油气锅炉低温SCR脱硝方案

石化烯烃装置锅炉

烟气处理低温SCR脱硝项目技术方案

中石化宁波设计院

2015年6月10日

1、项目概况

3台油气锅炉烟气脱硝装置，根据目前脱硝技术的发展现状及我公司成熟的技术、设计和实际工程经验，针对本项目的具体情况，采用低温SCR脱硝工艺，SCR反应器布置在空气预热器之前。考虑到厂内具体情况、还原剂的储运方便、安全，拟采用20%左右的氨水为还原剂。本方案为初步技术方案，供业主参考。

2、烟气基本参数

3、烟气排放标准及设计要求

排放标准执行最新超低排放；

二氧化硫50mg/Nm3；

氮氧化物50mg/Nm3；

粉尘30mg/Nm3；

（1）本项目采用低温SCR工艺，脱硝工艺要适用于工程己确定的烟气条件，并考虑烟气变化的可能性；

（2）使用20%氨水作为脱硝还原剂；

（3）烟气脱硝装置的控制系统可进入主机控制系统，也使用PLC系统单独控制；

（4）烟气脱硝效率≥88%；

（5）NH3逃逸量控制在5ppm以下；

（6）脱硝装置可用率不小于98%，服务寿命为20年；

（7）采用成熟的SCR工艺技术，设备运行可靠；

（8）根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资；

（9）脱硝工艺脱硝还原剂、水和能源等消耗少，尽量减少运行费用；

（10）烟气脱硝不能影响原系统出力及正常运行，同时，脱硝系统应具备单独运行、单独检修的要求。

4、烟气处理流程

5、SCR脱硝工艺

SCR工艺系统主要包括烟道系统、SCR反应器、氨喷射系统、氨储存制备供应系统、声波吹灰系统等，下面将分别进行描述。

5.1 SCR脱硝系统

5.1.1 SCR脱硝原理

SCR的全称为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reducation)。催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NO x(NO、NO2)，将NO x转化非污染元素分子氮(N2)，NO x与氨气的反应如下：

4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

SCR系统包括催化剂反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。SCR工艺的核心装置是催化剂和反应器，有卧式和立式两种布置方式，一般采用立式较多。

5.1.2反应器本体

SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。SCR脱硝效率与以下因素有关：

●催化剂质量；

●反应温度；

●停留时间；

●氨氮比；

●氨气与烟气混合均匀程序；

●烟气在SCR反应器内分布均匀程度。

为达到较高的脱硝效率，设计每个功能段时必须考虑以上因素，每个环节均优化设

计。在本项目中，设计进入SCR系统的烟气温度为180℃。

5.1.3喷氨格栅或氨水专用喷枪

喷氨段内安装有喷氨格栅，喷氨格栅上安装有喷氨专用喷嘴，喷氨格栅不仅能将氨气均匀喷入烟气中，而且还有良好的初步混合效果。只有喷氨格栅喷出的氨气均匀，后面的混合器的混合效果才能好。

5.1.4氨气/空气混合器

为使氨气与烟气混合均匀，在喷氨格栅后安装有混合器，混合器采用多层纵向折流板形式，通过折流板的扰流，使烟气与氨气充分混合均匀。混合器依据CFD数值模拟计算结果进行设计，保证氨气混合效果。

5.1.5整流器

混合好氨气的烟气在反应器内的分布均匀程序不仅影响脱硝效率，也影响到氨的逃逸浓度。烟气流速高区域烟气停留时间短，脱硝效率低、部分氨气无法反应而逃逸，虽然烟气流速低区域脱硝效率高，但在烟气分布不均匀时，则总体脱硝效率则低、氨易逃逸。

立式SCR反应器上方烟气流向需要转90°角度，均流器前烟道不仅短，而且也有多个影响气流的局部构件。安装均流器空间小，为使进入催化剂层的烟气分布均匀，均流器采用导流板加均流格栅板形式，导流板和格栅板依据CFD数值模拟计算结果进行设计。保证进入催化剂层的烟气流速均匀程度σ<0.2。

5.1.6催化剂

目前常用的催化剂形式主要为蜂窝式和板式。

(1)蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式，其特点是单位体积的催化剂活性高，达到相同脱硝效率所用的催化剂体积较小，适合灰分低于30 g/m3，灰粘性较小的烟气环境。

(2)板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。板式催化剂以金属板网为骨架，比表面积较小。此种催化剂的特点是：具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性，适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。缺点是单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大，使用的钢结构多。

考虑到本项目的废气气量小而且其中少量颗粒物，气体堵塞催化剂孔道和冲刷磨损催化剂作用较小，所以本工艺采用的催化剂形式是蜂窝状整体催化剂。催化剂尺寸：150×150×800 mm。

本工程共配置一台SCR反应器，每台SCR反应器设计三层催化剂层（2＋1层），其中上层为预留层。烟气竖直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器入口及出口处均设置导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。反应器内部各种加强板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。反应器设置有足够大小和数量的人孔门。反应器配置了可拆卸的催化剂测试元件。SCR 反应器能承受运行温度低于300℃长期运行的考验。

SCR脱硝催化剂主要性能参数见下表：

5.1.7催化剂再生系统

由于烟气中含有一定量的SO2。由于采用低温催化剂的脱硝温度较低，仅为180℃左右，因此脱硝过程中会有生成硫酸氢铵的风险，硫酸氢铵覆盖在催化剂表面，会导致催化剂的失活。目前催化剂的设计中已考虑到抑制SO2转化为SO3的催化活性，能防止生成硫酸氢铵的生成。且尾气中的SO2含量较低为50mg/Nm3，但是硫酸氢氨是一个富集的过程，因此需要考虑生成硫酸氢铵的问题。因此根据低温脱硝的特点，增加设计催化剂活性恢复系统。

催化剂活性恢复采用加热分解硫酸氢铵的方式。采用一台热风炉，加热空气至350-400℃，送入到脱硝反应器中。从脱硝反应器出来后，热空气的余热用来加热进入热风炉的新风，达到节能的作用，最后，加热气体通过烟囱排入大气。

在催化剂活性恢复过程中，首先关闭脱硝反应器入口挡板门和出口挡板门，锅炉烟气从旁路进入到烟囱排放。此时，开启脱硝反应器入口处的活性恢复热空气阀门和出口处的热空气排放阀门。

正式启动加热风机，风机风量设计为20000Nm3/h，从风机出来的风首先经过气气换热器，升温至约200℃，然后进入热风炉，热风炉燃料采用天然气，经天然气燃烧加热，使热风温度上升至350℃，进入到脱硝反应器中。脱硝反应器中的催化剂经热空气加热，逐渐温度也上升至350℃，附着在催化剂表面的硫酸氢铵逐渐分解，分解后的H2SO4、NH3跟随热空气排出脱硝反应器，进入气气换热器，加热新的空气，温度降至约100℃，然后再接入脱硝反应器后的烟道，从烟囱排入大气。

根据目前实验室数据，催化剂活性恢复工艺时间先设置为12小时，即每次启动运行12小时，停止恢复活性操作。此后重新开始正常的脱硝流程。暂定1年用一次，恢复时间可根据现场实际运行情况经检测后进行调整。

5.1.8还原剂溶液储存和输送系统

氨水储存区采用室外布置。氨水的供应由槽车运送，利用卸氨泵将氨水由槽车输入氨水储罐内，然后由氨水输送泵将其输送至氨水蒸发器内蒸发为氨气，经氨气缓冲罐送达脱硝系统。氨气系统安全阀等处排放的废氨气则排入氨气稀释罐中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理中心。