湖南華電長沙電廠2×600mw機組設(shè)備講義之八 脫硝設(shè)備講解

1、脫硝設(shè)備講解,湖南華電長沙電廠2×600MW機組設(shè)備講義之八,設(shè)備維護部鍋爐專業(yè) 王 勇 2007-03-14,1.目前能源利用的現(xiàn)狀 國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，離不開能源的支持。無論過去、現(xiàn)在，還是將來的一段 時間內(nèi)，能源的主角都是煤炭。在一次能源總消費中，煤炭占76％。煤產(chǎn)量的80％是直接用于燃燒，其中發(fā)電廠用煤量大于總產(chǎn)量的30

2、％。 2.燃燒產(chǎn)生的NOx問題 煤炭作為能源在國民經(jīng)濟發(fā)展中做出了巨大的貢獻，但同時在其開發(fā)與利用過程中也帶來了一系列環(huán)境污染問題，危及生態(tài)平衡與人類的生存。煤燃燒時排放的NOx是大氣污染的元兇之一，該物質(zhì)達到一定濃度就會對人體健康構(gòu)成威脅和危害。氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中落到地面。硝酸是酸雨的原因之一；它與其它污染物在一定條件下能產(chǎn)生光化學煙霧污染。嚴重破壞了

3、生態(tài)環(huán)境，并且嚴重危害人體呼吸系統(tǒng)。,一、為什么要裝設(shè)脫硝裝置？,一般意義上的NOx包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，但對大氣造成污染的主要是NO和NO2，我國氮氧化物的排放量中70%來自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOx排放的主要來源之一。 在煤的燃燒過程中, NOx的生成量和排放量與燃燒方式,特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等密切相關(guān),燃燒形成的NOx可分為燃料型、

4、 熱力型和快速型3種。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不計。 熱力型NOx是指當爐膛溫度在1350℃以上時,空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成NOx,當溫度足夠高時,熱力型NOx可達20%。過量空氣系數(shù)和煙氣停留時間對熱力型NOx的生成有很大影響。 燃料型NOx指的是燃料中的有機氮化物在燃燒過程中生成的NOx,其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。過量空氣系

5、數(shù)越高, NOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。 快速型NOx主要是指燃料中碳氫化合物在燃料濃度較高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的烴,與燃燒空氣中的N2 發(fā)生反應(yīng),形成的CN和HCN繼續(xù)氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中,其生成量很小,一般在燃用不含氮的碳氫燃料時才予以考慮。 對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。,二、NOx是怎樣生成的？,1.兩個步驟 控制NOx排放的技術(shù)指標可分為一次措施和

6、二次措施兩類，一次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的NOx生成量，即低NOx燃燒技術(shù)；二次措施是將已經(jīng)生成的NOx通過技術(shù)手段從煙氣中脫除，即煙氣脫硝技術(shù)。 2.一次措施 （1）降低過量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒； （2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)； （3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間。 3.二次措施 目前通行的煙氣脫硝工藝大致可分為

7、干法、半干法和濕法3 類。,三、去除NOx的方法？,1.各種方法介紹 干法包括選擇性非催化還原法( SNCR) 、選擇性催化還原法(SCR) 、電子束聯(lián)合脫硫脫硝法。半干法有活性炭聯(lián)合脫硫脫硝法;濕法有臭氧氧化吸收法等。 就目前而言，干法脫硝占主流地位。 其原因是：NOx 與SO2相比，缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NOx 經(jīng)還原后成為無毒的N2和O2，脫硝的副產(chǎn)品便于處理；NH3 對煙氣中的NO 可選

8、擇性吸收，是良好的還原劑。濕法與干法相比，主要缺點是裝置復雜且龐大；排水要處理，內(nèi)襯材料腐蝕，副產(chǎn)品處理較難，電耗大（特別是臭氧法）。 2.我廠采用的脫硝方法 我廠采用的脫硝方法是東鍋股份有限公司下屬環(huán)保工程分公司的產(chǎn)品。 既是SCR干法脫硝，因此重點分析SCR脫硝的原理及其結(jié)構(gòu)。,四、脫硝技術(shù)的分類,SCR既是英文--Selective Catalytic Reduction，意思為選擇性催化還原法。其核心技術(shù)是用氨

9、催化還原促使煙氣中NOx大幅度凈化的方法（通常在低NOx燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上的后處理），以滿足日趨嚴格的NOx排放標準。因為采用低NOx燃燒技術(shù)可以達到一定的除NOx 效果,但脫除率一般不超過60%。 SCR的原理是在特定催化劑作用下，用氨或其他還原劑選擇性地將NOx還原為N2和H2O,其脫除率高，被認為是最好的煙氣脫硝技術(shù)，但缺點是投資和操作費用大，也存在NH3的泄露。 1975年在日本Shimoneski電廠建立了第一

10、個SCR系統(tǒng)的示范工程，現(xiàn)在在歐洲已有120多臺成功應(yīng)用經(jīng)驗，其NOx的脫除率可達到80-90%。,五、SCR脫硝技術(shù)的原理,SCR技術(shù)是還原劑（NH3、尿素）在催化劑作用下，選擇性的與NOx反應(yīng)生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”，這個化學反應(yīng)對反應(yīng)溫度有一定要求，即在280～420 ℃ 范圍內(nèi)。其主要的反應(yīng)公式如下： 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

11、 4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O 脫硝反應(yīng)后的產(chǎn)物可以從上式中看出，具為N2和水，可以自然排放，不存在像脫硫處理的產(chǎn)物要進行專門的處理和存放。 反應(yīng)原理如下圖所示:,五、SCR脫硝技術(shù)的原理,SCR脫硝裝置主要由煙道系統(tǒng)、 SCR反應(yīng)器、催化劑、吹灰器、稀釋空氣系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、氨氣供應(yīng)儲存系統(tǒng)等組成。其核心裝置是反應(yīng)器（催化劑即安裝于反應(yīng)器內(nèi)部），有水平和垂直氣流兩種不

12、知方式。在燃煤鍋爐中，煙氣的含塵量很高，一般采用垂直氣流方式。,六、SCR脫硝技術(shù)的結(jié)構(gòu),脫硝處理的工藝流程如下： 液氨由槽車運送到液氨儲罐，液氨儲槽輸出的液氨在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，并將氨氣加熱到常溫后，送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后，通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙氣中與煙氣混合，再經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后進入催化反應(yīng)器。當達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的煙氣流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時，氨氣與NOx發(fā)生催化氧化還原

13、反應(yīng)，將NOx還原為無害的N2和H2O。,六、SCR脫硝技術(shù)的結(jié)構(gòu),,六、SCR脫硝技術(shù)的結(jié)構(gòu),,六、SCR脫硝技術(shù)的結(jié)構(gòu),NH3與煙氣均勻混合后一起通過一個填充了催化劑(如V2O5-TiO2)的反應(yīng)器，NOx與NH3在其中發(fā)生還原反應(yīng)，生成N2和H2O。反應(yīng)器中的催化劑分上下多層(一般為3—4層)有序放置。,,六、SCR脫硝技術(shù)的結(jié)構(gòu),SCR反應(yīng)器的內(nèi)部實物圖,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,1.SCR反應(yīng)器 SCR反應(yīng)器截面成

14、矩形，殼體由起到加強作用的型鋼和鋼板組成，反應(yīng)器的載荷通過它的兩側(cè)承重墻均勻的分布，向下傳遞，利用反應(yīng)器底部的彈性支座傳遞到SCR鋼構(gòu)架的支撐梁上。 SCR反應(yīng)器外壁一側(cè)在每一層催化劑處均設(shè)有檢修門，用于將催化劑模塊裝入催化劑層或更換催化劑模塊。每個催化劑層設(shè)有人孔，在機組停運時允許進入檢查或檢測催化劑模塊。 煙氣水平地進入反應(yīng)器的頂部并且在轉(zhuǎn)向后垂直向下通過反應(yīng)器，反應(yīng)器進口罩連接SCR入口煙道和反應(yīng)器本體之間，使進入

15、的煙氣更均勻的分布。作為反應(yīng)器的一部分，格狀整流器安裝于進口罩和反應(yīng)器本體之間。,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,反應(yīng)器框架,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,為了減少煙氣中的含灰量，保證催化劑的活性，在省煤器煙道出口與SCR反應(yīng)器煙道進口之間布置有6個灰斗，灰斗上方的煙道采用擴容式設(shè)計。,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,2.耙式吹灰器 SCR反應(yīng)器每層催化劑上方裝有耙式吹灰器，采用過熱蒸汽吹灰，吹掃催化劑上

16、的積灰。初裝時不安裝備用層吹灰器(最上層），但備用層在反應(yīng)器本體上預留有該層吹灰器的安裝接口，方便用戶增加備用層催化劑時安裝吹灰器。 反應(yīng)器中每層催化劑裝備三臺戴蒙德電力機械（湖北）有限公司的耙式吹灰器。,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,3.催化劑 催化劑是SCR技術(shù)的核心，其形狀一般為板式或蜂窩式。 我公司脫硝裝置的催化劑采用蜂窩式催化劑，主要成分為TiO2和V2O3，少量的WO3.設(shè)計采用DBC（東方鍋爐廠）與德國KW

17、H公司的合資企業(yè)---東方凱特瑞催化劑有限公司（DKC）生產(chǎn)的蜂窩式催化劑。 催化劑層按2+1層設(shè)計，即兩層催化劑設(shè)計層加一層催化劑預留層。反應(yīng)器第一次運行時只填裝兩層催化劑，當運行至催化劑的活性降低到低于設(shè)計值時再填裝預留層。 脫硝反應(yīng)所需的催化劑按模塊化進行設(shè)計和供貨。在制造廠內(nèi)將催化劑單體安裝在金屬框架內(nèi)，每一個催化劑單體和催化劑模塊都具有標識符號。 SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命

18、又取決于催化劑活性的衰減速度。,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,3.1 催化劑模塊主要技術(shù)數(shù)據(jù),,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,3.2 處理催化劑注意事項,,七、SCR脫硝設(shè)備部件介紹,3.3 催化劑存放的注意事項 催化劑模塊應(yīng)放在集裝箱或木箱中儲存，催化劑單體應(yīng)平放。 催化劑模塊的堆放層數(shù)不能超過三層，并且地面必須鋪墊方木網(wǎng)格，用來支撐催化劑模塊。 避免催化劑模塊的機械損傷。 催化劑一般存放在干燥處。3

19、.4 催化劑的安裝注意事項 建議從上到下安裝，否則最下層催化劑用防水的油布或鋼板來保護。催化劑安裝完畢后，反應(yīng)器、煙氣通道和催化劑層必須保證清潔，以防催化劑污染和堵塞。 建議在調(diào)試實驗前安裝催化劑模塊，安裝后盡早初次運行反應(yīng)器，也就是說，試運行前的時間越短越好。,,八、氨氣的危害,1.氨是敏感性氣體，很低的濃度即可被察覺。通常5—10ppm即可聞到臭氣。2.即使很少量的氨，一進入眼睛，就會因刺激而流淚。一接觸傷口，就會