电厂脱硝技术-选择性催化还原法烟气脱硝技术

氨区及氨区系统选择性催化还原法烟气脱硝技术在SCR脱硝系统中,氨区系统包括液氨卸载、存储、氨气蒸发、与空气混合,到配制成含氨体积浓度不大于5%的氨气/空气混合气体的全过程。氨区及氨区系统包括的子系统有液氨及储存系统、液氨推进系统、热水系统、液氨蒸发系统、气氨缓冲控制系统、气氨混合系统、氨气排放系统、氨气稀释系统、氮气吹扫系统、氨气泄露检测系统及其他子系统。液氨蒸发器的作用是为液氨加热成气氨提供场所,液氨蒸发所需要的热量是由减压过的蒸汽提供。液氨蒸发器根据是否提供外部热源液氨汽化分为自然汽化和强制汽化。自然汽化是指液氨储罐的液氨依靠自身的显热和吸收外界环境的热量而汽化的过程，储罐内液体温度t与外界温度相同,压力为t时的饱和蒸汽压力为P。如图8-10所示,当从储罐内将氨气导出时,由于液体温度与环境温度相同,液氨汽化只有消耗自身的显热,于是液氨温度下降,这样液氨与外界气温产生温差,汽化所需要的热量就通过储罐壁从外界吸收。当液氨汽化吸热量全部由外界传热提供时,液氨温度就不再下降并稳定在一定值。由于外界环境不断变化及其汽化效率偏低,此系统在实际工程中很少使用。强制汽化就是人为地加热液态氨使其汽化,强制汽化一般在专门的汽化装置中进行。强制汽化有两种方式,一为气相导出方式;另一为液相导出方式。前者大致与自然汽化方式相同,是用热媒加热液氨储罐,并把液氨储罐的温度控制在容器设计压力对应的温度以内。由于该法汽化能力低,不经济,目前已经很少应用。液氨蒸发器目前常采用的是液相导出方式,该方法根据系统设置的不同又可分为自压强制汽化、加压强制汽化和减压强制汽化。氨区及氨区系统自压强制汽化的原理是利用液氨储罐内液氨自身的压力将液氨输送入汽化器,使其在外部热源加热过程中汽化,不断地向SCR系统输送氨气,其原理如图8-11所示。1自压强制汽化氨区及氨区系统加压汽化的原理是利用液氨泵将液氨加压到高于储罐的蒸气压后送入汽化器,使其在加压后从热媒获得汽化潜热汽化,其原理如图8-12所示。2加压强制汽化氨区及氨区系统液氨依靠自身的压力从储罐进入汽化器前,先进行减压再进入汽化器,依靠人工热源加热汽化,这种汽化方式称为减压汽化,如图8-13所示。为了防止用气突然停止,汽化器内液氨继续汽化而导致汽化器超压,可以与调节阀并联一个回流阀,当停止用气且汽化器内压力达到控制压力时,液体经回流阀流回储罐。3减压强制汽化氨区及氨区系统蒸发器的入口管线上装有调节阀与蒸发器的出口压力形成连锁。在氨气出口管线上装有温度检测器,以便随时观察出口氨气的温度,使氨气至缓冲罐维持适当温度及压力。蒸发器还装有安全阀,防止设备超压。数量为两台,一台运行,一台备用。氨区及氨区系统目前,燃煤电厂SCR工程中的液氨蒸发器一般以螺旋管式为主。管内为液氨,管外为温水浴,以蒸汽直接喷人水中加热至40℃,再以温水将液氨汽化,并加热至常温。蒸汽流量受蒸器本身水浴温度控制调节。当水的温度高过45℃时,切断蒸汽来源,并在控制室DCS有相应报警显示。蒸发器上装有压力控制阀,将氨气压力控制在设计范围内。当出口压力达到高报警时,则切断液氨进料。在氨气出口管线上装有温度检测器,当温度低于10℃时切断液氨进料,维持氨气至缓冲槽维持适当温度及压力。蒸发器也装有安全阀,可防止设备压力过高。图8-14所示为卧式液氨蒸发器结构示意。常规SCR工艺的氨喷射系统包括稀释风机、静态(氨/空气)混合器、供应支管和喷氨格栅。氨喷射系统及设备氨喷射系统主要包括以下部分:①制氨车间储罐中的液氨送到蒸发器中蒸发产生气态氨,气态氨经氨缓冲罐被稀释空气稀释后,由喷氨格栅喷入SCR反应器入口前的烟道中。②稀释风系统组件。稀释空气风机提供氨/空气混合用的空气。③喷氨格栅是安装于通向SCR的烟道内部带有喷射喷嘴的格栅。喷射系统设置流量阀,能根据烟气不同的工况进行调节,使格栅喷入的氨流量与NO浓度匹配。同时,喷射系统应具有良好的热膨胀性、抗热变形性和抗振性。氨区及氨区系统SCR脱硝系统采用氨作为还原剂,其爆炸极限为15%~28%.为了保证氨注入烟道的安全和均匀混合,需要引入稀释风机,将氨浓度降低到爆炸极限之下,一般控制在5%以内。氨气稀释风机为氨气的稀释和混合提供稀释风,稀释风机多采用高压离心式鼓风机。1稀释风和氨/空气混合稀释风的主要作用:①作为NH3的载体,降低氨的浓度使其降到爆炸极限以下,保证系统安全运行;②加热后的稀释风有助于氨气中的水分汽化,避免在管道和喷嘴中结露;③通过喷氨格栅将NH3喷入烟道,有助于加强NH3在烟道的均匀分布,便于对喷氨量的控制。氨/空气混合器内设隔板,使得经过压力和流量调整后的氨气与空气能在混合器内充分混合,将氨稀释成质量比小于5%的混合气,如图8-17和图8-18所示。氨区及氨区系统氨区及氨区系统喷氨格栅一般采用碳钢,布置在省煤器出口与催化反应器进口之间的烟道上。目前,喷氨格栅的形式较多,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喷嘴组成,喷嘴如图8-19所示。大型燃烧设备的SCR喷射系统中,喷嘴多达数百个。2喷氨格栅系统氨区及氨区系统根据SCR催化剂的反应动力学原理,氨和NOX混合程度对SCR工艺的脱硝效率具有极大的影响。为了使还原剂与NOX混合,最理想的状况是使还原剂的浓度分布与NOX浓度分布一致,即在NOX浓度高的位置,喷入的氨相应多一些,在NOX浓度低的位置,喷入的氨相应少一些。而要达到这一要求就需要根据NOX浓度的分布单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。通过对每一个喷嘴喷氨量的调节,建立与NOX的剖面通量相一致的氨的喷入量,有助于大幅度提高脱硝效率。喷氨格栅喷射点的密度是影响混合均匀度的重要因素。喷嘴数量越多,就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,利用较少喷嘴达到同样效果的探索一直是该领域中研究的一个热点。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。为了进一步提高氨气/烟气的混合效果,通过在烟道内部设置静态混合器来控制整个反应器入口横断面上烟气的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,以保证烟气流向正确,整个系统的压力损失降到最低限度。设计优良的喷射系统可以缩短扩散长度、减少压力损失,从而少占场地、节约建造费用和运行费用。氨区及氨区系统选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统选择性催化还原法烟气脱硝技术SCR技术是在催化剂作用下,利用还原剂与烟气中的NOX反应,将烟气中的NOX还原为无毒无污染的氮气N2和水H2O,与SNCR工艺过程一样,SCR工艺常见的还原剂有液氨(无水氨)、尿素和氨水,其中大部分电厂都选用以液氨为还原剂的SCR脱硝工艺。一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统SCR的化学反应机理比较复杂,但是主要的反应是NH3在一定的温度和催化剂的作用下有选择地把烟气中NOX还原为N2,化学反应机理如图8-1所示,化学反应过程如图8-2所示。一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统在反应条件改变时,有可能发生以下副反应：4NH3+3O2→2N2+6H2O

(8-5)2NH3→N2+3H2(8-6)4NH3+5SO2→4NO+6H2O(8-7)

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(8-1)4NH3+2NO+O2→3N2+6H2O

(8-2)4NH3+6NO→5N2+6H2O

(8-3)8NH3+6NO2→7N2+12H2O

(8-4)

SCR化学反应式如下：一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统式(8-1)是主要反应,烟气中95%左右的NOX是以NO形式存在的,在绝大多数锅炉烟气中,NO2仅占NOX总量的一小部分,因此NO2的影响并不显著。发生NH3分解的反应式(8-6)和NH3被氧化成NO的反应式(8-7)都在350℃以上才进行,450℃以上才激烈起来。在一般的选择性催化还原工艺中,反应温度常控制在350℃以下,这时仅有NH3氧化为N2的副反应式(8-5)发生。在没有催化剂的条件下,反应方程式(8-1)的反应温度很窄,大概在980℃左右,选择性非催化还原反应即在该温度下进行。选取合适的催化剂,可以降低反应温度,从而可以扩展到适合电厂实际应用的290~430℃范围内。当烟气中有氧气时,反应式(8-1)优先进行,因此,氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。SCR系统NOX脱除效率通常很高,喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说,对于新的催化剂,氨逃逸量很低。但是,随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞,氨逃逸量就会增加。一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统SCR烟气脱硝为气固催化反应,是一种非均相催化反应。该反应由以下化学步骤组成(见图8-3):①反应物NOX、NH3和O2等从烟气中扩散至催化剂的外表面(外扩散);②反应物NOX、NH3和O2进一步向催化剂中的微孔表面扩散(内扩散);③反应物NH3等在催化剂表面吸附;④反应物在催化剂表面活性中心进行反应,NO和NH3反应生成N2和H2O(表面化学反应);⑤反应生成物N2和H2O从催化剂表面上脱附到微孔内(解吸附);⑥脱附下来的H2O和N2从微孔向外扩散到催化剂外表面(内扩散);⑦H2O和N2从催化剂外表面扩散到主气流中被带走(外扩散)。典型SCR主要工艺流程还原剂(液氨)用罐装卡车运输,以液体形态储存于氨罐中;液态氨在注入SCR系统烟气之前经蒸发器蒸发汽化;汽化的氨和稀释空气混合,通过喷氨格栅(AIG)喷入SCR反应器上游的烟气中;充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应,去除NOX。二、工艺水系统SCR的基本操作运行过程主要包含以下的几个步骤:包含以下的几个步骤:氨的准备与储存;氨的蒸发并与预混空气相混合;氨与空气的混合气体在反应器的适当位置喷入烟气系统中,其位置通常在反应器入口附近的烟气管路内;喷入的混合气体与烟气的混合;各反应物向催化剂表面的扩散并进行反应。二、工艺水系统SCR的其他辅助设备和装置主要包括SCR反应器的入口和出口的管路系统、SCR的旁路管路、吹灰装置、省煤器旁路系统,以及增加脱硝装置后需要升级或更换尾部引风机。二、工艺水系统还原剂NH3由氨供应系统提供至SCR区域的混合器中，与稀释空气混合并被稀释至安全浓度(5%体积浓度以下)后,通过喷氨格栅喷入SCR反应器的入口烟道中。喷氨格栅布置在烟道中,烟道外部的管道设手动调节阀。在系统投运初期,可根据烟道出口NOX检测浓度分布状况,调节喷入的氨在烟道截面上的分配量,使喷入的氨与其覆盖区域的NOX浓度匹配,调节好后固定门,以后不再调整。二、工艺水系统气氨的喷入量满足机组当前运行负荷条件下脱除NOX的需要量。控制系统通过SCR进出口NOX分析仪测量值计算NH3的需要量,并将计算结果反馈给氨流量调节阀以控制氨的供给量。一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统氨/空气混合气体通过喷氨格栅喷入反应器的入口烟道中,与烟气充分混合后,进入SCR反应器催化剂层。催化剂在一定温度范围内运行,当运行温度高于催化剂的最高温度限值时,陶瓷材质的蜂窝式催化剂将发生烧结和脆裂;当运行温度低于催化剂的最低温度限值时,容易生成NH4HSO4,生成的NH4HSO4附着在催化剂表面将堵塞催化剂孔,导致催化剂活性降低,影响脱硝效率。催化剂的最低温度与烟气中NH3和SO4的浓度有关,两者浓度越高,催化剂的最低温度限值就越高。SCR最低运行温度必须高于催化剂的最低温度限值,否则应停止喷入氨,停运SCR装置。完成脱硝反应后的净烟气进入下一级空气预热器(AH)设备。一、选择性催化还原脱硝技术原理与工艺系统SCR反应器每层催化剂上方设有耙式蒸汽吹灰器,吹扫介质为过热蒸汽。运行时根据反应器催化剂层的压降变化情况,可调整吹灰频率,一般为1~3次/天。脱硝装置采用液氨制备还原剂(气氨).氨供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨泵,液氨蒸发槽、缓冲罐、稀释槽、废水泵、废水池等。液氨的供应由液氨罐车运送至现场,通过卸料压缩机将液氨由罐车输入储罐内储存。液氨储罐内的液氨通过重力或液氨泵输送到液氨蒸发槽内蒸发为气氨,经压力控制阀控制一定的压力后进入缓冲罐,并经脱硝自动控制系统控制其流量后与稀释空气在混合器中混合均匀,再送入脱硝装置。SCR脱硝反应置于锅炉之后,布置方式有高温高尘布置、高温低尘布置和低温低尘布置三种方式。选择性催化还原系统催化剂选择性催化还原法烟气脱硝技术用于SCR系统的催化剂可分为贵金属型、金属氧化物型、沸石分子筛型和活性炭催化剂四种。目前,火电厂脱硝常用催化剂为金属氧化物型,常见的就是氧化钛基催化剂,该催化剂各活性成分的主要作用如下:SCR脱硝技术常用的催化剂V2O5是催化剂中最主要的活性成分和必备组分,又称主催化剂。其价态、晶粒度及分布情况对催化剂的活性均有一定的影响。其含量并非越高越好,往往和反应助剂、载体的品种及数量、制备方法、控制条件等有关。另外,V2O5还可以将SO2氧化成SO3,故其含量不能太高。1催化剂成分WO3为催化剂中加入的少量物质,称助催化剂。这种物质本身没有活性或活性很小,但却能显著地改善催化剂的活性、选择性和热稳定性。如在300～400℃的温度下,主催化剂中的微晶容易被烧结,加入WO,可阻止或缓解这种变化,延长催化剂的寿命。SCR脱硝技术常用的催化剂TiO2为催化剂载体,主要对催化剂活性组分及催化助剂起机械承载和抗磨蚀作用,并可增加有效催化反应表面积及提供合适的孔结构,使催化剂具备适宜的形状。钒的氧化物在TiO表面有很好的分散度。由于载体有微弱的催化能力,它减少了催化剂活性组分的用量,降低了制备成本。载体在催化剂中的质量含量是最大的。1催化剂成分SCR脱硝技术常用的催化剂催化剂多用整体式,即利用连续、单一通道结构的整块状载体,把催化剂组分以薄层形式均匀地涂覆在这些金属或陶瓷孔道上。具有较高的几何表面积、较低的压力和较短的扩散距离,能有效提高反应效率。整体式载体具有不同构造,对应不同整体式催化剂类型,主要有蜂窝式、平板式和波纹板状催化剂,如图8-7所示。其特点如下:蜂窝式。催化剂元件通过陶瓷材料挤压工具整体成型。由活性材料组成,经干燥、烧结、切割后,再被装配于钢框架内,形成一个易于操作的催化剂模块。蜂窝式催化剂具有模块化、单位体积有效面积大的特点。这种催化剂占市场总额60%以上,供应商如日本三菱、美国Cormetech公司。波纹板式。催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板为基材浸渍烧结而成。特点是比表面积较大,压降小,主要供应商为丹麦的Topsoe。平板式。以金属板为基材浸渍烧结而成,强度高,板与板间孔隙大,适应高尘环境。但同样效果下比蜂窝式比表面积小,需要的催化剂量大。占市场总额25%左右,供应商有日本的BHK等。SCR脱硝技术常用的催化剂催化作用加快化学反应速率是催化剂最为显著的特征。例如,N2和H2之间的反应,在无催化剂的情况下,即使在400℃也不能察觉到反应发生,但以铁为催化剂时,反应效率却能显著提高。催化作用特征催化剂之所以能加快反应速率,是由于它改变了反应的历程,从而降低了反应的活化能,使反应得以迅速进行,缩短了反应达到平衡的时间。1.加快化学反应速度,控制反应方向催化作用能降低反应的活化能,从而加快化学反应速率的特征,还可以从阿累尼乌斯关系式得到解释。对于一定的反应,当反应物浓度一定时,其反应速率的加快表现在速度常数的加大上。根据阿累尼乌斯关系式(如式8-8所示)可以看出,E的降低会使K大大增加。催化作用特征催化作用控制反应方向主要表现在化工生产上,有些有机反应可能有几个不同的反应方向,因而所得到的产物十分复杂,降低了主产品的产率。若选择合适的催化剂,能使反应方向沿着设计所需的方向进行,能极大地提高主产品的产率,降低副产品的含量。1.加快化学反应速度,控制反应方向催化作用特征1.加快化学反应速度,控制反应方向从热力学的观点看,催化剂不能改变体系中的化学自由能,即使由于物理状态变化造成附加的自由能变化,这都是经实验证实的。催化作用特征由此特征可知,催化剂只能在化学热力学允许的条件下,在热力学上对反应施加影响,提高其达到平衡状态的速率。对于受平衡限制的反应体系,必须在有利于平衡的基础上来选择和使用催化剂。2.催化作用不能改变化学平衡和反应热在筛选催化剂时,一般应在远离平衡的条件下来观察催化剂在动力学上的效应,从而对不同的试样进行比较。特定的催化剂只能催化特定的反应。这种选择性使人们有可能对复杂的反应系统从动力学上加以控制,使之向特定方向进行,生产出特定的产物。例如,用催化剂可使乙烯被选择性地氧化为环氧乙烷,减少生成CO2和H2O的深度氧化;在氨选择性还原NOX的过程中,V-Ti;催化剂只加速氨和NOX的反应,相对抑制NH3和O2的反应,从而降低氨耗。可见,对于在热力学上副反应占优势的反应系统,催化作用能有选择地使特定的反应加速,具有动力学竞争上的优势。催化作用特征3.催化作用有特殊的选择性反应器本体系统及其重要设备选择性催化还原法烟气脱硝技术反应器是SCR装置的核心部件之一,是提供烟气中的NOX与NH3在催化剂表面上生成N2和H2O的场所。反应器设计影响SCR系统的投资成本、运行成本、催化剂的用量及系统运行效果等重要方面。液氨蒸发器通常在工业废气治理工程中采用的催化反应器主要有固定床和流化床两种。流化床反应器具有传热效率高、温度分布均匀、气固接触面积大和传质速率高等优点,但动力消耗大,催化剂磨损流失严重,因此在治理工程中实际应用不多,目前广泛采用的是固定床反应器。燃煤电厂的SCR装置是固定床反应器的一种,它利用烟气在高温段的热量,达到催化反应要求的温度。一、反应器基本概念及其系统燃煤电厂SCR反应器是烟气脱硝系统的核心设备,其主要功能是承载催化剂,为脱硝反应提供空间,同时保证烟气流动的顺畅与气流分布的均匀,为脱硝反应的顺利进行创造条件。SCR工艺的核心——催化剂反应器装置,有水平和垂直气流两种布置方式,如图8-20所示。在燃煤锅炉中,由于烟气中的含尘量很高,一般采用垂直气流方式。一、反应器基本概念及其系统通常,一个反应器的范围自反应器入口膨胀节(不含)起到反应器出口膨胀节(不含)止,主要包括入口烟道、带加固肋的反应器壳体、烟气整流板及其支撑、催化剂层及其支撑、催化剂的检修维护设施(轨道、葫芦)、反应器的支撑、出口烟道、反应器内部的密封设施、必要的检修维护平台和相关的仪器仪表等。其中,主要部件名称及安装部位如图8-21所示。反应器的主要设备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箱体结构,若干只箱体再组成催化剂层,每个反应器一般由3、4层的催化剂层组成。催化剂模块、箱体、层之间的关系如图8-23所示,催化剂安装模块如图8-24所示。1催化剂部分以蜂窝催化剂为例,每个模块上开有20×20个气流口。气流孔径d的大小取决于锅炉所用燃料的种类。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lm.图8-25所示为平板式与蜂窝式催化剂的单元模块。反应器的主要设备（1）催化剂模块催化剂模块以箱体组合的形式安装。设计成箱体,便于催化剂安装到适宜固定的位置,同时箱体也充当运输容器,在运输过程中保护催化剂模块,免遭损坏。箱体外壳由一个薄金属筒体构成。箱体底部有一个用于固定的支撑格栅。箱体顶布有很多小方格,烟气可以从此进入,格栅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。催化剂模块装入钢箱有利于运输与安装,防止催化剂的破损。以某公司生产的催化剂为例，每只钢箱内装有64个催化模块。块与块之间以及块与箱体外壳之间用陶瓷纤维进行密封,防止未处理烟气的泄漏以及外部振动的影响。反应器的主要设备（2）催化剂箱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,如某300MW机组,每层催化剂由42只钢箱组成。图8-26所示为蜂窝式催化剂反应层示意,图中的每个小方块代表一个催化剂钢箱。反应器的主要设备（3）催化剂反应层为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有密封板或密封条,箱体和反应器壁之间设斜板,这些部件可有效防止催化剂模块间的烟气短路。在SCR壁板和催化剂之间的死角处装设屋脊状密封装置,可有效避免灰尘的堆积和炭粒的聚集。反应器的主要设备（3）催化剂反应层反应器的主要设备因燃煤机组的烟气中飞灰含量较高,在SCR反应器中均安装吹灰器,以除去覆盖在催化剂活性表面及堵塞气流通道的颗粒物,使反应器的压降保持在较低的水平。吹灰器还能够保持空气预热器通道畅通,从而降低系统的压降。2吹灰器反应器的主要设备2吹灰器吹灰器通常为可伸缩的耙形结构,采用蒸汽或空气进行吹扫。且每层催化剂的上面都设置吹灰器,各层吹灰器的吹扫时间错开，即每次只吹扫一层催化剂层或单层中的部分催化剂。以华电长沙电厂600MW机组为例,每层装有3台IK-525SC耙式吹灰器,每台反应器共初装6台吹灰器。吹灰汽源压力为1.5MPa,温度为35℃左右。吹灰器的运行始于最上层的催化剂,止于最下层的催化剂,从上到下,一层接一层吹灰。每个吹灰器的吹扫时间约5min,每台反应器的吹灰时间约为30min;当备用催化剂层投运时，每台反应器的吹灰时间约为45min。原则上,吹灰器每月吹灰一次,也可以根据反应器进出口的差压进行吹灰,使反应器的压力损失控制在一定的范围内。反应器的主要设备脱硝装置吹灰器的传动机构、动力系统、控制系统、蒸汽管路系统和锅炉的吹灰器基本相同,但由于吹扫的对象不同,吹灰器在反应器内部的结构和性能参数有所不同。图8-27所示为吹灰器的简单结构示意。以尿素为还原剂的选择性催化还原脱硝工艺选择性催化还原法烟气脱硝技术一、反应器基本概念及其系统与液氨作还原剂的SCR工艺不同,以尿素为还原剂的SCR工艺中需要专门的设备将尿素转化为氨气,之后送至SCR反应器。转化为氨气后的工艺与液氨作还原剂的SCR工艺是相同的,包括稀释、注氨、混合、反应等,这里不做介绍,只介绍尿素制氨的过程。尿素制氨方法主要有水解法和热解法两种。燃煤电站SCR尿素水解系统水解方主要有AOD法,U2A法、safeDeNOx法及Ammogen等几种工艺，目前应用较多的是AOD法。尿素水解制氨的常见工艺及设备AOD法将蒸汽直接加热尿素溶液,在温度约为200℃与压力为2.0MPa条件下制备氨气,尿素残液循环用于尿素溶液。U2A法将蒸汽通过盘管加热尿素溶液,在150℃、1.4~2.1MPa条件下制备氨气,蒸汽与尿素溶液不接触,蒸汽疏水用于尿素溶解。在AOD工艺中,颗粒尿素经斗式提升机输送到尿素溶解槽,同时将水解反应器系统出来的循环溶解液送到尿素溶解槽,不足时用除盐水补充,经搅拌后,配成浓度为40%～50%的尿素溶液。配置合格的尿素溶液,再经过尿素溶液泵加压后经水解换热器(又称节能器)与水解器出来的残液换热,升温后进入尿素水解器。尿素水解器为压力容器,内置多层隔板,装设蒸汽加热器,通过1.5~3.0MPa的蒸汽对尿素溶液直接加热,水解蒸汽通过装设在水解反应器底部的喷嘴直接喷射到尿素溶液中,使之达到180~250℃的反应温度。通过蒸汽压力来控制水解反应器的压力,多层隔板可以增加反应时间,使反应更加充分。尿素水解制氨的常见工艺及设备尿素溶液水解后的产物NH3、CO2和H2O的混合气体,由捕滴器除掉夹带的水滴后通过自身压力送往氨气稀释系统,加入空气后稀释成5%的氨气送往氨喷射系统。与液氨系统不同的是,稀释空气需要加热到180℃以上,避免NH3与CO2在低温下进行逆向反应生成氨基甲酸盐。同样,成品氨气输送管道需要进行伴热,介质温度需要维持在180℃以上。在水解反应器内,尿素溶液并不能完全水解,部分尿素和氨将残留在溶液中,残液通过自身压力流入到尿素溶液储备箱。由于残液温度较高,为了避免能量损失,残液通过热交换器回收热量,加热水解反应器入口的尿素溶液。尿素水解制氨的常见工艺及设备根据尿素的水解工艺,该系统包括以下组成部分:尿素水解制氨的常见工艺及设备①固体颗粒尿素的卸料、储存和供给系统;②尿素溶解系统;③尿素溶液给料系统;④尿素水解系统;⑤氨蒸气的空气稀释混合系统;⑥废水处理系统。本系统的主要设备包括斗士提升机、流化风电加热器、袋式除尘器、仓壁振动器、尿素溶解罐(带盘管式加热器)、尿素溶解罐搅拌器、尿素溶液储罐、尿素溶液混合泵、溶解车间地炕泵、疏水泵、溶解罐排风扇、尿素溶液给料泵、水解反应器、稀释风机等。如果考虑简化卸料系统,也可以袋装尿素库存方式,这样就可省去干态尿素储藏及卸料系统等设备,其缺点就是需要较多的人工操作。该工艺特点如下:尿素水解制氨的常见工艺及设备不使用催化剂,在180~250℃的反应温度和1.5~3.0MPa的反应压力下进行,反应速度较慢;由于水解速度较慢,AOD技术要求反应系统有较大的反应器,以满足氨气的供应,蒸汽气提技术使反应器的体积减小并提高了响应速度;在尿素水解反应器中没有考虑杂质的处理,易造成堵塞;由于系统的反应压力和温度不恒定,尿素水解反应的化学平衡状态也在变化,造成氨气组成成分变化,对控制带来不方便;该工艺特点如下:尿素水解制氨的常见工艺及设备尿素系统相对比较复杂,能耗也高于液氨系统,但是其最大的优势是安全性非常高,只需储存固体尿素颗粒,氨气随需要而制作;该系统的负荷范围非常宽,可以在10%~120%范围内的任意负荷点工作,冷态启动时间为20min,热备用状态响应时