脱硝SCR知识培训

1、朱朱 全全 利利 锅炉脱硝锅炉脱硝-SCR第第1章章 NOX的生成的生成 煤燃烧产生的煤燃烧产生的NOx 主要是主要是NO 和和NO2，另有少量，另有少量N2O。在煤的燃烧过程中，。在煤的燃烧过程中，NOx的生成量和排放量与燃烧的生成量和排放量与燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关，燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关，燃烧形成的形成的NOx可分为燃料型、热力型和快速型。可分为燃料型、热力型和快速型。 （一）燃料型（一）燃料型NOx 煤中的氮一般以氮原子的形态与各种碳氢化合物结合煤中的氮一般以氮原子的形态与各种碳氢化合物结合成氮的环状或链状化合物，燃烧时，空气中的氧与氮

2、原子成氮的环状或链状化合物，燃烧时，空气中的氧与氮原子反应生成反应生成NO，NO 在大气中被氧化成毒性更大的在大气中被氧化成毒性更大的NO2。这种燃料中的氮化合物经热分解和氧化反应而生成的这种燃料中的氮化合物经热分解和氧化反应而生成的NO 称为燃料型称为燃料型NOx。煤燃烧产生的。煤燃烧产生的NOx，其中，其中7590%是燃料型是燃料型NOx。（二）热力型（二）热力型NOxv热力型热力型NOx 是指空气中的是指空气中的N2 与与O2 在高温条件下反应在高温条件下反应生成的生成的NOx。以煤粉炉为例，在燃烧温度为。以煤粉炉为例，在燃烧温度为1350时，时，几乎几乎100%是燃料型是燃料型NOx，

3、但当温度为，但当温度为1600时，除时，除了反应温度对热力型了反应温度对热力型NOx的生成有决定性影响外，还和的生成有决定性影响外，还和N2 浓度以及停留时间有关。过量空气系数和烟气停留时浓度以及停留时间有关。过量空气系数和烟气停留时间对热力型间对热力型NOx的生成有很大影响。的生成有很大影响。（三）快速型（三）快速型NOxv快速型快速型NOx主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃，与燃烧空气中的的区域燃烧时所产生的烃，与燃烧空气中的N2 发生反应，发生反应，形成的形成的CN和和HCN化合物继续被氧化而生成的化合物继续被氧化而生成的N

4、Ox。第第2章章 SCR 催化原理催化原理催化还原法催化还原法(SCR)v根据根据NOx 还原作用与还原剂的关系可以分为非选择性化还原还原作用与还原剂的关系可以分为非选择性化还原(Non-Selective Catalytic Reduction)和选择性催化还原和选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)两种。非选择性两种。非选择性NO 催化还原催化还原的机理类似于直接分解，还原剂的作用只是清除催化剂表面的氧，废的机理类似于直接分解，还原剂的作用只是清除催化剂表面的氧，废气中氧气、气中氧气、H2O 和和SO2 等都会对催化剂的活性产生严重的影响，因等都会对催

5、化剂的活性产生严重的影响，因此非选择性还原没有实际应用前景。此非选择性还原没有实际应用前景。v当前应用最多的当前应用最多的SCR 技术以技术以NH3 作还原剂，作还原剂，V2O5/TiO2 为催化为催化剂来降解火电厂排放的剂来降解火电厂排放的NOx，这也是目前唯一能在氧化气氛下脱除，这也是目前唯一能在氧化气氛下脱除NOx 的实用方法。的实用方法。1979 年，世界上第一个工业规模的年，世界上第一个工业规模的SCR 装置在装置在日本日本Kudamatsu 电厂投入运行。电厂投入运行。NH3-SCR 过程通常是在空气预过程通常是在空气预热器的上游将还原剂热器的上游将还原剂NH3 注入含有注入含有N

6、Ox 的烟道气中，随后的烟道气中，随后NOx 在在催化剂的作用下被还原为催化剂的作用下被还原为N2 和水。和水。FGDAirHeaterStackBottomAshCoalMillFlyashFan3000 F2200 FSelective Catalytic Reduction 550 - 750 F 50 - 90% reduction 2 ppm NH3 slipSCRNOx Control700 FESP典型的典型的SCR 脱硝反应器示意图脱硝反应器示意图vNH3喷射，温度范围：喷射，温度范围：350400 ；v可达到可达到9090以上脱硝率；以上脱硝率；v投资费用高，空间限制，投资费

7、用高，空间限制，NHNH3 3泄漏，泄漏，SOSO3 3排放，催化剂中毒排放，催化剂中毒失火；失火；v应用：超过应用：超过7575台锅炉；旋风台锅炉；旋风炉，墙燃炉，切燃炉，炉，墙燃炉，切燃炉，v容量范围：容量范围：1221221300MW1300MW 原理：利用原理：利用NHNH3 3做还原剂，在做还原剂，在300400300400温度范围和一定的温度范围和一定的催化剂（铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物）作用下，催化剂（铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物）作用下，使烟气中的使烟气中的NONOX X还原为无害的还原为无害的N N2 2和和H H2 2O O。 主主反应机理：反应机理：8NH8

8、NH3 3 + 6NO + 6NO2 2 7N 7N2 2 + 12H + 12H2 2O O4NH4NH3 3 + 6NO 5N + 6NO 5N2 2 + 6H + 6H2 2O O SCRSCR特点：特点： （1 1）90909595NONOX X削减率；削减率； （2 2）氨泄漏量低）氨泄漏量低,0-5ppm,0-5ppm （3 3） 极好的空燃比控制，接近极好的空燃比控制，接近1.0. 1.0. （4 4）广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉）广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉 问题：投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存、粉煤灰综问题：投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储

9、存、粉煤灰综合利用合利用第第3 章章 SCR 的工艺与设备的工艺与设备 选择性催化还原系统安装于锅炉省煤器之后的烟道上，选择性催化还原系统安装于锅炉省煤器之后的烟道上，NH3通通过固定于注氨格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一过固定于注氨格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一起进入填充有催化剂的脱硝反应器。反应器通常垂直放置起进入填充有催化剂的脱硝反应器。反应器通常垂直放置(也有也有个别水平放置的个别水平放置的)，NOx与与NH3在催化剂的作用下发生还原反应。在催化剂的作用下发生还原反应。反应器中的催化剂分上下多层，经过最后一层催化剂后，使烟反应器中的催化剂分上下多层，经过最后一层催

10、化剂后，使烟气中的气中的NOx控制在排放限值以内。控制在排放限值以内。 省煤气旁路是用来调节温度的，即通过调节经过省煤器的烟气省煤气旁路是用来调节温度的，即通过调节经过省煤器的烟气与通过旁路的烟气比例来控制反应器中的烟气温度，氨喷射器与通过旁路的烟气比例来控制反应器中的烟气温度，氨喷射器安装位置在反应器的上游足够远处，以保证喷入的氨与烟气充安装位置在反应器的上游足够远处，以保证喷入的氨与烟气充分混合。分混合。一、供氨与注氨系统一、供氨与注氨系统 贮存在液氨罐的高纯液氨经气化器加热后，由液态氨转为气态贮存在液氨罐的高纯液氨经气化器加热后，由液态氨转为气态氨，通过供氨管路送至催化剂反应器前的喷氨汇

11、流排上，最后氨，通过供氨管路送至催化剂反应器前的喷氨汇流排上，最后由喷氨格栅均匀地注入反应器前的烟道。由喷氨格栅均匀地注入反应器前的烟道。 由于氨的爆炸极限由于氨的爆炸极限1528%(在空气中的体积比在空气中的体积比)，为保证安全，为保证安全和分布均匀，氨气注入烟道前由稀释风机提供空气并进行体积和分布均匀，氨气注入烟道前由稀释风机提供空气并进行体积浓度稀释，实现氨气与空气的混合比为低于浓度稀释，实现氨气与空气的混合比为低于5%。二、催化反应系统二、催化反应系统 注入烟道后的氨气随烟气气流自上而下垂直进入注入烟道后的氨气随烟气气流自上而下垂直进入SCR脱硝反应脱硝反应器，在器，在280400的温

12、度条件下及催化剂的作用下，将烟气中的温度条件下及催化剂的作用下，将烟气中的的NOx催化降解为无害的催化降解为无害的N2和和H2O。三、检测与控制系统三、检测与控制系统 氨的注入量控制是由氨的注入量控制是由SCR进出口在线的进出口在线的NOx、O2监视分析监视分析仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量(由由燃煤流量换算求得燃煤流量换算求得)来控制的。来控制的。NH3监视分析仪监视监视分析仪监视NH3的的逃逸率，设计上一般小于逃逸率，设计上一般小于3%，超限则报警并自动调节，超限则报警并自动调节NH3注入量。注入量。四、辅助系统四、辅助系统

13、 氨气注入格栅前分配管上设有压缩空气管道，当注入格栅氨气注入格栅前分配管上设有压缩空气管道，当注入格栅喷头发生堵塞时进行吹扫。在氨气进装置分管阀后设有氮喷头发生堵塞时进行吹扫。在氨气进装置分管阀后设有氮气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。SCR内设置吹灰器，吹扫介质为蒸汽，吹扫频率根据内设置吹灰器，吹扫介质为蒸汽，吹扫频率根据SCR压差压差决定。决定。工艺参数工艺参数一、入口一、入口NOx 浓度浓度 由于各种组分由于各种组分(包括包括NOx、NH3)在烟气中分布并不均匀，以下所在烟气中分布并不均匀，以下所说的组分浓度均为平均浓度。对于特定

14、的锅炉，说的组分浓度均为平均浓度。对于特定的锅炉，SCR反应器入反应器入口烟气口烟气NOx浓度受锅炉运行条件的影响，煤质变化、锅炉负荷浓度受锅炉运行条件的影响，煤质变化、锅炉负荷变化、燃烧条件变化、燃烧条件(如配风方式、过剩空气量等如配风方式、过剩空气量等)的变化都会使反的变化都会使反应器入口烟气应器入口烟气NOx浓度发生变化。浓度发生变化。二、脱硝率二、脱硝率 SCR反应器出口烟气反应器出口烟气NOx浓度浓度(或脱硝效率或脱硝效率)一般根据环保法规一般根据环保法规(排放限值、排污收费排放限值、排污收费)通过技术经济比较来选择。脱硝率定义通过技术经济比较来选择。脱硝率定义为反应器进口前的为反应

15、器进口前的NOx浓度扣除反应器出口后的浓度扣除反应器出口后的NOx浓度，再浓度，再除以反应器进口前的除以反应器进口前的NOx浓度的比值，它直接反映了烟气中氮浓度的比值，它直接反映了烟气中氮氧化物的脱除效率。氧化物的脱除效率。三、空间速率三、空间速率 空间速率空间速率(SV)是是SCR反应器中最重要的设计参数之一。反应器中最重要的设计参数之一。SV定义为单位时间内单位体积的催化剂所能处理的单位定义为单位时间内单位体积的催化剂所能处理的单位烟气的体积量。单位为烟气的体积量。单位为h-1。反映了烟气在。反映了烟气在SCR反应器内反应器内的停留时间的大小。的停留时间的大小。 式中，式中，SV为空间速率

16、，为空间速率，h-1，Vfg为烟气流量，为烟气流量，m3/h。 空间速率是催化反应器空间速率是催化反应器SCR反应器中的空间速率是一个关反应器中的空间速率是一个关键设计参数，也主要设计依据，空间速率的确定除受催化键设计参数，也主要设计依据，空间速率的确定除受催化剂特性的影响之外，需要考虑脱硝效率、运行温度、氨的剂特性的影响之外，需要考虑脱硝效率、运行温度、氨的允许逃逸量以及烟气中的粉尘含量、锅炉形式、催化反应允许逃逸量以及烟气中的粉尘含量、锅炉形式、催化反应器布置位置等诸多因素。器布置位置等诸多因素。 烟气的空间速率越大，其停留时间越短。一般而言，烟气的空间速率越大，其停留时间越短。一般而言，

17、SCR的脱硝效率将随烟气空间速率的增大而降低。空间速率通的脱硝效率将随烟气空间速率的增大而降低。空间速率通常是根据常是根据SCR反应器的布置位置、脱硝效率、烟气温度、反应器的布置位置、脱硝效率、烟气温度、允许的氨逃逸量以及粉尘浓度来确定的。允许的氨逃逸量以及粉尘浓度来确定的。 fgcatVSVV 空间速率大，烟气在反应器内的停留时间短，则空间速率大，烟气在反应器内的停留时间短，则NOx降解降解反应有可能不完全，这样氨的逃逸量就会比较大，同时烟反应有可能不完全，这样氨的逃逸量就会比较大，同时烟气对催化剂骨架的冲刷也大。相反，空间速率太小，则增气对催化剂骨架的冲刷也大。相反，空间速率太小，则增加了

18、催化剂的消耗量，运行的经济性下降。空间速率一般加了催化剂的消耗量，运行的经济性下降。空间速率一般控制在控制在25003500 h-1。四、反应温度四、反应温度() 每一种催化剂都有其充分发挥活性的反应温度范围，每一种催化剂都有其充分发挥活性的反应温度范围，SCR工艺所用的催化剂也不例外。反应温度不仅决定反应物的工艺所用的催化剂也不例外。反应温度不仅决定反应物的反应速度，而且决定催化剂的反应活性。以目前广泛使用反应速度，而且决定催化剂的反应活性。以目前广泛使用的钒的钒-钛催化剂为例，反应操作温度大多设定在钛催化剂为例，反应操作温度大多设定在320420之间。如果温度过低，反应速率慢，甚至出现之间

19、。如果温度过低，反应速率慢，甚至出现了一些不利于了一些不利于NOx降解的副反应，如铵盐的生成反应加快。降解的副反应，如铵盐的生成反应加快。如果温度过高，则会出现催化剂活性微晶受高温烧结的现如果温度过高，则会出现催化剂活性微晶受高温烧结的现象，影响了催化剂的使用寿命。象，影响了催化剂的使用寿命。五、反应时间五、反应时间 反应时间即为烟气流经反应器时，在所有催化剂孔道内停反应时间即为烟气流经反应器时，在所有催化剂孔道内停留的总时间。根据定义，反应时间的计算式如下：留的总时间。根据定义，反应时间的计算式如下： (4-3) 式中式中Qg为烟气体积流量；为烟气体积流量；Vc为催化剂体积；为催化剂体积；为

20、催化剂孔为催化剂孔道横截面积与催化剂整体横截面积的比率。道横截面积与催化剂整体横截面积的比率。六、六、NH3/NOx 的摩尔比的摩尔比 氨氮摩尔比简称为氨氮比，它的定义是氨氮摩尔比简称为氨氮比，它的定义是SCR反应器入口烟反应器入口烟气中氨的摩尔浓度与氮氧化物的摩尔浓度的比值，其定义气中氨的摩尔浓度与氮氧化物的摩尔浓度的比值，其定义式如下：式如下： (4-4) 式中和分别为反应器入口烟气中式中和分别为反应器入口烟气中NH3和和NOx的摩尔浓度。的摩尔浓度。/cgtVQ3/xiiNHNOCC 理论上，理论上，1mol的的NOx需要需要1 mol的的NH3去脱除，去脱除，NH3量不量不足会导致足会

21、导致NOx的脱除效率降低，但的脱除效率降低，但NH3过量又会带来过量又会带来NH3对环境的二次污染以及产生氨盐等腐蚀性物质。通常喷入对环境的二次污染以及产生氨盐等腐蚀性物质。通常喷入的的NH3量随着机组负荷的变化而变化，量随着机组负荷的变化而变化，NH3量与量与NOx脱除脱除效率的关系必需通过现场的调试来实现。在设定的脱硝率效率的关系必需通过现场的调试来实现。在设定的脱硝率下，如果喷氨调节阀的性能越好、喷氨格栅的混合性能越下，如果喷氨调节阀的性能越好、喷氨格栅的混合性能越强，那么，实际强，那么，实际NH3/NOx的摩尔比就越接近理论值。的摩尔比就越接近理论值。七、七、SO2 转化率转化率 钒钒

22、-钛催化剂在降解钛催化剂在降解NOx的过程中，也会把烟气中的部分的过程中，也会把烟气中的部分SO2催化氧化为催化氧化为SO3。当。当SO3的转化率过高，不仅容易导的转化率过高，不仅容易导致空气预热器的堵灰和后续设备的腐蚀，而且会造成催化致空气预热器的堵灰和后续设备的腐蚀，而且会造成催化剂中毒。因此，在剂中毒。因此，在SCR运行时，一般要求运行时，一般要求SO2的转化率小的转化率小于于1%。降低。降低SO2氧化为氧化为SO3的主要措施是通过改善催化剂的主要措施是通过改善催化剂成份来实现的，例如，在钒成份来实现的，例如，在钒-钛催化剂体系中加入钨、钼钛催化剂体系中加入钨、钼等成份，可有效地抑制等成

23、份，可有效地抑制SO2被氧化为被氧化为SO3。八、八、NH3 逃逸率逃逸率 NH3逃逸率是指催化反应器出口烟气中所含逃逸率是指催化反应器出口烟气中所含NH3体积分数，体积分数，它反映了未参加反应的它反映了未参加反应的NH3的量。的量。 NH3逃逸率之所以受到逃逸率之所以受到高度的重视，主要有两个原因，一是逃逸了的高度的重视，主要有两个原因，一是逃逸了的NH3浪费了浪费了生产成本，可能造成环境的二次污染；二是逃逸了的生产成本，可能造成环境的二次污染；二是逃逸了的NH3与烟气中的与烟气中的SO3反应生成反应生成NH4HSO4和和(NH4)2SO4等粘稠状等粘稠状的铵盐，粘结在空预器等下游设备上，并

24、腐蚀这些设备，的铵盐，粘结在空预器等下游设备上，并腐蚀这些设备，同时增大了沿程阻力。同时增大了沿程阻力。NH3逃逸率一般控制在小于逃逸率一般控制在小于3%。 减少减少NH3逃逸率的措施要通过设计合理的空间速率和逃逸率的措施要通过设计合理的空间速率和NH3 /NOx的摩尔比来实现。的摩尔比来实现。九、反应器运行压降九、反应器运行压降 反应器运行压降指省煤器出口至空预器进口之间烟道的压反应器运行压降指省煤器出口至空预器进口之间烟道的压降，主要反映了烟气经过降，主要反映了烟气经过SCR反应器催化剂层后的压头损反应器催化剂层后的压头损失。正常情况下，反应器运行压降小于失。正常情况下，反应器运行压降小于

25、1000 Pa。美国和欧洲部分电厂的美国和欧洲部分电厂的SCR工艺参数工艺参数电站电站PSNH Merrimack#1机组机组PP&L Montour#2机机组组BEWAGKW ReuterD和和E机组机组Altbach HKWNeckar机机组组装机容量装机容量/ MW122745300460燃料种类燃料种类烟煤烟煤烟煤烟煤烟煤烟煤烟煤烟煤烟气量烟气量 /m3/h31275026063009300001300000进口进口NOx浓度浓度 /mg/m32018600650650出口出口NOx浓度浓度 /mg/m322660150200设计脱硝率设计脱硝率 /%88.9907781.5设

26、计温度设计温度 /660725725698氨逃逸率氨逃逸率 /ppm52599.9%，由槽车运来的液氨用压缩机，由槽车运来的液氨用压缩机(图图4-6)进进行卸料，通过卸料压缩机的压差将槽车内的液氨送至储存罐内，行卸料，通过卸料压缩机的压差将槽车内的液氨送至储存罐内，卸氨过程产生的尾气收入装有水的吸收罐内，避免对环境造成卸氨过程产生的尾气收入装有水的吸收罐内，避免对环境造成影响。影响。 由于卸氨过程液氨减压后蒸发吸热，所以卸氨管道上经常会大由于卸氨过程液氨减压后蒸发吸热，所以卸氨管道上经常会大量结冰或化霜，为减少此类问题的发生，确保卸氨过程的安全。量结冰或化霜，为减少此类问题的发生，确保卸氨过程

27、的安全。经常在槽车之后的卸氨管上联接一台蛇形管自然吸热器，减少经常在槽车之后的卸氨管上联接一台蛇形管自然吸热器，减少液氨管道的结冰或化霜现象。图液氨管道的结冰或化霜现象。图4-7为蛇形管自然吸热器实物图。为蛇形管自然吸热器实物图。 槽车中液氨的排出是通过向槽车上部空间输入高压氨气把液氨槽车中液氨的排出是通过向槽车上部空间输入高压氨气把液氨压出来的。高压氨气是通过连通液氨储罐上部饱和氨气获得的，压出来的。高压氨气是通过连通液氨储罐上部饱和氨气获得的，通过氨气压缩机将氨气增压，增压后的氨气进入槽车并起到驱通过氨气压缩机将氨气增压，增压后的氨气进入槽车并起到驱逐其中液氨的作用，图逐其中液氨的作用，图

28、4-8是压缩机卸氨的工作原理图。另外槽是压缩机卸氨的工作原理图。另外槽车中余下的氨气，可通过压缩机反向旋转把氨气压回储罐。车中余下的氨气，可通过压缩机反向旋转把氨气压回储罐。 当储罐需要进行维修时，压缩机还可用于两个储罐之间的液氨当储罐需要进行维修时，压缩机还可用于两个储罐之间的液氨的倒罐输送，以及用来放出储罐里的氨气。的倒罐输送，以及用来放出储罐里的氨气。图图4-6 压缩机实物图压缩机实物图 图4-7 蛇形管自然吸热器实物图 （三）气化器（三）气化器 气化器的作用在于把液态氨转化为气态氨。气化器的加热源一般采用蒸汽加气化器的作用在于把液态氨转化为气态氨。气化器的加热源一般采用蒸汽加热，也可用

29、电加热头加热。加热温度控制在热，也可用电加热头加热。加热温度控制在50左右。气化器的气化能力一左右。气化器的气化能力一般按最大需氨量的般按最大需氨量的1.21.5倍来考虑。倍来考虑。 液氨气化器为螺旋管式，图液氨气化器为螺旋管式，图4-9是气化器的内部结构图，图是气化器的内部结构图，图4-10是气化器的实是气化器的实物图。气化器盘管内为液氨，管外为温水，用蒸汽直接喷入水中，并把水加物图。气化器盘管内为液氨，管外为温水，用蒸汽直接喷入水中，并把水加热到一定的温度，再以温水将液氨气化，并加热至常温。蒸汽流量受蒸发器热到一定的温度，再以温水将液氨气化，并加热至常温。蒸汽流量受蒸发器本身水浴温度控制调

30、节，当水的温度高过设定值时切断蒸汽气源。本身水浴温度控制调节，当水的温度高过设定值时切断蒸汽气源。 气化器上装有压力控制阀将氨气压力控制在设定值内，当出口压力达到设定气化器上装有压力控制阀将氨气压力控制在设定值内，当出口压力达到设定值时，则切断液氨进料。在氨气出口管线上也装有温度检测器，当温度低于值时，则切断液氨进料。在氨气出口管线上也装有温度检测器，当温度低于设定值时切断液氨，使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力。气化器还装有安设定值时切断液氨，使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力。气化器还装有安全阀，可防止设备压力异常过高。全阀，可防止设备压力异常过高。 每套气化器装置配有一个调压管道，它把氨气输

31、送到每套气化器装置配有一个调压管道，它把氨气输送到SCR系统，另外应有一系统，另外应有一个备用的气化器，在出现故障或维修的时候用来保证系统的安全运行。个备用的气化器，在出现故障或维修的时候用来保证系统的安全运行。补水气态氨液态氨蒸汽溢流口图图4-9 气化器的内部结构图气化器的内部结构图 图图4-10是气化器的实物图是气化器的实物图（六）氮气吹扫（六）氮气吹扫 脱硝系统最关键的安全问题是：保持液氨储存及供应系统的严密脱硝系统最关键的安全问题是：保持液氨储存及供应系统的严密性，防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸。基于此方面性，防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸。基于此方面的考虑，供氨系

32、统的卸料压缩机、液氨储罐、氨气气化器、氨气的考虑，供氨系统的卸料压缩机、液氨储罐、氨气气化器、氨气缓冲罐等都应备有氮气吹扫管线。在设备初次投运或检修后投运，缓冲罐等都应备有氮气吹扫管线。在设备初次投运或检修后投运，液氨卸料之前必须通过氮气吹扫管线对与氨直接接触的设备分别液氨卸料之前必须通过氮气吹扫管线对与氨直接接触的设备分别进行严格的系统严密性试验和氮气置换，防止氨气泄漏和系统中进行严格的系统严密性试验和氮气置换，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合爆炸，并造成爆炸的危险。残余的空气混合爆炸，并造成爆炸的危险。（七）排放系统（七）排放系统 排放出的液氨或气氨通过装有水的氨吸收罐吸收，再经由废水泵

33、排放出的液氨或气氨通过装有水的氨吸收罐吸收，再经由废水泵送到工业废水处理站。送到工业废水处理站。（八）防护装置（八）防护装置 氨具有强烈的刺激性，氨对皮肤、眼睛及软组织有强烈的氨具有强烈的刺激性，氨对皮肤、眼睛及软组织有强烈的腐蚀作用，如不慎接触会造成伤害。为保障人身安全，应腐蚀作用，如不慎接触会造成伤害。为保障人身安全，应完善防护措施，如配有防护服、防毒面具。氨站还必须安完善防护措施，如配有防护服、防毒面具。氨站还必须安装应急淋浴，应急淋浴水应为饮用水，如不慎造成与氨水装应急淋浴，应急淋浴水应为饮用水，如不慎造成与氨水接触，应立即冲洗。接触，应立即冲洗。 氨站还应设有洗眼器，冲洗用水必须是饮

34、用水。在氨水不氨站还应设有洗眼器，冲洗用水必须是饮用水。在氨水不慎进入眼睛时，要用大量的水冲洗至少慎进入眼睛时，要用大量的水冲洗至少15分钟，然后立即分钟，然后立即就医。氨进入人体眼部后，有强烈的刺激感、疼痛感，容就医。氨进入人体眼部后，有强烈的刺激感、疼痛感，容易引起角膜炎易引起角膜炎(眼睛红肿眼睛红肿)，造成角膜腐蚀，严重时可能导致，造成角膜腐蚀，严重时可能导致失明。失明。注氨设备注氨设备一、稀释风机一、稀释风机 SCR脱硝系统采用的氨脱硝系统采用的氨(NH3)还原剂，其爆炸极限还原剂，其爆炸极限(在空气在空气中体积中体积%)1528%，为保证氨，为保证氨(NH3)注入烟道的绝对安全注入烟

35、道的绝对安全以及均匀混合，需要引入稀释风，将氨浓度降低到爆炸下以及均匀混合，需要引入稀释风，将氨浓度降低到爆炸下限以下，一般应控制在限以下，一般应控制在5%以内。以内。 稀释风机为氨气的稀释与混合提供空气。风机的出力按烟稀释风机为氨气的稀释与混合提供空气。风机的出力按烟气最大量时稀释氨气所需风量来考虑，并留有裕度，混合气最大量时稀释氨气所需风量来考虑，并留有裕度，混合后的氨气后的氨气/空气混合物的体积比在空气混合物的体积比在BMCR工况下为工况下为5%。稀。稀释气流流量的控制在开始启动时手动调整，以后无需再调。释气流流量的控制在开始启动时手动调整，以后无需再调。图图4-12、图、图4-13是稀

36、释风机实物图。是稀释风机实物图。图图4-12 国外氨气稀释风机实物图国外氨气稀释风机实物图 图图4-13 国内氨气稀释风机实物图国内氨气稀释风机实物图 二、供氨母管二、供氨母管/集管集管 经稀释风机稀释后的氨气与空气实现了混合，氨气注入烟经稀释风机稀释后的氨气与空气实现了混合，氨气注入烟道之前，供氨母管沿着烟道的垂直断面又分成若干个集管，道之前，供氨母管沿着烟道的垂直断面又分成若干个集管，以利喷入的氨气均匀分布在烟道的各个断面上。图以利喷入的氨气均匀分布在烟道的各个断面上。图4-14是是氨气稀释后注入烟道前的供氨管路示意图，图氨气稀释后注入烟道前的供氨管路示意图，图4-15则为相则为相应的实物

37、图。应的实物图。三、注氨格栅三、注氨格栅(AIG) 注氨格栅注氨格栅(Ammonia Injection Grid，AIG，见图，见图4-16)是是SCR系统中的关键设备，注入的氨气在烟道中分配的均匀系统中的关键设备，注入的氨气在烟道中分配的均匀性，直接关系到脱硝效率和氨的逃逸率两项重要指标。保性，直接关系到脱硝效率和氨的逃逸率两项重要指标。保证注入的氨气在烟道中与烟气均匀混合是选择性催化反应证注入的氨气在烟道中与烟气均匀混合是选择性催化反应顺利进行的先决条件。顺利进行的先决条件。 注氨格栅一般采用碳钢材质，布置在省煤器出口与催化反注氨格栅一般采用碳钢材质，布置在省煤器出口与催化反应器进口之间

38、的烟道上。目前，注氨格栅的形式较多，但应器进口之间的烟道上。目前，注氨格栅的形式较多，但一般由安装在烟道垂直断面上的若干喷氨支管与支管上的一般由安装在烟道垂直断面上的若干喷氨支管与支管上的喷嘴组成。大型燃烧设备的喷嘴组成。大型燃烧设备的SCR的喷射系统中，喷嘴的喷射系统中，喷嘴(图图4-17)达数百个之多。达数百个之多。 根据根据SCR催化剂的反应动力学原理，氨和催化剂的反应动力学原理，氨和NOx的混合程度对提高的混合程度对提高SCR工艺的脱硝效率具有极大的影响。如果还原剂和工艺的脱硝效率具有极大的影响。如果还原剂和NOx不能充不能充分混合，而又要达到分混合，而又要达到NOx排放量指标要求，则

39、无疑将导致催化剂排放量指标要求，则无疑将导致催化剂的用量大增和氨的外逸，造成运行成本的提高和新的环境污染。的用量大增和氨的外逸，造成运行成本的提高和新的环境污染。 为了达到还原剂和为了达到还原剂和NOx的充分混合接触，最理想的状况是使还原的充分混合接触，最理想的状况是使还原剂的浓度分布与剂的浓度分布与NOx的浓度分布相一致，即在的浓度分布相一致，即在NOx的浓度高的位的浓度高的位置，喷入的氨也相应多一些，而在置，喷入的氨也相应多一些，而在NOx的浓度低的位置，喷入的的浓度低的位置，喷入的氨也相应少一些。而要达到这一要求就需要根据氨也相应少一些。而要达到这一要求就需要根据NOx的分布单独的分布单

40、独调整每一个喷嘴的喷氨量。因此，喷射系统需要做成可以调节的，调整每一个喷嘴的喷氨量。因此，喷射系统需要做成可以调节的，通过对每一个喷嘴的喷氨量的调节，建立与通过对每一个喷嘴的喷氨量的调节，建立与NOx的通量剖面相一的通量剖面相一致的氨的喷入剂量，将有助于大幅度提高脱硝效率。致的氨的喷入剂量，将有助于大幅度提高脱硝效率。图图4-18 喷嘴喷嘴/静态混合器的布局图静态混合器的布局图 图图4-19 静态混合器静态混合器 注氨格栅和喷射点的密度是影响混合均匀度的重要因素注氨格栅和喷射点的密度是影响混合均匀度的重要因素(图图4-17)，喷嘴数量越多越有利于形成混合均匀的流动，但数以百计的喷嘴喷嘴数量越多

41、越有利于形成混合均匀的流动，但数以百计的喷嘴无疑增加了设计、安装与运行维护的复杂性，所以，利用较少喷无疑增加了设计、安装与运行维护的复杂性，所以，利用较少喷嘴达到同样效果的探索一直是该领域中研究的另一个热点，一种嘴达到同样效果的探索一直是该领域中研究的另一个热点，一种通过将氨喷射到转盘上，然后利用旋转运动使氨均匀扩散开来的通过将氨喷射到转盘上，然后利用旋转运动使氨均匀扩散开来的喷氨方式可以使喷嘴数目大幅度减少。喷氨方式可以使喷嘴数目大幅度减少。 为了进一步提高氨气为了进一步提高氨气/烟气的混合效果，不少供应商在烟道内部烟气的混合效果，不少供应商在烟道内部还设置了所谓的静态混合器，来控制整个反应

42、器入口的横断面上还设置了所谓的静态混合器，来控制整个反应器入口的横断面上烟气温度分布和流速分布。另外，在所有烟气转向处都安装了导烟气温度分布和流速分布。另外，在所有烟气转向处都安装了导流板，保证烟气流向正确，整个系统的压力损失降到最低程度。流板，保证烟气流向正确，整个系统的压力损失降到最低程度。设计优良的喷射系统可以缩短扩散长度、减少压力损失，从而少占场设计优良的喷射系统可以缩短扩散长度、减少压力损失，从而少占场地、节约建造费用和运行费用。目前已经有若干种成熟的高效注氨技地、节约建造费用和运行费用。目前已经有若干种成熟的高效注氨技术付诸商业应用，比如奥地利术付诸商业应用，比如奥地利INTEGR

43、AL公司所研制的注氨格栅综合公司所研制的注氨格栅综合考虑了在减少压力降和节省管道空间的前提下，实现氨气考虑了在减少压力降和节省管道空间的前提下，实现氨气/烟气均匀烟气均匀分布和稳定混合的要求。通过把可调节喷射量的喷枪按设计要求安装分布和稳定混合的要求。通过把可调节喷射量的喷枪按设计要求安装在烟气管道的横截面上，并在氨喷入的地方造成烟气的紊流，使反应在烟气管道的横截面上，并在氨喷入的地方造成烟气的紊流，使反应物充分混合，在使用液氨、氨溶液和尿素时都表现出了良好的性能。物充分混合，在使用液氨、氨溶液和尿素时都表现出了良好的性能。序号序号项目项目数值数值1烟气流量烟气流量1950000 Nm3/h2

44、液氨消耗量液氨消耗量3000 kg/h3烟气管道横截面烟气管道横截面21 m12 m4注氨格栅最大距离注氨格栅最大距离0.6 m5最大混合距离最大混合距离1.2 m6偏差偏差3.4%4.0%(额定负载下额定负载下)7注氨的压降注氨的压降10 Pa表表4-4 喷射格栅实验喷射格栅实验反应器反应器一、本体一、本体 催化反应器是一个与尾部烟道相连的安装催化剂和完成脱硝化学反应的容器，催化反应器是一个与尾部烟道相连的安装催化剂和完成脱硝化学反应的容器，如前所述，催化剂反应器有高灰段、低灰段和尾部烟气段布置方式。燃煤锅如前所述，催化剂反应器有高灰段、低灰段和尾部烟气段布置方式。燃煤锅炉烟气脱硝的炉烟气脱

45、硝的SCR反应器都在很高的位置上垂直放置反应器都在很高的位置上垂直放置(燃天然气或燃油锅炉燃天然气或燃油锅炉的反应器可以水平放置的反应器可以水平放置)，在大部分设计中，烟气都是先在向上流动的烟道，在大部分设计中，烟气都是先在向上流动的烟道与氨混合，然后经过水平烟道再折转向下流过脱硝反应器。与氨混合，然后经过水平烟道再折转向下流过脱硝反应器。 反应器和烟道的设计都采用传统的烟气流速用来保持飞灰在烟气中处于悬浮反应器和烟道的设计都采用传统的烟气流速用来保持飞灰在烟气中处于悬浮状态。由于催化反应器需要占用很大的空间，因此对于老厂加装烟气脱硝系状态。由于催化反应器需要占用很大的空间，因此对于老厂加装烟

46、气脱硝系统的改造工程来说，场地问题往往成为设计工作中经常遇到的难题。统的改造工程来说，场地问题往往成为设计工作中经常遇到的难题。 催化反应器通过设计合理的过渡段与烟气管道相连接，保证反应器内催化还催化反应器通过设计合理的过渡段与烟气管道相连接，保证反应器内催化还原反应充分进行，需要在上游的烟气管道中配置烟气混合装置和转向导流装原反应充分进行，需要在上游的烟气管道中配置烟气混合装置和转向导流装置。另外还需要在反应器内安装吹灰器，使催化剂保持清洁和反应活性。置。另外还需要在反应器内安装吹灰器，使催化剂保持清洁和反应活性。 一台锅炉通常配两套催化反应器，每套反应器处理总烟气量的一台锅炉通常配两套催化

47、反应器，每套反应器处理总烟气量的1/2。 催化剂固定在反应器中，催化剂的支撑结构在保证牢固的情况下催化剂固定在反应器中，催化剂的支撑结构在保证牢固的情况下还应注意排列合理，尽量减少对烟流的阻碍，以及避免产生涡流还应注意排列合理，尽量减少对烟流的阻碍，以及避免产生涡流出现烟气回流。出现烟气回流。 反应器的本体由若干层催化剂层和承载催化剂的烟道壳体构成，反应器的本体由若干层催化剂层和承载催化剂的烟道壳体构成，可简单地视为装有催化剂的变形烟道。反应器的本体是实现烟气可简单地视为装有催化剂的变形烟道。反应器的本体是实现烟气中氮氧化物降解的场所。中氮氧化物降解的场所。SCR反应器体积大小是根据煤质数据、

48、反应器体积大小是根据煤质数据、烟气条件、烟气粉尘量、燃烧介质元素成分、烟气流量、烟气条件、烟气粉尘量、燃烧介质元素成分、烟气流量、NOx进进口浓度、脱硝效率、口浓度、脱硝效率、SOX浓度、反应器压降、使用寿命等决定的。浓度、反应器压降、使用寿命等决定的。图图4-20为为SCR反应器的结构剖面图。反应器的结构剖面图。 SCR安装在独立的金属构架平台上，截面成矩形，并且由起到加安装在独立的金属构架平台上，截面成矩形，并且由起到加强作用的钢板托起，反应器的载荷通过它的侧墙均匀地分布，强作用的钢板托起，反应器的载荷通过它的侧墙均匀地分布，SCR反应器被固定在中心并向外膨胀，使水平膨胀位移量最小。反应器

49、被固定在中心并向外膨胀，使水平膨胀位移量最小。 SCR反应器外壁一侧在催化剂层处有检修门，用于将催化剂模块反应器外壁一侧在催化剂层处有检修门，用于将催化剂模块装入催化剂层。每个催化剂层都设有人孔，机组停运时通过人孔装入催化剂层。每个催化剂层都设有人孔，机组停运时通过人孔进入检查催化剂模块。进入检查催化剂模块。 烟气与注入的氨气接触后，首先经过混合栅，提高氨气与烟气的烟气与注入的氨气接触后，首先经过混合栅，提高氨气与烟气的混合程度，混合栅一般为呈网状布置的金属构件。混合程度，混合栅一般为呈网状布置的金属构件。 混合栅后，烟气混合栅后，烟气/氨气经过折角导流栅，流向发生变化。氨气经过折角导流栅，流

50、向发生变化。 在最后进入催化反应层之前，烟气在最后进入催化反应层之前，烟气/氨气流过小尽寸的正方形整氨气流过小尽寸的正方形整流栅，烟气流栅，烟气/氨气的混合的均匀性再度提高，并保证在催化剂层氨气的混合的均匀性再度提高，并保证在催化剂层上的水平断面上均匀分配。混合栅、导流栅、整流栅的最佳几何上的水平断面上均匀分配。混合栅、导流栅、整流栅的最佳几何尺寸、安装形式及设置的必要性通过流体模拟试验方法确定。尺寸、安装形式及设置的必要性通过流体模拟试验方法确定。 催化剂箱由底部的支承钢梁组成催化剂箱由底部的支承钢梁组成(图图4-24)，反应器横截面和催化，反应器横截面和催化剂的层间距设计，应能保证吹灰器的

51、安装和正常运行需要。剂的层间距设计，应能保证吹灰器的安装和正常运行需要。图图4-21 烟气与氨气的混合栅烟气与氨气的混合栅 图图4-22 烟气与氨气折角导流栅烟气与氨气折角导流栅 图图4-23 烟气与氨气的整流栅烟气与氨气的整流栅 图图4-24 催化剂箱的支承钢梁催化剂箱的支承钢梁 吹灰器装在每个催化剂层的上方，采用过热蒸汽吹灰，吹掉催化吹灰器装在每个催化剂层的上方，采用过热蒸汽吹灰，吹掉催化剂上的积灰。剂上的积灰。 催化剂反应器的下游设有一组取样管，取样管深入烟道的断面上，催化剂反应器的下游设有一组取样管，取样管深入烟道的断面上，由多根取样插管组成，用于测量截面上由多根取样插管组成，用于测量

52、截面上NOx的浓度的浓度(及其它如及其它如NH3、SOx等的浓度等的浓度)。图。图4-25为取样管的现场拼装图。为取样管的现场拼装图。 反应器壳体反应器壳体(参见图参见图4-26)通常采用标准的板箱式结构，辅以各种通常采用标准的板箱式结构，辅以各种加强筋和支撑构件来满足防震、承载催化剂、密封、承受荷载和加强筋和支撑构件来满足防震、承载催化剂、密封、承受荷载和抵抗应力的要求，并且实现与外界的隔热。反应器还设有门孔、抵抗应力的要求，并且实现与外界的隔热。反应器还设有门孔、观察口、单轨吊梁，用于催化剂的安装、运行观察和维护保养。观察口、单轨吊梁，用于催化剂的安装、运行观察和维护保养。板箱式反应器由钢

53、结构支撑。板箱式反应器由钢结构支撑。图4-25 取样管的现场拼装图 图4-26 吊装中的反应器壳体二、催化剂二、催化剂 每个反应器内装填一定体积的催化剂，催化剂装填量的多少，每个反应器内装填一定体积的催化剂，催化剂装填量的多少，取决于设计的处理烟气量、脱硝效率以及催化剂的性能。催化取决于设计的处理烟气量、脱硝效率以及催化剂的性能。催化剂模块是商业催化剂的最小单元结构，若干个催化剂模块组成剂模块是商业催化剂的最小单元结构，若干个催化剂模块组成箱体结构，若干只箱体再组成催化剂层，每个反应器一般由箱体结构，若干只箱体再组成催化剂层，每个反应器一般由34层的催化剂层组成的。层的催化剂层组成的。1. 催

54、化剂模块催化剂模块 催化剂模块是商业催化剂的最小单元结构，以蜂窝催化剂为例，催化剂模块是商业催化剂的最小单元结构，以蜂窝催化剂为例，每个模块上开有每个模块上开有2222个气流口。气流孔径的大小取决于锅炉个气流口。气流孔径的大小取决于锅炉所用燃料的种类。例如，普通的燃煤烟气脱硝催化剂采用的气所用燃料的种类。例如，普通的燃煤烟气脱硝催化剂采用的气流孔径为流孔径为p=7 mm，孔壁厚，孔壁厚a1 mm。催化剂模块的断面随着。催化剂模块的断面随着设计的情况会出现变化，但长度一般不超过设计的情况会出现变化，但长度一般不超过1 m。图图4-28 蜂窝式与波纹式催化剂的单元模块蜂窝式与波纹式催化剂的单元模块

55、2. 催化剂箱催化剂箱 催化剂模块以箱体催化剂模块以箱体(图图4-29)组合的形式安装。设计箱体主组合的形式安装。设计箱体主要是考虑到能保证催化剂在反应器中便于安装到适宜固定要是考虑到能保证催化剂在反应器中便于安装到适宜固定的位置，同时它也充当运输容器，保护催化剂模块在运输的位置，同时它也充当运输容器，保护催化剂模块在运输过程中免遭损坏。过程中免遭损坏。 箱体由一个薄金属筒体构成，它的底部有一个用于固定的箱体由一个薄金属筒体构成，它的底部有一个用于固定的支撑格栅，顶部分布很多的小方格，烟气可以进入，格栅支撑格栅，顶部分布很多的小方格，烟气可以进入，格栅上采用优良的不锈钢网格，这样可以保护催化剂

56、，避免外上采用优良的不锈钢网格，这样可以保护催化剂，避免外来物损伤催化剂。来物损伤催化剂。 各模块之间采用弹性的矿物纤维进行密封。催化剂模块装各模块之间采用弹性的矿物纤维进行密封。催化剂模块装入钢箱有利于运行与安装，防止催化剂的破损。以美国康入钢箱有利于运行与安装，防止催化剂的破损。以美国康宁公司生产的催化剂为例，每只钢箱内装有宁公司生产的催化剂为例，每只钢箱内装有88=64个催个催化模块。块与块之间以及块与框子外壳之间安装有陶瓷纤化模块。块与块之间以及块与框子外壳之间安装有陶瓷纤维密封维密封(参见图参见图4-32、图、图4-33)，用以防止未处理烟气的泄，用以防止未处理烟气的泄漏以及外部振动

57、的影响。漏以及外部振动的影响。图图4-29 催化剂箱体实物图催化剂箱体实物图图4-30 催化剂箱体底部的支撑格栅 图4-31 催化剂箱体顶部保护格栅图4-32 模块之间的纤维密封示意图 图4-33 模块之间的纤维密封实物图3. 催化剂反应层催化剂反应层 每层催化剂由若干个装有催化剂单元的钢箱均匀排列组成，每层催化剂由若干个装有催化剂单元的钢箱均匀排列组成，以以300 MW机组为例，每层催化剂由机组为例，每层催化剂由42只钢箱组成。为了防只钢箱组成。为了防止烟气短路，钢箱之间采用密封钢条密闭。图止烟气短路，钢箱之间采用密封钢条密闭。图4-34为蜂窝式为蜂窝式催化剂反应层示意图，图中的每一小方块代

58、表了催化剂钢箱。催化剂反应层示意图，图中的每一小方块代表了催化剂钢箱。图图4-35为催化剂反应层在反应器中的位置示意图。图为催化剂反应层在反应器中的位置示意图。图4-36为为反应器内就位好的催化剂层，图反应器内就位好的催化剂层，图4-37为反应器内就位好的催为反应器内就位好的催化剂层的仰视图。化剂层的仰视图。 防止催化剂箱体间烟气短路，在箱体与箱体顶部间隙之间焊防止催化剂箱体间烟气短路，在箱体与箱体顶部间隙之间焊接密封板或密封条接密封板或密封条(图图4-38)，箱体和反应器壁之间有斜板，这，箱体和反应器壁之间有斜板，这些部件可有效防止催化剂模块间烟气短路。在些部件可有效防止催化剂模块间烟气短路

59、。在SCR壁板和催壁板和催化剂之间的死角处装设屋脊状密封装置化剂之间的死角处装设屋脊状密封装置(图图4-39)，可以有效避，可以有效避免灰尘的堆积和碳粒的聚集。免灰尘的堆积和碳粒的聚集。图4-36 就位好的催化剂反应层 图4-37 催化剂反应层仰视图 图4-38 箱体顶部间隙之间的密封条 图4-39 反应器死角处的密封装置 （二）旁路（二）旁路 不同类型的催化剂有不同的最佳工作温度。通常，典型的氧化钛和氧化钒基不同类型的催化剂有不同的最佳工作温度。通常，典型的氧化钛和氧化钒基催化剂的工作温度范围为催化剂的工作温度范围为340400，最佳反应温度约为，最佳反应温度约为370，最低工作温，最低工作

60、温度约为度约为320。SCR最低运行温度取决于烟气中最低运行温度取决于烟气中SO3、NH3以及水分含量等。以及水分含量等。 SCR反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐的沉积，烟气温度较高时会反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐的沉积，烟气温度较高时会增大增大SO2/SO3的转化率，而且长时间处在的转化率，而且长时间处在450以上时会烧结催化剂的活性成以上时会烧结催化剂的活性成份，降低反应活性。因此，份，降低反应活性。因此，SCR运行期间需严格控制反应器入口的烟气温度，运行期间需严格控制反应器入口的烟气温度，使使SCR入口烟气温度维持在最低运行温度以上，并应尽量维持在最佳工作温入口烟气温度维持在最低