烟气脱硝技术-选择性催化还原法(SCR)技术.ppt

1、烟气脱硝技术-选择性催化还原法（SCR）技术研讨,2012.2.12,1、概述 2、NOx形成的机理和NOx生成的控制 3、NOx脱除技术选择 4、脱销工程涉及的主要设备及系统 5、SCR 烟气流动模拟设计 6、SCR内部结构 7、 还原剂的运输方式及接卸设施 8、SCR 典型工期 9、投资估算及财务分析 10、其它注意事项,目录,NOx的危害,低空臭氧的产生 光化学烟雾的形成 酸雨 各种潜在的致癌物质 光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。,1、概述,不同浓度的NO2对人体健康的影响,环境中N

2、OX 来源 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和氧化二氮(N2O),还有NxOy。在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T1500oC时,T每增加100oC,反应速率增大6-7倍。,火电厂污染物排放标准 (GB13223-2003) 2004年以后的新项目 必须预留烟气脱除氮氧化物装置空间 锅炉NOx最高容许排放浓度（燃煤）： 煤质 NOx最高容许排放浓度（mg/Nm3) Vdaf20% 450 10%Vdaf20% 650 Vdaf10% 1100 火电厂大气污染物排放标准

3、 (GB13223-2011) 2014年7月1日起，现有火力发电锅炉及燃机；2012年以后的新项目 燃煤锅炉氮氧化物（以NO2计）排放限值（mg/Nm3) ： 100 采用W型锅炉，现有循环流化床锅炉，以及2003年 12月31日前建成投产或通过环评审批的电厂锅炉 氮氧化物（以NO2计）排放限值（mg/NM3) ：200 油料燃机氮氧化物（以NO2计）排放限值（mg/Nm3) ： 120 天燃气燃机氮氧化物（以NO2计）排放限值（mg/Nm3) ：50,火电厂大气污染物排放标准,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 7,SCR设备容量

4、在德国的发展情况,1980,1982,1984,1986,1988,1990,1992,1994,1996,1998,2003,安装脱硫设备容量：45 000MW,安装SCR脱硝设备容量：30 000MW,联邦污染物防治法第13条例排放标准(CO, NOx, SOx,HCI, HF, 粉尘）,环境部长会议确定控制NOx,联邦污染物防治法第17条例排放标准(CH, HCI, HF, SOx, NOx,重金属,PCDD/F, 粉尘),垃圾焚烧电站,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 8,德国安装SCR脱硝设备容量发展情况,30 000,2

5、5 000,20 000,15 000,10 000,5 000,安装SCR脱硝设备容量,MW el,bituminous coal,oil,lignite,来源：德电联,烟煤,油,褐煤,德国NOx排放情况,Mio t,A. 热力型 NOX 主要反应 N2+ONO+N N+O2NO+O N+OHNO+H 无烟煤燃烧中，一般一半以上的NOx为热力型 相关因素 高温环境 燃料与空气的充分混合,2、NOx形成的机理和NOx生成的控制,NOX 形成机理,热力型NOx的生成浓度与温度的关系,B. 燃料型 NOX 燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物 在煤粉燃烧中，约80的NOx为燃料型,相

6、关因素 与燃料和空气的混合程度密切相关 与燃烧区域的温度关系不大,C. 快速型 NOX 在燃烧的早期生成 形成过程 氮和燃料中的碳氢化合物反应 N2CH化合物HCN化合物 HCN化合物氧化生成NO HCN化合物O2NO 对于燃煤锅炉，快速型NOx所占份额一般低于5。,煤的燃烧方式对排放的影响 NO的生成及破坏与以下因素有关： (a).煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量，燃料比FC/V以及V-H/V-N等。 (b).燃烧温度。 (c).炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO和CHi的含量。 (d).燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。 NOX 生成的控制 控制原理 降低燃烧温

7、度 控制燃料和空气的混合速度与时机 主要控制手段 燃烧器设计参数（风速、旋流强度等）优化 煤粉浓缩技术 OFA分级送风技术 注意事项 锅炉的燃烧效率 煤粉的着火和稳燃,不同燃煤设备所生成的NOx的原始排放值及为达到环境保护标准所需的NOx降低率,举例：固态除渣煤粉炉，当要求NOx排放值为650mg/m3时，所需的NOx降低率为36。,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 16,省煤器,3、NOx脱除技术选择,烟气脱硝方案选择 烟气脱硝工艺选择：目前发达国家应用较为成熟的烟气脱硝技术有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNC

8、R)、电子束法以及炽热碳还原等。其中选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)在大型电站中应用较多。 SNCR的优点是初投资费用低，缺点是脱硝效率较低、对电站锅炉控制要求高、氨的逃逸率较大。 SCR烟气脱硝具有脱除效率高、氨的逃逸率小(3ppm)、运行可靠、便于维护等优点。目前，我国、欧美和日本等国家火电厂的烟气脱硝装置采用SCR技术大约占到95。,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 18,SCR脱硝系统选择,(44 套SCR系统, 其中38套高灰段布置, 6套低灰段布置）,高灰段,低灰段,0,5,10,15,20,2

9、5,布置位,m,(x 1000),2.2 %,97.8 %,蜂窝状,平板状,0,5,10,15,催化剂类型,47.6 %,52.4 %,安装催化剂体积总量 : 18,714 m,m,(x 1000),A. 选择性非催化还原法 (SNCR) 主要反应 氨 4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O 尿素 2NO + (NH2)2CO + 1/2O2 2N2+2H2O + CO2 反应温度: 760 1090C 最佳反应温度：8701090C 脱硝效率 对于城市固体垃圾炉转化效率在3050%之间，大型电站锅炉的转化效率控制在2040%之间。,B. 选择性催化还原法 (SCR) 主要反应

10、4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2O 反应温度 230450C 一般应用温度：300400C 转化效率在7090%之间。,SCR 还原剂的比选 SCR可用的还原剂一般有三种：氨水、液氨以及尿素。三种脱硝原料在市场上可以很方便的直接购买，其供应市场是充足的。,在日本和中国台湾均采用液氨法，在欧洲根据不同地区三种方案均有应用。由于液氨与尿素方案互有利弊，还原剂选用液氨(无水氨)或尿素都是可行的。,脱硝效率的确定 根据工程煤质特点和燃烧烟气中NOx浓度，确定工程脱硝效率，采用23层+预留1层的催化剂方案。 旁路系统 根据火电厂烟

11、气脱硝工程技术规范选择性催化还原法（HJ562-2010）中6.1.2的规定：“脱硝系统不得设置反应器旁路”，因此不设置SCR烟道旁路装置。 烟气温度对催化剂的影响 由于一般SCR催化剂能适应的运行温度在310400。锅炉运行负荷范围内，一般省煤器出口烟气温度可以满足催化剂的正常运行要求。,选择性催化还原法特点,原则 在催化剂作用下，氨做为还原剂 选择性地和烟气中的 NOx 反应生成 N2 + H2O 最有效的NOx脱除技术 催化剂型式 板式或者蜂窝式 TiO2为载体，V2O5做为主要活性物质，辅以WO3等增加活性，抗烧结，减低SO2 的转化率 脱硝效率 70 - 90% 燃料 煤，天然气，石

12、油，木材，城市垃圾等,脱硝工艺系统图（液氨方案）,尿素脱硝工艺原则性系统图,锅炉整体布置,催化剂,氨的喷射栅格,烟气入口,烟气出口,阀门控制站,氨的稀释风机,空气加热器,加热器和分机 控制面板,氨的蒸发 和控制单元,氨的存 储系统,NH3,SCR 反应器和旁路烟道,典型的SCR系统,SCR 反应器和旁路烟道,典型的SCR系统,煤质、锅炉、电除尘器、烟风系统、脱硫系统、电厂水源、水文气象、场地稳定性评价、岩土工程及地震。 6kV电源：引风机电负荷容量变化，当采用尿素作为还原剂时，增加尿素解热炉电加热器，需核算高厂变、开关柜及电缆等引接方案是否满足要求。 380V电源：新增380V负荷主要包括脱硝

13、剂制备系统、SCR反应器系统及引风机系统，根椐负荷分布情况，分别在各负荷中心设置MCC，即新增加氨区MCC、脱硝MCC ,及引风机MCC。 热工自动化：烟气脱硝控制系统采用机组公用硬件系统。包括DCS、火灾报警和消防控制系统及工业电视监控系统等。 涉及到部分建筑结构、消防、上下水、暖通工程。,4、脱销工程涉及的主要设备及系统,空预器选择的影响 SCR脱硝运行时，部分NH3和烟气中SO3和H2O形成的硫酸氢铵(NH4HSO4)，在150230时，会对空气预热器中温段和低温段形成强腐蚀。硫酸氢铵具有很强的粘结性，粘在传热元件表面会吸附大量飞灰，造成堵灰。同时，烟气中部分SO2被SCR催化剂转化为S

14、O3，加剧了空气预热器冷端腐蚀和堵塞。锅炉安装脱硝设备后需要对预热器及吹灰器系统采取相应的配套措施。 换热元件采用吹灰通透性高的波形替代，为防止空气预热器腐蚀，合并冷段和中温段，冷段层采用搪瓷表面的传热元件，此传热元件表面光洁，易于清洗，耐磨损、耐腐蚀，使用寿命可以达到50000h。 考虑长期运行清洗和冷端加高的需要，吹灰器改为双介质（蒸汽+高压水）吹灰器，并配备高压水泵系统。运行时吹灰介质为蒸汽，停机时采用高压水清洗。 引风机选择的影响 考虑不同型式的电除尘器，针对不同形式的引风机选择，引风机与增压风机是否合以及采用电动还是小汽轮机驱动，需进行全面的技术经济比较，根据比较结果给出引风机选型推

15、荐意见。,5、SCR 烟气流动模拟设计,102030405060708090100110,Speed, ft/s,Side View,Enlargement,Plan View,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 35,按1:15比例制作的SCR脱硝设备流场模型,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 36,SCR脱硝设备流场建模试验第一层催化剂的模拟试验,优化前,优化后,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 37,SCR

16、脱硝设备流场建模试验第一层催化剂表面积灰,优化前,优化后,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 38,催化剂在反应器中的布局,反应器外壳,喷氨格栅,烟气,通往空气预热器,催化剂框篮,催化剂单元,催化剂层,6、SCR内部结构,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 39,SCR反应器,烟气,NH3,未反应的NOx 与逃逸的NH3,排放限值,浓度,NOx,未反应NOx,逃逸NH3,第一层,第二层,第三层,NH3 + NOx,NH3,特点: NOx 减少至 100 mg/m3 (约50

17、ppm) NH3- 反应基本消耗完,按化学计量组成 所需的附加氨气量,催化剂/反应器尺寸设计的主要依据,要求的脱硝效率 容许的NH3 逃逸率 烟气流量以及进口NOx浓度 烟气侧压力降,SCR 催化剂设计中要考虑的因素,NH3 逃逸率 SO2 到 SO3 的转化率 NH4HSO4造成预热器的阻塞 使用NH3 的烟气最低温度 As的毒化 碱金属（Na，K）的毒化 飞灰磨损 高温下催化剂的烧结 催化剂的寿命,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 42,催化剂测试,- 催化剂组成 (非表面材料),化学成分 基于WO3 基于MoO3 SiO2%5

18、,13,4 Al2O3%0,653,9 Fe2O3%0,010,14 TiO2%79,773,3 CaO%0,790,01 MgO%0,010,01 BaO%0,010,01 Na2O%0,010,01 K2O%0,020,02 SO3%1,13,4 P2O5%0,010,01 V2O5%0,591,6 MoO3%-12,9 WO3%11,0-,催化剂型式,蜂窝式,板式,波纹板式,氨的喷射栅格,氨的喷射栅格和静态混合器,NH3 喷射栅格,静态混合器,Photo courtesy of Siemens Flow Model Tests brochure, 1998.,静态混合器,Photo courtesy of Koch-Glitsch, Inc.,7、 还原剂的运输方式及接卸设施 本工程外购液氨由供货厂家负责用罐车运输到电厂氨储存区，卸氨压缩机抽取液氨贮罐顶部的气相氨，经压缩机压缩后，其出口气体氨打入罐车顶部将罐车内的液氨由底部压入氨贮罐，完成液氨卸载过程。液氨卸完后，将软管内剩液排入氨稀释罐。卸氨压缩机一运一备，卸料时间按1h考虑。 尿素由社会车辆运输到厂内。,GTZ Seminar China (EN) / 28-29.03.07 / TZ,Seite 48,液氨,基本上为纯净的氨 - 99