SCR鍋爐脫硝設(shè)備詳細(xì)內(nèi)容

1. SCR鍋爐脫硝設(shè)備,鍋爐脫硝除塵器簡介

     NOX的控制方法從燃料的生命周期的三個階段入手，限燃燒前、燃燒中和燃燒后。當(dāng)前，燃燒前脫硝的研究很少，幾乎所有的脫硝都集中在燃燒中和燃燒后的NOX的控制。所以在國際上把燃燒中NOX的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措施，把燃燒后的NOX控制措施統(tǒng)稱為二次措施，又稱為煙氣脫硝技術(shù)。

目前普遍采用的燃燒中NOX控制技術(shù)即為低NOX燃燒技術(shù)，主要有低NOX燃燒器、空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。

應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR）以及SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)。

2 .SCR鍋爐脫硝設(shè)備,鍋爐脫硝除塵器技術(shù)

近幾年來選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)(SCR)發(fā)展較快,在歐洲和日本得到了廣泛的應(yīng)用,目前催化還原煙氣脫硝技術(shù)是應(yīng)用最多的技術(shù)。

1）SCR脫硝反應(yīng)

目前世界上流行的SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。此兩種法都是利用氨對NOX的還原功能，在催化劑的作用下將NOX(主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的N2和水。還原劑為NH3，其不同點(diǎn)則是在尿素法SCR中，先利用一種設(shè)備將尿素轉(zhuǎn)化為氨之后輸送至SCR觸媒反應(yīng)器，它轉(zhuǎn)換的方法為將尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合時間，駐留時間及溫度，由此室分解出來之氨基產(chǎn)物即成為SCR的還原劑通過觸媒實(shí)施化學(xué)反應(yīng)后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有熱解法和水解法，主要化學(xué)反應(yīng)方程式為： 

NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

在整個工藝的設(shè)計(jì)中，通常是先使氨蒸發(fā)，然后和稀釋空氣或煙氣混合，之后通過分配格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。

在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過以下反應(yīng)被還原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

當(dāng)煙氣中有氧氣時，反應(yīng)式優(yōu)*行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關(guān)系。

在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的NOX濃度的5%，NO2參與的反應(yīng)如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面兩個反應(yīng)表明還原NO2比還原NO需要更多的氨。

在絕大多數(shù)鍋爐煙氣中，NO2僅占NOX總量的一小部分，因此NO2的影響并不顯著。

SCR系統(tǒng)NOX脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎和NOX反應(yīng)。有一小部分氨不反應(yīng)而是作為氨逃逸離開了反應(yīng)器。一般來說，對于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的NOX脫除率，就必須增加反應(yīng)器中NH3/NOX摩爾比。當(dāng)不能保證預(yù)先設(shè)定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標(biāo)準(zhǔn)時，就必須在反應(yīng)器內(nèi)添加或更換新的催化劑以恢復(fù)催化劑的活性和反應(yīng)器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。

2）SCR系統(tǒng)組成及反應(yīng)器布置

在選擇催化還原工藝中，NOx與NH3在催化劑的作用下產(chǎn)生還原。催化劑安放在一個固定的反應(yīng)器內(nèi)，煙氣穿過反應(yīng)器平行流經(jīng)催化劑表面。催化劑單元通常垂直布置，煙氣自上向下流動。

SCR系統(tǒng)一般由氨的儲存系統(tǒng)、氨與空氣混合系統(tǒng)、氨氣噴入系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。

3.1 氨的儲存系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成

液氨儲存系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲罐等。

（2）工藝描述

還原劑（氨）用罐車運(yùn)輸并在儲罐儲存。在高壓下，氨被液化以減小運(yùn)輸和儲存的體積。市場購買的還原劑（液態(tài)氨純度99.6%）,供應(yīng)商用罐裝車運(yùn)輸（以液體形態(tài)儲存在壓力容器內(nèi)），送往氨貯存場地，通過氨卸載壓縮機(jī)抽取儲罐中氣氨，送入儲罐后，將槽車中的液氨，擠入液氨儲槽中貯存。使用時，儲存罐中的氨借助自壓輸送到蒸發(fā)器中。

· 卸載壓縮機(jī)

卸料壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置二臺卸載壓縮機(jī)，一臺運(yùn)行，一臺備用。

· 液氨儲槽

本工程設(shè)置2臺液氨儲罐，供兩爐使用。液氨儲罐的***大充裝量為25m3。儲氨罐組可供應(yīng)兩臺爐設(shè)計(jì)條件下，每天運(yùn)行24小時，連續(xù)運(yùn)行7天的消耗量。液氨儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)斷閥和安全閥做為儲罐安全運(yùn)行保護(hù)所用。儲罐還裝有溫度計(jì)、壓力表液位計(jì)和相應(yīng)的變送器將信號送到主體機(jī)組DCS控制系統(tǒng)，當(dāng)儲罐內(nèi)溫度或壓力高時報警。儲罐四周安裝有工業(yè)水噴淋管線及噴嘴，當(dāng)儲罐內(nèi)液氨溫度過高時自動淋水裝置啟動，對儲罐進(jìn)行噴淋降溫。

3.2氨注入系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成

氨注入系統(tǒng)包括氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。

（2）工藝描述

儲罐里的液態(tài)氨靠自壓輸送到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)（通過蒸汽加熱）將氨蒸發(fā)，每個蒸發(fā)槽上裝有壓力控制閥將氨氣壓力控制在≤2kg/cm2。當(dāng)出口壓力超過2kg/cm2時，切斷節(jié)流閥，停止液氨供應(yīng)。從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣流進(jìn)入氨氣緩沖罐，通過氨氣輸送管道送至每一臺爐的SCR反應(yīng)裝置旁。再用空氣稀釋高濃度無水氨，這樣氨/空氣混合物安全且不易燃。通過裝在SCR入口煙道內(nèi)的氨注入格柵，將氨/空氣混合物注入到SCR系統(tǒng)內(nèi)。

（3）主要設(shè)備選型

· 液氨蒸發(fā)槽

液氨蒸發(fā)所需要的熱量由低壓蒸汽提供，共設(shè)有二個液氨蒸發(fā)槽（一用一備）。蒸發(fā)槽裝有安全閥，可防止設(shè)備壓力異常過高。液氨蒸發(fā)槽面積按照在BMCR工況下單臺機(jī)組100％容量設(shè)計(jì)。

· 氨氣緩沖槽

氨氣緩沖槽的作用即在穩(wěn)定氨氣的供應(yīng)，避免受蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所影響。緩沖槽上也有安全閥可保護(hù)設(shè)備。

· 氨氣稀釋槽

氨氣稀釋槽為立式水槽，水槽的液位由滿溢流管線維持，稀釋槽設(shè)計(jì)連結(jié)由槽頂淋水和糟側(cè)進(jìn)水。液氨系統(tǒng)各排放處所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽低部進(jìn)入。通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來吸收安全閥排放的氨。

· 稀釋風(fēng)機(jī)

噴入鍋爐煙道的氨氣為空氣稀釋后的含5％左右氨氣的混合氣體。所選擇的風(fēng)機(jī)滿足脫除煙氣中NOx***大值的要求，并留有一定的余量。稀釋風(fēng)機(jī)兩臺按一臺100％容量（一用一備）設(shè)置，共有四臺離心式稀釋風(fēng)機(jī)。

·氨/空氣混合器

為了實(shí)現(xiàn)氨和稀釋空氣的充分、均勻的混合，

· 氨氣泄漏檢測器

液氨儲存及注入系統(tǒng)周邊設(shè)有3只氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當(dāng)檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在機(jī)組控制室會發(fā)出警報，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生。電廠液氨儲存及供應(yīng)注入系統(tǒng)遠(yuǎn)離機(jī)組，并采取措施與周圍環(huán)境隔離。

· 排污系統(tǒng)

液氨儲存和注入系統(tǒng)的氨排放管路為一個封閉系統(tǒng)，將經(jīng)由氨氣稀釋槽吸收成氨廢水后排放至廢水池再經(jīng)由廢水泵送至主廠廢水處理站。

· 氮?dú)獯祾?/p>

液氨儲存及注入系統(tǒng)保持系統(tǒng)的嚴(yán)密性防止氨氣的泄漏和氨氣與空氣的混合造成爆炸是最關(guān)鍵的安全問題?；诖朔矫娴目紤]，本系統(tǒng)的卸料壓縮機(jī)、液氨儲罐、氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐等都備有氮?dú)獯祾吖芫€。在液氨卸料之前通過氮?dú)獯祾吖芫€對以上設(shè)備分別要進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)嚴(yán)密性檢查和氮?dú)獯祾?，防止氨氣泄漏和與系統(tǒng)中殘余的空氣混合造成危險。

3.3 SCR反應(yīng)器及附屬系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成

SCR反應(yīng)器和附屬系統(tǒng)由擋板門、氨注入格柵、SCR反應(yīng)器、催化劑、吹灰系統(tǒng)和煙道等組成。

（2）工藝描述

由氨/空氣混合器來的稀釋氨氣通過氨注入格柵的多個噴嘴，將氨噴入煙氣中。注入格柵后的煙氣混合裝置促進(jìn)煙氣和氨的混合，保證煙氣中氨濃度的均勻分布。

來自鍋爐省煤器出口的煙氣通過SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器包含催化劑層，在催化劑作用下，NH3與NOX反應(yīng)從而脫除NOX，催化劑促進(jìn)氨和NOX的反應(yīng)。在SCR反應(yīng)器最上面有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運(yùn)、安裝和更換。煙氣經(jīng)過煙氣脫硝過程后經(jīng)空氣預(yù)熱器熱回收后進(jìn)入靜電除塵器和FGD系統(tǒng)后排入大氣。

SCR反應(yīng)器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應(yīng)副產(chǎn)物，以減少反應(yīng)器壓力降。

SCR工藝主要性能指標(biāo)有：脫硝效率、氨量、反應(yīng)器的壓力降等。

SCR工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。

（3）主要設(shè)備選型

· SCR反應(yīng)器

反應(yīng)器的水平段安裝有煙氣導(dǎo)流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應(yīng)器的豎直段裝有催化劑床。

反應(yīng)器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預(yù)留1層位置，作為未來脫硝效率低于保證值時增裝催化劑用，以此作為增強(qiáng)脫硝效率并延長有效觸媒壽命的備用措施。

脫硝效率按80%設(shè)計(jì)，催化劑模塊尺寸為長1901mm×寬952mm×高1100mm（含框架），鍋爐脫硝反應(yīng)器每層布置21個模塊（3×7），層之間空間高度為3.4m，其中每層催化劑前端有耐磨層，減弱飛灰對催化劑的沖刷作用。每個反應(yīng)器按3層設(shè)計(jì)，運(yùn)行初期僅裝2層。每臺爐設(shè)置一個反應(yīng)器。

反應(yīng)器為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器，內(nèi)部設(shè)有觸媒支撐結(jié)構(gòu)，能承受內(nèi)部壓力，地震負(fù)荷、煙塵負(fù)荷、觸媒負(fù)荷和熱應(yīng)力等。反應(yīng)器殼外部設(shè)有加固肋及保溫層。觸媒通過反應(yīng)器外的觸媒填裝系統(tǒng)從側(cè)門放入反應(yīng)器內(nèi)。

· 噴氨格柵

為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對反應(yīng)器中層催化劑上方煙氣的NH3/NOx摩爾比的調(diào)整，所以需在進(jìn)口煙道上的合適位置設(shè)置噴氨格柵。包括供應(yīng)箱、噴射格柵和噴射孔等。噴射系統(tǒng)配有節(jié)流閥及節(jié)流孔板。在對NOx濃度進(jìn)行連續(xù)分析的同時，調(diào)節(jié)必要的氨量從噴氨格柵中噴氨。

3.4 脫硝裝置總體布置

本煙氣脫硝工程主要構(gòu)筑物有脫硝裝置、液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)筑物。

在制定脫硝裝置布置方案時，應(yīng)考慮下面設(shè)備：

— SCR反應(yīng)器；

— 煙氣管道；

— 與鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器的聯(lián)接；

— 輔助設(shè)備。

3.4.1SCR鍋爐脫硝設(shè)備,鍋爐脫硝除塵器布置原則

— 在規(guī)劃基本的現(xiàn)場布置方案時，建筑和設(shè)備的位置應(yīng)該按照需要的功能來布置，并考慮進(jìn)出方便、建造難易、操作、維護(hù)和安全性。

—SCR反應(yīng)器布置方案應(yīng)該考慮將來在其它鍋爐上安裝脫硝裝置的要求，脫硝系統(tǒng)的布置不能影響將來的裝置布置和施工。

—一臺鍋爐設(shè)置一個SCR反應(yīng)器。

—為SCR反應(yīng)器留有適當(dāng)?shù)目臻g，用來設(shè)置過道，便于催化劑模塊的安裝和操作。

—為催化劑模塊的抬升預(yù)留足夠的空間。

—通道應(yīng)該盡可能連續(xù)，所有的主要通道能允許叉式升降機(jī)（鏟車）通行，并考慮其轉(zhuǎn)動半徑。

3.4.2總體布置方案選擇

（1）SCR鍋爐脫硝設(shè)備,鍋爐脫硝除塵器SCR反應(yīng)器的布置方式：

在熱段/高灰布置中，SCR反應(yīng)器位于省煤器和空氣預(yù)熱器之間，因?yàn)樵搮^(qū)域煙氣溫度在300-400℃的范圍內(nèi)。鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度在該范圍內(nèi)。世界上絕大多數(shù)燃煤火電廠的SCR裝置采用這種布置萬式。

這種布置方式的主要優(yōu)點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用低，因?yàn)樵摱蔚臒煔鉁囟扰c催化劑要求的運(yùn)行范圍相符合。這種布置的其主要缺點(diǎn)是催化劑暴露于含有全部灰塵和硫分的煙氣中。采用這種布置方式主要是含硫量低于2%的煙煤發(fā)電鍋爐。

由于SCR系統(tǒng)所要求的煙氣溫度為330～415℃，故SCR反應(yīng)器放置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。

新建SCR系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)在電廠現(xiàn)場測量及提供的資料，在布置基立柱等時主要考慮校核原有鍋爐鋼架基礎(chǔ)的荷載。

（2）液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)布置

根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160-92)關(guān)于乙類液體儲罐防火間距的要求:氨站應(yīng)該距離生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)設(shè)備20m，距離明火和散發(fā)火花地點(diǎn)25m，距離全廠重要設(shè)施30m，距離運(yùn)輸?shù)缆?、廠圍墻lOm。

氨儲罐布置在半露天防曬雨棚中的零米地面；氨卸載壓縮機(jī)等轉(zhuǎn)動的機(jī)械設(shè)備以及電氣設(shè)備布置在氨儲罐旁邊的建構(gòu)筑物內(nèi)。

蒸發(fā)器、緩沖貯罐均布置在儲罐旁邊的構(gòu)筑物內(nèi)，采用防曬雨棚；稀釋空氣風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器均相應(yīng)布置在每一臺鍋爐的零米附近。

道路:在液態(tài)氨的貯存和供應(yīng)的建筑構(gòu)筑物形成消防環(huán)路，采劇混凝土路面與廠區(qū)道路相連接。

液氨采用輸送管道方式。