电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计

电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计

发表时间：2016-12-15T16:24:15.933Z 来源：《电力设备》2016年第20期作者：张军

[导读] 随着火电站的发展，所带来环境问题也日益严重，特别是有色雾气的产生。

（兰州西固热电有限责任公司发电部）

摘要：随着环境污染日益加重，我国对环境保护的重视度不断增加，并拟定了一系列的法规。我国的电厂以火电站为主，电厂废气排放是空气环境污染的重要因素，特别是控制氮氧化物的排放是电厂废气治理重要环节。目前主要的控制手段是通过安装烟气脱硝系统，采用选择性催化还原（SCR）来控制烟气中的氮氧化物的含量，本文主要论述了脱硝系统的设计和各种辅助设备的选型。

关键词：脱硝系统；选择性催化还原；系统设计；

0引言

随着火电站的发展，所带来环境问题也日益严重，特别是有色雾气的产生，给人们敲响了警钟。有色雾气产生的主要原因是氮氧化物的超标排放，并与空气发生化学反应所产生的，其中氮氧化物其主要来源是煤炭燃烧。我国电厂70%是火电厂，是主要的氮氧化物的主要排放点，为规范氮氧化物的排放，现国家出台一系列的氮氧化物控制政策，要求所有火电站必须安装脱硝系统。根据脱硝阶段划分脱硝技术可以分为两类：燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝，但大部分脱硝系统都是选择燃烧后烟气脱硝。

1 SCR烟气脱硝系统的原理

SCR烟气脱硝系统是采用选择性催化剂跟烟气中的氮氧化物发生还原反应，将氮氧化物还原成氮气和水。其主要由还原剂喷撒系统、还原反应器、排放管道和管理控制系统等组成。脱硝系统流程如图1所示。脱硝系统一般紧跟锅炉省煤器出口安装，在进入SCR反应器前，先跟催化剂充分混合，然后在一定的温度下在反应器充分发生化学反应。反应温度一般控制在280-390℃为宜，在此温度下主要有以下几种还原反应：

4NO+4NH 3+O 2→4N 2+6H 2O

NO+NO 2+2NH 3→2N 2+3H 2O

6NO 2+8NH 3→7N 2+12H 2O

脱硝系统的是选用氨气作为还原剂，氨气的供给方式主要有三种分别是液氨、氨水、尿素，三种方式各有优缺点，其有确定对比如表1。

图1 SCR脱硝系统结构流程图

2 烟道及旁路的设计

烟道是烟气进出脱硝系统的通道，在烟道进出口或弯处通常需要增加导流叶片，辅助烟气流通。烟道材料选择应考虑烟气的温度、酸碱性、材料强度、材料热变形。烟气在整个系统的温度一般在200-600℃，一般选用5-6mm的钢板，在整个系统中必须增加充足的固定和支撑板，防止震动。由于反应器使用催化剂不同，所需的反应温度也不相同，且锅炉在不同功率负荷下产生的烟气温度也不稳定。为保证烟气在进入反应器是的温度，需要在烟气入口前增加旁路设置，用于控制烟气进入系统的温度。还可以更具需求是否增加反应器旁路，来降低能耗提升系统使用寿命，但需要增加先期投资。

3 还原剂混合器设计

烟气脱硝的效果是由烟气是否与还原剂的充分混合成都是决定的，保证该过程的是部件还原剂混合器。目前使用最多的混合器是格栅喷氨，将整个区域分格，在每格内都有催化剂喷射枪，将还原剂与烟气均匀混合。另外为是烟气与还原剂充分混合，需要足够的混合空间。该空间的大小根据整个脱硝系统的大小来设计，太小混合不充分，太大会增加系统能耗和投资，增加成本。烟气脱硝率的控制是通过控制还原剂喷撒量来控制的，一般来说检测烟气中氮氧化物的含量，根据氮氧化物的总量来确定还原剂的使用量。一般还原剂/氮氧化物的比值控制在0.7-1.0之间。

4SCR反应器的设计

SCR反应器是整个脱硝系统的核心，催化剂和氮氧化物在反应器中发生还原反应，其机构由钢制壳体、烟气入口、催化剂布置架、导流装置等。

4.1反应器壳体

SCR反应器的壳体需要考虑到烟气和催化剂混合气体的通过速度、壳体强度、放震动性、隔热性能等，通常采用箱式结构。

4.2催化剂的设计

目前使用较多的催化剂有以下三种类型：蜂窝型、折板型、波纹板型。其成分如表2所示

催化剂在反应器中一般摆放2-4层，一般选则摆放三层，还要预留空间，目的是当烟气进入反应器催化剂层时分布更均匀。另外还需要考虑催化剂层的间距，方便人员的检修更换。

4.3吹灰器的类型设计

在烟气中含有大量的粉尘，在经过反应器反应后会有大量粉尘覆盖在催化剂上，会对还原反应造成影响，造成氮氧化物的泄漏。吹灰器的作用是清除附着在催化剂上粉尘，一般采用空气或者蒸汽对催化剂进行清扫，频率为1次/月，清扫时间根据工作状态来定，一般为5-

10min。跟吹灰器配合工作的还有灰斗，作用是收集吹飞的灰尘。

5 还原剂的存储、装卸料

5.1系统液氨的存储

液氨属于化工原料，脱硝系统中液氮的存储需要能承受空气压力的专用液氨存储罐，同时储存罐上需要配置流量阀、逆止阀、紧急关闭阀、温度计、压力表等。还需配备氨气泄漏检测装置和储存罐喷淋降温系统，当氨气泄漏或罐体温度过高时能快速报警。

5.2液氨的使用

在系统运行过程中，需要通过蒸发槽将液氨汽化，在通过缓冲槽缓冲，才能与烟气混合进行脱硝反应。在SCR系统卸料维修前时应将整个系统的氨气进行吹扫，保证系统内无残余氨气才能进行拆卸维修。

5.3还原剂在仓库的存储

脱硝所使用的还原剂如液氮、氨水、尿素属于化工原料，原料的存放、运输都需要遵照化工原料使用规范运行。存储地点最好原理人员聚集区，且通风良好，并定期接受有关部门的安全检查。

6 结论

目前我国的脱硝技术处于刚起步阶段，尚且没有技术产权，系统设计、运行、监管都缺乏经验。目前已投产的火电机组所使用的脱硝系统都是使用的国外技术。通过对国外烟气脱硝系统进行分析研究，将成熟的设计理论结合国内电厂锅炉的特性，对脱硝系统进行优化，以提高各电厂氮氧化物排放的控制力度，降低氮氧化物对空气的污染。

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