩尔比绝对偏差 催化剂的质量 化学使用寿命（保证脱硝效率等的使用时间） 机械使用

11、寿命 氨的逃逸率 SO2/SO3转化率 阻力 改造项目 工期,10、SCR脱硝工程的关键：,1、烟气速度分布偏差：Cv15%； 2、烟气温度分布偏差：20； 3、NH3/NOx浓度分布偏差： 脱硝率80%时： Cv10%； 脱硝率8090%时： Cv5%； 脱硝率90%时： Cv3%；,烟气流场性能要求：,设计不佳导致的积灰：,场地空间的局限性 烟气系统压降增加，需校核引风机的出力 校核锅炉的防爆压力 对锅炉空预器的改造 对原锅炉的构架加固和 基础处理 对锅炉烟道的改造 可能需对除尘器加固 管道和电缆铺设改造 电厂控制系统的改造,11、SCR脱硝技术改造工程的特殊性：,1、SCR操作对锅炉烟气

12、成份的影响： 1）SCR操作时只喷入少量的氨和稀释空气（600MW机组约500kg/h，稀释风量约15000Nm3/h），使NOx反应还原成N2和H2O，该部分对锅炉烟气量而言，是微量反映，因此对烟气成分参数并无影响； 2）反应器及烟道有适当保温，因此回到空气预热器，烟气温度微下降23； 总之SCR对空预器入口的烟气量和温度基本无影响。,12、增加SCR脱硝装置对锅炉系统的影响：,2、对锅炉岛总体布置的影响 在没有装设SCR装置的型锅炉上，通常将回转式空气预热器布置在省煤器下方，一次风机和送风机布置于空气预热器后。 同步装设SCR装置的锅炉，为了烟道布置顺畅、减少烟气则阻力且为SCR装置留有足

13、够的布置空间，一般将空气预热器拉出，布置在锅炉尾部受热面最后一排柱外侧，在空气预热器上方布置SCR装置，为了节约占地，可将一次风机和送风机布置于空气预热器前、省煤器下方。,3、对锅炉钢结构的影响 装设SCR装置的锅炉，支撑SCR装置的钢架通常是与锅炉钢架为同一联合体系，不论SCR装置布置在锅炉钢架内或外，锅炉钢架均要承受一定的荷载。改造机组必须校核钢支架强度。 4、对锅炉炉膛承压设计的影响 由于装设了SCR装置后，600MW机组烟气侧阻力要增加1000Pa左右，引风机的风压会相应提高，因此，要对炉膛的承压设计进行核算。,5、对空预器设计及其性能影响 由于在催化反应中SO2将转化成SO3，除了生

14、成黏性的硫酸氢铵以外,反应器下游的SO3也会有明显的增加，使得烟气露点温度提高,并在空气预热器冷端受热面上凝结成硫酸，从而对受热面造成腐蚀。 设计影响： 空预器在防止堵塞和冷段清洗方面须作如下特殊设计： 热元件采用高吹灰通透性的波形； 合并传统的冷段和中温段，其冷段传热元件增高； 冷段层采用搪瓷表面传热元件； 空预器吹灰次数增加，吹灰器采用双介质，常规吹灰介质为蒸汽，停机清洗介质为高压水等。,性能影响： *由于传热元件高度增加，空预器烟气、空气阻力通常增加150200Pa； *逃逸的NH3与烟气中SO3和H2O形成NH4HSO4，在温度150230范围内它会对空预器冷段形成强烈腐蚀；同时，造成

15、空预器的积灰。据测试结果表明，若氨逃逸率为3ppm，空预器运行6个月后阻力增加约50。 *空预器烟气侧负压增加较多，其漏风压差增加，通常空预器漏风率增加约0.81.5。,7、对引风机的影响 由于脱硝剂的喷入量相对烟气量较少，对吸风机风量影响可以忽略不计；但因SCR的阻力增加约1000Pa，使引风机的风压相应提高，其功率也相应增加，600MW机组功率也相应增加约1000KW。 8、对除尘器的影响 只要合理控制氨的逃逸率（一般控制在3ppm以下），SCR脱硝装置对除尘器性能和运行影响不大，但需对除尘器壳体压力设计值进行核算。,凯迪的脱硝技术,凯迪于2005年引进美国巴威（The Babcock W

16、ilcox Company）公司的SCR烟气脱硝技术。 BW通过提供技术支持 和系统性能保证，全面支持凯迪脱硝技术在中国的推广，为我公司在脱硝行业的发展提供强有力的技术支持。,脱硝技术的引进：,技术特点：, 优化的喷氨系统 优化的静态混合器 丰富的爆米花灰处理经验 物理模型和CDF流场模拟为节约成本提供有利保障,含氨/空气母管、喷氨格栅、喷嘴、管路阀门等。 将烟道断面划分为多个独立的区域。对每个区域的氨流量精确控制。 优点：提高脱硝率 减少了NH3的消耗 降低了NH3的逃逸率 减少了硫酸铵、硫酸氢铵的生成,喷氨系统：,喷氨系统：,喷氨系统典型的阀门组站：,脱硝高效率 对烟气流速、浓度、温度的不

17、平衡高效修正 对混合长度要求降至最低 现场调试的时间大幅降低，由几周缩短到几天 氨逃逸率降低，减少氨的消耗,静态混合器,BW结构工程标准是BW公司在AISCASD设计规范和ASME规范基础上总结出的一套设计标准。它主要用于高温下的烟道设计及钢结构设计。 它将本来用于常温下的AISCASD设计规范各种应力和许用应力计算公式进行高温状态下调整，并考虑了ASME标准的影响。规定了各种材料在高温下的最高使用温度。 对SCR反应器支架，它给出了相应材料在高温下的蠕变失效强度曲线，便于反应器支架设计的选材和设计。,SCR反应器：,设计要保证入口的烟气速度场、温度场、 NH3/NOx浓度场分布均匀。 方法：

18、 计算流体动力模型（CFD） 实物模型,SCR反应器：,国家级企业技术中心 国家级企业研究开发中心 是国内少数几家唯一可以进行真实大型复杂结构及内部两相流数值计算的企业。,凯迪研发中心实力雄厚的技术支撑平台：,模拟实例：,图1： NH3/NOx摩尔比 （无烟气混合器，无喷氨区域调节）,图2：NH3/NOx摩尔比 （有烟气混合器，无喷氨区域调节）,图3：无调节时，喷入氨的区域分配图,图4：NH3/NOx摩尔比 （有烟气混合器，有喷氨区域调节）,（计算机模拟CFD） 反应器入口NH3/NOx摩尔比分布,整流器后（催化剂入口）烟气速度矢量分布：,一般采用1/12的比例。包括从省煤器出口到空预器入口： 使烟气速度均方根速度偏差小于反应塔入口平均速度的15%。 使系统压降最小 使氨与烟气均匀混合 使积灰最少 获得与省煤器旁路烟气的均匀混合。,实体模型：,某燃煤电厂SCR系统的1：12实物模型：,