XXX电厂660MW机组烟气脱硝工程(SCR)培训讲义PPT课件

3.燃烧过程NOx的生成形式
1）燃料型NOx（ Fuel NOx）: 燃料本身所含的氮的有机物诸如喹啉(C5H5N)、吡啶(C9H7N)等，
在高温下释放出氮并继而氧化生成的NOx。
2）温度型或热力型NOx（Thermal NOx）: 燃烧时空气中的Ｎ2在高温下被O根和OH根以及分子O2氧化生成
的NOx。
脱硝反应原理
SCR是Selected Catalytic Reduction的缩 写，中文全称为“选择性催化还原法” SCR 技术是在金属催化剂作用下，以NH3作为还原 剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中 的残余的O2反应，因此称这种方法为“选择 性”。主要反应方程式为：
4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O
心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的分析仪表位置设置位置分析计设置目的气体温度计氨注入控制及监视氨流量控制及监视脱硝装置入口压力测点脱硝压差监视氨流量控制及监视脱硝装置出口压力测点脱硝压差监视心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的脱硝装置总体布置本工程脱硝装置采用选择性催化还原法scr脱硝技术每台机组装设2台脱硝反应器
3）快速型或速度型NOx（Prompt NOx）: 碳氢燃料燃烧在燃料过多时生成的NOx。
4.影响NOx生成量的主要因素
影响因素： 温度 氧浓度 燃料含氮量 反应时间
生成量与燃烧方式有很大关系，因此不能像 硫氧化物一样通过燃料所含元素的物质平衡计 算得到。
(1) 温度的影响
NOx的生成量与温度的关系曲线 （Zelkowski，1986）
Fig. 1-3 过量空气系数与NOX生成量的关系
(4) 停留时间
化学反应需要一定的时 间完成，右图是甲烷燃 烧时NOX生成量在不同 温度下与时间的关系。 该图显示，达到一定时 间后，氮氧化物生成量 将不再提高。
Fig 1-4 时间与NOX生成量的关系
关于影响NOx生成量的因素的小结
Zeldovieh的链式反应机理LdeSoete，1981]描述了这 类反应过程并且表明一旦达到某个给定的“边界温 度”，NOx的生成量与温度成指数关系。在煤粉燃烧 装置常规氧量运行条件下，这个“边界温度”大约为 1300℃。
燃烧过程中氮氧化物的生成
1. 生成原理 高温下N2与O2反应生成NO、NO2，和
一定量的N2O:
N2+O2=2NO N2+2O2=2NO2 2N2+O2=2N2O
2.燃烧生成的氮氧化物的组成成分
燃烧过程中产生的氮氧化物主要是 NO和NO2——被统称为NOx，以及少 量的N2O。在绝大多数燃烧方式中， 产生的NO占90%以上。
XXXX660MW机组 烟气脱硝工程（SCR）
培训讲义
脱硝基本概念
脱硝的构成 脱硝的原料 脱硝反应原理 脱硝的设计参数 脱硝的工艺流程
脱硝工艺的构成
整个SCR烟气脱硝系统分为两大部分， 即SCR反应器和液氨存储及供应系统。
液氨存储及供应系统
九台电厂2×660MW机组脱硝工程设计采用一套氨储
喷氨栅格是氨注入到脱硝反应器中的装置。
为了防止喷嘴堵灰并容易清扫，考虑以下几点：
① 防止喷嘴堵塞 喷嘴朝向烟气流动的方向，这样就不容易堵塞，另外，从 设备启动到停止持续加入稀释空气，防止灰尘流入喷嘴内。 ② 便于喷嘴清扫 喷嘴采用方便分解、清扫的螺旋构造。 （3）吹灰系统 设计方根据本工程飞灰特性及燃煤波动较大的特点，为保 证催化剂的脱硝效果，在脱硝反应器后侧每层催化剂布置5 台耙式蒸汽吹灰器，在脱硝反应器前侧每层催化剂布置5个 声波吹灰器。每台锅炉脱硝装置有两个反应器,每个反应器 设有两层吹灰器。每台锅炉脱硝装置共布置20台耙式蒸汽 吹灰器和20个声波吹灰器。吹灰控制纳入主机DCS控制系统 中。
反应器
脱硝反应器系统主要包括：脱硝反应器进出口烟道、进行改造的 钢构架、脱硝装置构架、氨喷射系统、脱硝反应器、催化剂、吹 灰器及催化剂装卸系统等。
脱硝反应器是脱硝装置的本体，采用排气从上向下流的气体纵流 型，由整流反应器入口气体的整流层和使脱硝反应进行的催化剂 层构成。
SCR反应器为2个宽10.92米、深17.46米、高17.31米的壳体。内 部布置有导流板、整流栅格、碎灰装置、桁架、催化剂（2层运行， 1层备用）、催化剂支撑梁、加强筋、起吊导轨、吹灰器等装置。
FBC锅炉中的N2O生成物大大高于一般燃烧系统。流化床燃烧装 置由于燃烧温度较低．N2O的破坏非常缓慢。烟煤煤粉炉的N2O排 放值平均低于5mg／MJ，而没有专门措施的FBC锅炉N2O排放值 为50到150mg／MJ[ECE，1990]．
SCR有降低N2O的能力[Kildsig和Morsing,1991；Andersson 等．1989]
催化剂
➢催化剂应具备以下特点： ➢高活性 ➢长寿命 ➢低SO3转化率 ➢低磨损 ➢高热稳定性 ➢催化剂废料无害化处理 ➢低压损
催化剂形式
催化剂的形式采用均匀蜂窝状。 每台炉共布置198个催化剂模块，催 化剂模块放在反应器内部的支撑梁上。 本项目采用蜂窝状催化剂，2层运行1 层备用，每个反应器每层布置模块数 为9x11块，共2层。每台炉共布置396 个催化剂模块，催化剂模块放在反应 器内部的支撑梁上。每个模块的横截 面为1910mm×970mm。
燃料成分对NOX生成的影响比较复杂， 不但与含量有关，还因不同燃料会产生不
同的燃烧温度，（比如甲烷 methane燃烧 温度为3334 o F ， 而氢 hydrogen为3652 o F），而叠加上温度的影响。
(3) 过量空气系数 一般而言，过量空气系数高将导致NOX生成量高，因为
参与反应的O2充足，见下图。但太高将由于温度下降产生相 反的影响）。
高温烧结改变了催化剂的分子结构。正常的催化剂是晶体结构以提供最大限度的反应面积。 而高温使催化剂分子结构改变从而大幅度减少反应面积。
催化剂在运行过程中是个缓慢烧结的过程。催化剂的寿命在设计时考虑了烧结率。
因此，烟气温度超过了催化剂的使用上限会加速烧结，从而影响催化剂的性能。
为了避免烧结保证催化剂性能，烟气温度必须低于400℃。
(1)
NO+NO2+2NH3 ─>2N2+3H2O
(2)
催化剂
华能九台电厂 脱硝工艺流程简介
对选择性催化脱硝系统的基本要求
由于烟气中的NOx浓度较低而 烟气量很大，所以对SCR系统中催 化剂的效率和热稳定性的要求很高。 烟气温度对脱硝装置中催化剂的影 响很大。所以将脱硝装置设置在省 煤器和预热器之间以保证合适的反 应温度。 整个脱硝装置主要包括催化剂、反 应器、氨系统。下面逐一介绍。
SCR催化剂的成分
催化剂由三部分组成： （1）基体（担体、承载材料）
TiO2、A12O3、Fe2O3、SiO2等金属氧化物， 不锈钢筛网板等 （2）活性成分
WO3 、V2O5、MoO3等，含量1-15%。 （3）添加剂和粘合材料
TiO2、SiO2等
基体和添加剂、粘合剂也可以具有催化作用时间和氧浓度增高而增 大。
尽管随着氮含量的增加燃料氮的转换率降低，但NOx 排放总量却会增加。
N2O的生成
N2O生成于燃烧的早期阶段，并在高 温条件下被迅速破坏，所以在大多数燃 烧工艺过程中的排放值均比较低。
几种情况对N2O生成量的影响
采用低NOx燃烧惜施如低NOx燃烧器没有表现出来任何增加N2O 排放的倾向。
温度是影响最力强的一个因素，尤其是达到某温度后，NOx的生成量与温度成指数 关系。该温度称为“边界温度”，在煤粉燃烧装置常规氧量运行条件下，这个 “边界温度”大约为1300'C。
(2) 燃料含氮量
燃烧时，燃料中的含氮成分与含氧物质发 生反应的生成物有两种可能：
- 形成一氧化氮
-与含氮的物质反应(主要是NO本身)
催化剂模块应避免受潮。如果模块在运输或保管过程中受潮会暂时失去活性。
中毒
烟气中的某些物质会使催化剂中毒从而破坏或降低催化剂的性能。下面介绍使催化剂中毒的 物质：
重金属如砷
硫、硅、磷和有机硅
铝的化合物、磷酸盐
硫酸氢氨、硫酸氨
喷氨栅格
每个反应器的入口烟道均布置有一组喷氨栅格，每组喷 氨栅格由144根喷管组成（其中72个长喷管、72个短喷管）， 喷管规格Φ60×4。每根喷管上装有14个喷嘴，左右各7个， 成90度夹角，喷嘴规格Φ38×5。每个喷嘴中间均采用螺纹 连接，螺纹外侧装有套管，套管规格Φ42×5，套管内部装有 截流孔板，方便检修与更换。1根短喷管与1根长喷管组合在 一起，中间用钢板连接。为了防止烟气对喷管的磨损并加强 对烟气的扰动提高烟气与氨气的混合均匀度，在长喷管的下 部设有挡灰板，挡灰板规格δ6mm，2980×250mm。每4个 喷管在烟道外汇集进入小集箱，小集箱规格Φ159×7，每个 反应器有18个小集箱，18个小集箱汇集进入大集箱，大集箱 规格Φ480×5，每台炉共有2个大集箱。
形成氮分子。即燃料氮并非转化为NO。
转化为NO氮
转化率= ———————— 原始燃料中的氮
不同种燃料转化率不一样，而对于同一 种燃料，燃料氮的转换率随着氮含量的增 加而降低，见右图。
尽管随着氮含量的增加燃料氮的转换 率降低，但NOx排放总量却会增加。
Fig 1-2 不同燃料的转化率 [Kolar，1990]
理化性质：无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。分子 量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7℃。沸点-33.35℃。自燃 点651.11℃。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7℃)。蒸气与 空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。水溶液呈碱 性,0.1N水溶液PH值为11.1。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和 涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达 到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物 质存在,则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物 可达到沸腾。二台炉用量为724kg/h.
TE PT AX AT NH3
华能九台电厂热机系统图
脱硝原料
氨; 液氨; Ammonia; CAS: 7664-41-7；《危险化学品名录》 （2002版）中被分为：第2类 压缩气体和液化气体、第3项 有毒气体；中国危险货物编号：CN No. 23003；联合国危险货物 编号：UN No. 1005。
液氨储存及卸载系统图
华能九台电厂热机系统图
SCR反应系统
SCR反应器布置在锅炉省煤器出口尾部烟道上，空预器之前。 反应器区主要包括：脱硝钢结构平台及扶梯、氨/空气混合器、稀释 风机、喷氨栅格、SCR反应器、反应器进口烟道、反应器出口烟道 等。
SCR反应器为2个宽17.46米、深10.92米、高17.31米的壳体。 内部布置有导流板、整流栅格、碎灰装置、桁架、催化剂、催化剂 支撑梁、加强筋、起吊导轨、吹灰器等装置。
反应器壳体周围设有导向装置，可以满足在热态下自由膨胀。 在反应器进出口烟道上均设有膨胀节。 为防止因内外压差引起变形，在反应器壳体、烟道外部均设有一定 密度的刚性梁。
脱硝装置采用支撑固定方式。反应器内部装置的载荷通过反应 器上部的桁架及壳体外部的刚性梁传递到反应器下部的支撑梁上。
SCR反应系统图
名称
存及供应系统。氨区主要由卸料压缩机、储氨罐、液氨 供应泵、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水 泵、废水池等组成。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。 液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液 氨由槽车输入储氨罐内，利用液氨供应泵将储槽中的液 氨输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽来控 制一定的压力及其流量，然后送达反应器区的氨/空气混 合器，与稀释风机提供的稀释空气混合均匀，然后通过 喷氨栅格喷入反应器。氨气系统紧急排放的氨气则排入 氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵 送至废水处理厂处理。
积灰
烟气中的灰和其他物质堆积在催化剂表面造成烟气和催化剂隔离。
过量的二氧化硫也会造成积灰。未反应的氨、三氧化硫和烟气中的水蒸汽生成硫酸氢氨 （NH4HSO4），液态的硫酸氢氨会粘结烟气中的灰，硫酸氢氨的形态取决于温度，因此在喷 入的氨量确定的情况下要控制温度从而减轻积灰。
由于硫酸氢氨会造成积灰，可以通过一种特定的运行方式来汽化硫酸氢氨从而恢复催化剂的 活性。锅炉可以时常在烟气温度的上限运行几个小时。但是催化剂活性不可能100％恢复。 毛细孔中的硫酸氢氨是不能完全消除的，因此催化剂活性的降低是不可避免的。这种原因造 成的毛细孔堵塞不会太多，不会造成过大的影响。