文档介绍：火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计
引言
NOx是近三十多年来受到极大关注的一种污染物。已经证明其危害主要有酸雨作用、诱发光化学烟雾等,也是引起温室效应和光化学反应的主要物质之一,所以降低NOx 的排放也是当前应着重研究的方向。火电厂是最主要的NOx排放源,“十一五”期间规划开工的火电项目达1. 41亿kW,按照现在的NOx 控制政策,初步预测 2010年火电厂排放的NOx将达850万t左右。为此,国家出台了一系列控制火电厂NOx排放的法律、法规和政策,促使我国必须加快火电机组烟气脱硝设施的建设,烟气脱硝是新上火电机组控制 NOx 排放的必然选择,也是国家环保政策的要求。减少NOx排放的措施主要分为两大类:燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝技术。燃烧过程控制主要是通过降低炉膛内部最高温度或减少煤粉在高温区域的停留时间,从而抑制或减少燃烧过程中 NOx 的产生量,包括低NOx 燃烧器、燃烧优化调整、天然气再燃、超细煤粉再燃等技术。烟气脱硝技术包括选择性催化还原(SCR)技术、选择性非催化还原(SNCR)技术、SNCR/SCR联合烟气脱硝技术、液体吸收法、微生物吸收法、活性炭吸附法、电子束法等。目前应用最广、最有效的烟气脱硝主流技术是SCR技术,它能达到90%以上的脱硝效率。
1. SCR烟气脱硝系统技术原理
典型的燃煤电厂锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统采用氨(NH3)作为还原介质,主要由供氨与喷氨系统、催化反应器、烟气管道与控制系统等组成。SCR反应器通常布置在锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间。离开省煤器的热烟气在进入SCR反应器前,在远离SCR反应器的上游烟道中喷入氨(NH3),与烟气充分均匀混合后进入反应器。氨在反应器中催化剂的作用下, 选择性地与烟气中的NOx(主要为NO和少量的NO2)发生化学反应,将NOx转换成无害的氮气(N2)和水蒸气(H2O),从而完成脱硝过程。脱硝后的净烟气从反应器底部流出,经出口烟道进入下游的空气预热器。研究认为,在290~400℃有如下几种反应:
4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O
NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O
2. 烟道的设计
2. 1 进出口烟道的设计
进出口烟道一般由壁厚为6mm的钢板制成,且有充分的加固和支撑,来防止过度的颤动和振动。在进、出烟道的转弯处一般设置导流叶片, 导流叶片和转弯处应考虑适当的防磨措施。当烟道为合金材料或者内衬时,内部导流叶片和水收集装置应采用合金材料或耐酸钢制作,而不能采用非合金衬里或涂层。为了避免连接的设备承受其他作用,要特别注意烟道和钢支架的热膨胀,热膨胀将通过带有内部导向板的膨胀节进行调节。在该段烟道设计中,可根据CFD分析结果确定导流叶片的位置、形状和数量,根据流速和飞灰分布情况确定防磨板设置的位置。
2. 2 旁路设置
由于不同类型的催化剂有不同的最佳工作温度。通常,典型的氧化钛和氧化钒基催化剂的工作温度范围为340 ~400℃,最佳反应温度约为 370℃,最低工作温度约为320℃。SCR最低运行温度取决于烟气中SO3、NH3的含量及水分等。 SCR反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐的沉积,烟气温度较高时会增大SO2 与SO3 的转化