脱硝介绍

氨/空气稀释系统：
NH3 AIR 氨/空气稀释混合器
来自氨蒸发器 稀释风机（100%容量）
喷氨格栅 锅炉一次风
SCR反应区典型布臵图：
还原剂的种类：

液氨－－纯 NH3

氨水－－NH3
＋
H20

尿素 －－CO ( NH2 ) 2
还原剂的比较：
尿素 氨的耗量 还原剂的耗量 初始投资 运行费用 风险管理 1 1.8 1.8 0.4 小
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。
年份 2000 2005 2010
火力发电量 1亿kw·h的 NOX排放总量 （亿kw·h） NOX排放量（吨） （万吨） 11700 306 358
17200 22700 284 262 488 595
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
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
9、典型的SCR系统性能保证内容：

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
10、SCR脱硝工程的关键：



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） 机械使用寿命 氨的逃逸率 SO2/SO3转化率 阻力 改造项目 工期
－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 150 ～ 200Pa； *逃逸的NH3与烟气中SO3和H2O形成NH4HSO4，在温度150～230℃范围 内它会对空预器冷段形成强烈腐蚀；同时，造成空预器的积灰。 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％。
降低NOX排放的效率 20%~40% 30~50% 最多20% 最多50% 30~45% 90%以上
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%。
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；
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。泄露时必须采用水喷淋消防系统 。
8、控制系统：


根据在线采集的前馈和反馈数据（CEMS，PEMS)，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
控制系统示意图：
单位 实施时间 Vdaf< 10% 燃煤锅炉 Mg/Nm3 2012年1月1 日 100
10 %≤ Vdaf≤ 20%
Vdaf> 20%
100
100 100 100 100
燃油锅炉 燃气轮机组 燃油 燃气
2、NOX 控制的主要方法：

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 湿法脱硝 电子束法脱硝

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， 吹灰器。
旁路烟道：布臵在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臵了 SCR旁 路。
5、SCR脱硝工艺特点：

SCR装臵布臵在锅炉省煤器后，对锅炉性能影响小； 脱硝去除率高，可达90%以上； 脱硝装臵性能可靠、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,小于3ppm；


SO2/SO3转化率低，可达0.5～1%；
无其他副产品,无二次污染。
先把NO氧化成NO2再吸收，吸收效率高。用水量大。 材料防腐，副产品处理难，电耗大，很少应用。仍处于 试验阶段 利用气体放电产生具有高度活性的粒子，将NOx氧化成 容易处理的硝酸。便捷，设备简单，占用空间小，是研 究的主流。
电子束 法
各种控制方法的效率：
低NOX技术 空气分级燃烧OFA 低氮燃烧器（旋流） 烟气再循环 燃料分级燃烧 SNCR SCR
SCR布臵比较：

高含尘布臵
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2～ 3年 。 SO2对脱硝有影响。

低含尘布臵
提高催化剂的工作寿命，可达到3～5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。
火电厂SCR系统典型流程图
7、SCR系统----烟气系统：
烟气流场性能要求：
1、烟气速度分布偏差：Cv≤15%； 2、烟气温度分布偏差：±20℃； 3、NH3/NOx浓度分布偏差：
脱硝率＜80%时： Cv≤10%； 脱硝率≥80～90%时： Cv≤5%； 脱硝率≥90%时： Cv≤3%；
设计不佳导致的积灰：
11、SCR脱硝技术改造工程的特 殊性：

脱硝反应器：
催化剂的安装及更换：
催化剂使用管理曲线：
催化剂吹灰系统：
★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。
★ 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，引起催化剂表面积灰粒子循环往复的振动，
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2～3℃；
总之SCR对空预器入口的烟气量和温度基本无影响。
6、SCR工艺系统组成和布臵：

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

典型布臵： 反应区： 煤粉炉 高尘布臵、低尘布臵 燃气轮机
氨存储制备区
常规燃煤电厂SCR系统：高含尘布臵
常规燃煤电厂SCR系统：低含尘布臵
2、对锅炉岛总体布置的影响
在没有装设SCR装臵的∏型锅炉上，通常将回转式 空气预热器布臵在省煤器下方，一次风机和送风机布 臵于空气预热器后。 同步装设 SCR 装臵的锅炉，为了烟道布臵顺畅、减 少烟气则阻力且为SCR装臵留有足够的布臵空间，一般 将空气预热器拉出，布臵在锅炉尾部受热面最后一排 柱外侧，在空气预热器上方布臵SCR装臵，为了节约占 地，可将一次风机和送风机布臵于空气预热器前、省 煤器下方。

世界各国已经将这种方法作为大型火电厂脱硝的重点应用技术。
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 1.0～1.5%,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；
3、SCR脱硝技术的发展史：




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 1993年，美国第一套燃煤SCR装臵，在新泽西州的285MW电厂建成 日本配备SCR脱硝装臵超过300套，占总装机容量的93% 德国装有SCR装臵电厂的总装机容量，已超过60000MW，50MW以上 电厂都配了SCR脱硝系统

液氨系统布臵要求:
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 25～30m，氨区域内相 关设备布臵也有规定的 消防距离。
液氨特性：
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16～25%(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; 3500～7000mg/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。

各种降低NOX方法的比较：
净化类型
燃烧过程中
净化方法
调节燃烧 SCR
优势
较经济，无安装空间要求， 无二次污染 脱硝率高，氨逃逸量小
劣势
不能彻底解决问题 造价高，要求较大的安装 空间，老化的催化剂需要 废弃处理 脱硝率低，逃逸的氨量大， 控制困难
干法 燃 烧 过 程 后 SNCR 湿法脱 硝 用各种溶 液吸收 与SCR相比，比较经济，空 间需求小
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。
氨稀释及喷射系统
★ 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，避免自燃 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。 ★ 喷氨格栅布臵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加 烟气混合器，以保证NH3与烟气的混合效果。

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
12、增加SCR脱硝装臵对锅炉系统的 影响：
1、SCR操作对锅炉烟气成份的影响：
氨水(19.5%) 1 5.1 1 1 小
液氨 1 1 1.6 0.3 显著
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臵。 *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。 *氨系统消防: 采用水喷淋系统。
1、烟气脱硝研究背景：

ຫໍສະໝຸດ Baidu
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：480－1900mg/Nm3 我国对火电厂NOx的控制：<火电厂大气污染物排放标准>
GB13223-2011
不同年份火电厂NOX排放量比较：
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。