烟气脱硝技术关键参数与工程实例

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• 重新启动
在反应器停机后，如果反应器的温度仍然在烟气 露点以上，则无需预热催化剂就可进行重新启动。 否则，按照冷启动的步骤进行启动。 • 氨气Leabharlann Baidu注系统的启动 当催化剂反应器出口温度高于硫酸氢氨露点温度 10℃时，氨气注入系统可以启动 (参照以下运行 温度的限制)。
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• 正常操作 催化剂运行温度
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• 氨注入系统的设计方法是蒸发、稀释和注入作为 脱硝剂的无水液氨。此系统包括液氨蒸发槽和氨 气积压器、稀释风机、氨控制阀、氨/空气混合器， 注氨格栅，以及相应阀门、管道及其附件、支撑 组成。液氨靠自身的压力从储氨罐输送到蒸发槽， 液氨在蒸发槽中被辅助蒸汽加热蒸发。浓缩的氨 气被空气稀释后，确保安全操作并且不具有可燃 性。稀释后的氨气通过安装在SCR反应器入口烟 道的注氨格栅注入。
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• 在贵金属、碱金属氧化物或沸石等催化剂 的作用下，利用氨还原剂在285～400℃下， 将NOx还原为无害的N2放空。 • 也可能发生NH3的氧化反应：
4NH 3 5O2 4NO 6H 2O 4NH 3 3O2 2N 2 6H 2O
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催化剂
• SCR脱硝工艺的核心是催化剂，喷入的氨与烟气 中的NOx在催化剂表面上反应生成氮气和水蒸汽。 通常采用的催化剂全是以多孔二氧化钛作为载体， 起催化作用的活性成份五氧化二钒和三氧化钨分 布在其表面。 • 脱硝催化剂具有不同的型号、不同的通道尺寸 （通常叫节距）、壁厚和化学成份，根据实际运 行工况进行选型。节距和壁厚受烟气中灰量的影 响，燃煤锅炉脱硝系统一般采用大通道、最小壁 厚0.8mm的催化剂。
• 催化剂中氨气和三氧化硫的浓度取决于催化剂的活性。硫酸氢氨 的凝聚，浓度比例，催化剂的稳定活性的平衡的建立需要一段较 长的时间。 • 当运行温度在分散凝聚温度以下时，稳定状态的活性为零。运行 温度长期低于硫酸氢氨凝聚温度时将导致催化剂活性的明显降低。 这种情况下，即使将温度升至露点以上也不能完全恢复活性。在 低于ABS 露点温度的条件下连续运行的时间必须控制在300小时 以内，同时每层催化剂各点的温度必须在270℃以上。
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• 6、SO2/SO3转化率 • SO2/SO3转化率高，对下游设备有害，应控 制在1%以内。 • 影响因素主要有：反应温度、催化剂成分、 氨的加入量等。加入三氧化钨可以减少 SO2/SO3转化率。
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• 7 催化剂的运行寿命 • 催化剂的运行寿命是指催化剂的活性自系 统系统投运开始能够满足脱硝设计性能的 时间。也就是从开始运行到需要更换的累 积运行时间。通常催化剂的运行寿命为 24000h左右.
• 高达94的脱硝率
• 氨逃逸<3ppm • SO2氧化率<0.75
• 该项目在选用催化剂时特别考虑了灰中高钙成分(28.9CaO)的影响，美国 PRB煤项目中遇到过类似的高含钙量的设计情况。氧化钙会与烟气中SO3反 应生成石膏CaSO4而覆盖催化剂表面，由于托普索脱硝催化剂具有三种孔径 分布，具有非常高的抵抗“中毒”的能力，包括由灰中高含钙量所引起的 “中毒”，即使表面有大量的石膏覆盖，还会有到达活性位的可用通道。
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• 3、面积流速： • 面积流速等于烟气流量与催化剂几何表面 积的比值。 AV=Q/ Acat • 式中 Q—烟气流量，m3/s； Acat—催化剂几何表面积，m2 。 典型烟气脱硝的AV值在5~7m/s。
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• • • •
4、催化剂活性 SCR中，催化剂活性经常描述为AV的函数，用K 表示： K=-AV*ln(1-η) η:脱硝率； 对于已知几何表面积的催化剂，其活性可以通过 测量烟气流量和脱除率来计算得到。催化剂活性 降低将导致脱硝率下降，同时导致氨逃逸量增大。
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• 该系统设计保证脱硝效率为94%，氨逃逸只有3ppm，实现 这一设计需要催化剂具有高性能且对氨/NOx混合的要求更 高。当要求高脱硝效率和低氨逃逸时，系统设计要素达到适 宜平衡是非常关键的。对脱硝效率和氨逃逸量的要求越严格， 对氨和烟气（NOx）混合的要求越高。 • 托普索公司开发了专有混合装置----星形混合器，由一些形 状为带四角星的圆盘组成。星形混合器按照一定的角度安装 在烟气中，使盘后气流形成涡流。该装置实现了短距离内的 最佳混合效果，且压损很小。星形混合器，并结合认真地流 场模拟，可以使系统在达到94%脱硝效率、3ppm氨逃逸量 所需的理想混合效果的同时，系统压损小于339Pa（不包括 催化剂层压降）。
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• 台山项目推荐的催化剂型号是DNX-864，适用于 烟尘含量高的环境。特别是对燃煤锅炉的SCR系 统。DNX-864催化剂的水力直径为6.4 mm(圆形的 水力半径相当于几何半径的1/2），相当于孔径7.2mm。 催化剂将以VE422EE和VE422EES模块的形式提 供，包括16个催化盒。模块的尺寸大约为 L×W×H=1.88m×0.95m×1.45m ，重量大约为 900kg。模块包括一个顶部钢丝网栅格，此栅格 由足够的强度支撑。烟气吹扫系统以过热蒸汽为 吹扫介质（吹灰器），用来防止催化剂表面堵塞。 过热蒸汽源布置在SCR脱硝设备附近。
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• 氮气吹扫系统 当存有氨的设备或管道在一段时期内不使 用时氮气吹扫系统可以将氨清除。根据设 计要求，氮气储存在专用的氮气存储装置 中。
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• SCR反应器和催化剂运行 • 在冷启动的时候，脱硝装置应该先由暖空 气预热。催化剂应被预热至烟气露点以上， 以避免启动时催化剂出现结露。燃料油的 不完全燃烧会导致催化剂底部的沉积，产 生阻塞孔隙的危害，从而降低活性。催化 剂上的未完全燃烧成分的氧化，会导致局 部过热的现象。
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• 5、允许氨泄漏量： • 氨泄漏量即是未反应的NH3的量，要求未反应的 NH3尽量小。否则未反应的NH3在有水参与下， 与烟气中SO3反应生成粘性液体NH4HSO4，会引 起烟气下游装置（如空预器）的腐蚀、玷污与堵 塞。 • NH3的用量应适当，如NH3的量太少，不能满足脱 硝的需要；NH3的量太大，造成NH3损失，而且产 生氨泄漏问题。工业上采用NH3/ NOx摩尔比来衡 量，一般控制在1.1~1.5。目前，NH3泄漏量（反 应器出口处NH3的浓度）控制在5ppm以下，建议 小于3ppm。
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工程实例
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• 台山电厂目前有5×600MW燃煤机组，托普索公司为其5号机组设计了SCR 脱硝系统，预期在2006年启动运行。托普索公司为其脱硝系统提供催化剂、 系统关键设备和系统设计，包括实体模型试验。基本设计数据如下： • 600MWe • 烟气流量1,900,000Nm3/hr • 两层DNX催化剂 • 550mg/Nm3NOx • 灰量14g/Nm3
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• 催化剂的活性不同来源于催化剂设计,比如催化剂 中的V含量,V含量大,活性肯定高. • 催化剂活性一般以脱硝效率来衡量，其实它是同 时考虑到催化剂比表面积、催化剂结构、成分等 因素，在一定工况下（也就是说一定ASR值、空 速、温度等）催化剂表现出来的脱硝活性。 • 工程中一般催化剂体积通过经验公式来确定，进 而利用烟气流量和催化剂体积来确定空速。 •
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• 运行温度的限制 为了避免由于硫酸氢氨（ABS）沉积引起 的催化剂暂时失活，连续运行时入口处温 度应高于硫酸氢氨的露点温度。露点温度 由氨气和SO3的浓度决定，以及入口处NOx 的浓度和脱硝效率。
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• ABS的沉积将首先发生在催化剂的空隙里。沉积的过程是可逆的， 当运行温度提升到露点以上ABS将蒸发，催化剂活性将恢复。 只有当长期在低于露点的温度下运行时，催化剂活性会被永久地 改变。硫酸氢氨的沉积会产生粘性，粘住飞灰。当长时间在露点 以下运行时，建议增加吹灰的频率。 由于催化剂包含有不同大小的孔隙，以及三氧化硫和氨气的存在 比例，硫酸氢氨的凝聚实际发生在一定的温度范围内。
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• 蒸发槽装置设计安装在正常的氨靠自身压力流动 的传输回路，从储罐的底部获得液氨并把蒸汽氨 输送到缓冲槽。所有的管道联接应该是满焊。螺 栓联接是不允许的。在这个回路中所有的管道焊 接应该消除应力。 蒸发槽提供汽水分离器、温度控制器、带附件的 蒸汽控制阀和氨温度控制所必需的低-高温度报警 器、温度计、压力指示器、料位计等。
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• 氨的存储和处理系统用于卸载并存储无水氨（纯 度为99.6%或更高），作为SCR的反应剂。此系 统由两台卸料压缩机、两个储氨罐、一个废氨稀 释槽、氨气泄漏检测器和报警系统、水喷淋系统、 安全系统及相应的管道、管件、支架、阀门，附 件及附件组成。每个储氨罐的实际储存容量为79 ㎥(22.2 kg/㎠, 55 ℃)，并且锅炉BMCR锅炉最大连 续负荷工况下纯氨的消耗量可以满足10天(20小时/ 天)的用量。储氨罐的上部至少留有全部容量的 15%的汽化空间。
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硫 酸 氢 铵 的 凝 固 点 /℃
240 230 220 210
200
190 180 170 160 150 NH3=1ppm NH3=2ppm NH3=5ppm NH3=10ppm
1
10 二氧化硫浓度/ppm
100
NH4HSO4的凝固温度及与烟气中氨和二氧化硫的关系图
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反应器潜值是表征反应器脱硝能力的参量，其定义为催化剂活性与单位体积烟气中催 化剂表面积的乘积。锅炉运行负荷变化，由于导致通过催化床的烟气量、温度、烟气流速 等发生变化，从而对ABS的形成产生影响。机组运行负荷对ABS形成的影响具体过程如下： （1）在锅炉最大连续运行负荷（MCR）运行时，反应器潜值高于要求达到目标脱硝率 和最小溢氨量的最低潜值。 （2）随着锅炉运行负荷的降低，由于烟气流量降低，所以反应器的潜值增大； （3）由于机组持续在低负荷条件下运行，反应器运行温度低于最低运行温度，ABS形 成并沉积在催化剂上，这将降低反应器的潜值； （4）当机组重新以满负荷运行时，随着烟气流量的增加反应器的潜值降低； 36 （5）在满负荷更高的烟气温度条件下，ABS升华并且反应器潜值恢复为满负荷时初始 值。
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SCR关键参数
• 1、反应温度： • 当采用催化剂来促进NH3和NOx的还原反应时，其 反应温度取决于所选用催化剂的种类： • 金属氧化物如氧化钛为支撑材料（载体）， V2O5为催化剂：最佳反应温度为260～450℃； • 活性焦炭为催化剂，反应温度为100～150℃； • 贵金属Pt或Pd为催化剂，反应温度为175～290℃ • 根据所采用催化剂的不同，催化剂室应布置在烟 道中相应温度的位置。
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反应温度：用Pt做催化剂，温度控制在225-255℃之间。温度过高，会产 生NO的副反应，温度低于220℃，尾气会有未反应的氨。
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• 2、空间速度（SV） • 在反应器设计中，空间速度（SV）是关键参数。 空间速度是指单位催化剂容积单位时间内通过的 烟气量，单位为h-1。即： • SV=Q/V • 式中 Q—烟气流量，m3/h； V—催化剂体积，m3 。 • 空间速度表示烟气混合物在催化剂容积内的停留 时间。其速度大小与以下因素有关：脱硝效果、 烟温、允许氨泄漏量和烟气及烟尘成分等。空间 速度大，则NOx脱除率下降。燃煤电厂中，空间 速度一般取为2000~3000 h-1。 空间流速越低，烟气在催化床内停留时间越长， 则脱硝率越高。
选择性催化还原(SCR)烟气 脱硝关键参数与工程实例
马双忱
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过程化学
SCR 的化学反应机理比较复杂，但主要的反应是 NH3在一定的温度和催化剂的作用下，有选择地把 烟气中的NOx还原为N2。 4NH3+4NO+O2→4N2+6H20 4NH3+2NO2+O2→3N2+6H20 通过选择合适的催化剂，反应温度可以降低， 并且可以扩展到适合电厂实际使用的 290 ～ 430℃ 范围。 催化剂有贵金属催化剂和普通金属催化剂之分。 贵金属催化剂由于它们和硫反应，并且昂贵，实 际上不予采用，而普通催化剂效率不是太高，也 比较贵，并且要较高的温度(300-400℃)。最常用 的金属基含有氧化矾、氧化钛。
DNX催化剂有良好的抗热冲击的性能，并且可以承受锅炉 正常温度的变化，催化剂的运行不会受到锅炉启动，负荷 变化，以及停转的影响。 • 烟气中不含有硫的情况下，DNX催化剂的正常运行温度为 220-450℃。温度低的条件下，活化性能就低，但低温一 般发生在低的锅炉负荷情况下，此时将不会降低脱硝效率。 在高温的情况下，将出现催化剂的烧结现象。当温度大于 450℃时，将导致催化剂的损毁，从而降低脱硝效率。 • 设计运行温度 持续运行最低温度：317 ℃ • 持续运行最高温度：420 ℃