烟气脱硝技术选择性催化还原法SCR技术.ppt

烟气脱硝技术-选择性催化还原法（SCR）技术研讨 2012.2.1211 1、概述、概述、概述、概述2 2、NOxNOx形成的机理和形成的机理和形成的机理和形成的机理和NOxNOx生成的控制生成的控制生成的控制生成的控制3 3、NOxNOx脱除技术选择脱除技术选择脱除技术选择脱除技术选择4 4、脱销、脱销、脱销、脱销工程工程工程工程涉及涉及涉及涉及的主要设备及系统的主要设备及系统的主要设备及系统的主要设备及系统5 5、SCR SCR 烟气流动模拟设计烟气流动模拟设计烟气流动模拟设计烟气流动模拟设计6 6、SCRSCR内部结构内部结构内部结构内部结构7 7、还原剂的运输方式及接卸设施还原剂的运输方式及接卸设施还原剂的运输方式及接卸设施还原剂的运输方式及接卸设施8 8、SCR SCR 典型工期典型工期典型工期典型工期9 9、投资估算及财务分析、投资估算及财务分析、投资估算及财务分析、投资估算及财务分析1010、其它注意事项、其它注意事项、其它注意事项、其它注意事项目录 Seite 2 NOx NOx的危害的危害的危害的危害l低空臭氧的产生l光化学烟雾的形成l酸雨l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、概述不同浓度的不同浓度的不同浓度的不同浓度的NO2NO2对人体健康的影响对人体健康的影响对人体健康的影响对人体健康的影响Seite 4环境中环境中环境中环境中NONOX X 来源来源来源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(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火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准Seite 6SCRSCR设备容量在德国的发展情况设备容量在德国的发展情况设备容量在德国的发展情况设备容量在德国的发展情况19801982198419861988199019921994199619982003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)垃圾焚烧电站垃圾焚烧电站Seite 7德国安装德国安装德国安装德国安装SCRSCR脱硝设备容量发展情况脱硝设备容量发展情况脱硝设备容量发展情况脱硝设备容量发展情况30 00025 00020 00015 00010 0005 000安装SCR脱硝设备容量MW elbituminous coaloillignite来源：德电联 烟煤油褐煤Seite 8德国德国德国德国NOxNOx排放情况排放情况排放情况排放情况Mio tSeite 9A.A.热力型 NONOX X l主要反应 N2+ONO+N N+O2NO+O N+OHNO+Hl无烟煤燃烧中，一般一半以上的NOx为热力型l相关因素 高温环境 燃料与空气的充分混合2、NOx形成的机理和形成的机理和NOx生成的控制生成的控制NONONONOX X X X 形成机理形成机理形成机理形成机理 Seite 10热力型热力型热力型热力型NOxNOxNOxNOx的生成浓度与温度的关系的生成浓度与温度的关系的生成浓度与温度的关系的生成浓度与温度的关系Seite 11B.燃料型 NONOX X l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l在煤粉燃烧中，约80的NOx为燃料型l相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 NONOX X l在燃烧的早期生成l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NOHCN化合物O2NOl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 降低燃烧温度降低燃烧温度控制燃料和空气的混合速度与时机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）优化燃烧器设计参数（风速、旋流强度等）优化煤粉浓缩技术煤粉浓缩技术OFAOFA分级送风技术分级送风技术注意事项锅炉的燃烧效率锅炉的燃烧效率煤粉的着火和稳燃煤粉的着火和稳燃Seite 14不同燃煤设备所生成的不同燃煤设备所生成的不同燃煤设备所生成的不同燃煤设备所生成的NOxNOxNOxNOx的原始排放值及为达到环境保的原始排放值及为达到环境保的原始排放值及为达到环境保的原始排放值及为达到环境保护标准所需的护标准所需的护标准所需的护标准所需的NOxNOxNOxNOx降低率降低率降低率降低率举例：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。15SNCRSCR在空气预热器前高灰段布置锅炉空预器ESPSCR inair heater 燃烧估算FGDVV VVGGHSCR在低尘段布置同时脱硫脱硝工艺GGHSCR尾部布置活性炭SOx/NOx吸附工艺VVVVV V省煤器3、NOx脱除技术选择脱除技术选择Seite 16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(SNCR)、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。Seite 17SCR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0510152025布置位m(x 1000)2.2%97.8%蜂窝状平板状051015催化剂类型47.6%52.4%安装催化剂体积总量:18,714 mm(x 1000)Seite 18 A.选择性非催化还原法(SNCR)l主要反应主要反应 氨 4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O 尿素 2NO+(NH2)2CO+1/2O2 2N2+2H2O+CO2l反应温度反应温度:760 1090C最佳反应温度：8701090Cl脱硝效率脱硝效率 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。Seite 19B.B.选择性催化还原法选择性催化还原法 (SCR)(SCR)主要反应主要反应4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2 3N2+6H2Ol l反应温度反应温度 230450C 一般应用温度：300400Cl l转化效率在转化效率在7090%7090%之间。之间。Seite 20SCR 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。Seite 21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。Seite 22选择性催化还原法特点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，石油，木材，城市垃圾等Seite 23脱硝工艺系统图（液氨方案）脱硝工艺系统图（液氨方案）Seite 24尿素脱硝工艺原则性系统图尿素脱硝工艺原则性系统图Seite 25催化剂催化剂氨的喷射栅格氨的喷射栅格烟气入口烟气入口烟气出口烟气出口阀门控制站阀门控制站氨的稀释风机氨的稀释风机空气加热器空气加热器加热器和分机加热器和分机控制面板控制面板氨的蒸发氨的蒸发和控制单元和控制单元氨的存氨的存储系统储系统NHNH3 3Seite 27SCR 反应器和旁路烟道典型的典型的SCR系统系统Seite 28SCR SCR 反应器和旁路烟道反应器和旁路烟道典型的典型的SCR系统系统Seite 29 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Seite 30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SO3，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荐意见。Seite 31Seite 32Seite 335、SCR 烟气流动模拟设计101020203030404050506060707080809090100100110110Speed,ft/sSpeed,ft/sSide ViewSide ViewEnlargementEnlargementPlan ViewPlan ViewSeite 34按1:15比例制作的SCR脱硝设备流场模型Seite 35SCR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Seite 36SCR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Seite 37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 6、SCRSCR内部结构内部结构Seite 38SCR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+NOxNH3特点特点:NOx 减少至 100 mg/m3(约50 ppm)NH3-反应基本消耗完按化学计量组成所需的附加氨气量Seite 39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Seite 40SCR 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Seite 41催化剂测试-催化剂组成(非表面材料)化学成分 基于WO3 基于MoO3SiO2%5,13,4Al2O3%0,653,9Fe2O3%0,010,14TiO2%79,773,3CaO%0,790,01MgO%0,010,01BaO%0,010,01Na2O%0,010,01K2O%0,020,02SO3%1,13,4P2O5%0,010,01V2O5%0,591,6MoO3%-12,9WO3%11,0-Seite 42催化剂型式蜂窝式蜂窝式板式板式波纹板式波纹板式Seite 43氨的喷射栅格Seite 44氨的喷射栅格和静态混合器NHNH3 3 喷射栅格喷射栅格喷射栅格喷射栅格静态混合器静态混合器静态混合器静态混合器Photo courtesy of Siemens Flow Model Tests brochure,1998.Seite 45静态混合器静态混合器静态混合器静态混合器Photo courtesy of Koch-Glitsch,Inc.Seite 46 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。Seite 47液氨 基本上为纯净的氨 -99.5-99.7%的氨,至多 0.3%的水Seite 48无水氨的存储罐典型的SCR系统Seite 49氨的存储系统及构架Seite 50氨的蒸发器Seite 51氨的流量分配阀门站Seite 528、SCR 典型工期0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18设计和制造安装停炉并入SCR系统 调试开工加载催化剂SCR投入运行完工MonthsSeite 539、投资估算及财务分析 依据电力规划设计总院公布的火电工程限额设计参考造价指标（2010年水平），新建2600MW机组工程脱硝工程设备及建安投资总额为10800万元；2300MW机组脱硝工程设备及建安投资总额为7178万元。改造工程需要注意以下问题：（1）对原有设备进行改造。引风机、空预器等。（2）对原有烟道支架基础和上部结构进行加固，并新建部分管排架等。（3）引风机变频器改造。（4）考虑编制年价差变化。（5）增加其他费用等。Seite 54典型300MW容量电厂因SCR系统每年需额外支出费用 折旧 年利率 固定成本 每MWh成本 可变成本成本随运行时间变化图（简易示范图）总成本（USD）每MWh成本运行时间（h)Seite 55 （1）需进行环评报告的评审工作 （2）如采用液氨作为脱硝还原剂，应委托有资质的单位 开展安全预评价报告和职业病危害预评价报告的编制及备案和审批工作。（3）由于装设脱硝装置对锅炉空预器和引风机等设备有一定影响。因此，应征得相关设备供应商配合，以商对策。10、其它注意事项Seite 56此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！57