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1、 SCR 烟 气 脱 硝 技 术 方 案（采用低温催化剂）2016年9月12日一 设计概述1.1 设计背景本设计方案为山东xxxx玻璃科技有限公司玻璃窑烟气SCR脱硝处理项目。1.1.1烟气参数（1）烟气流量：73000Nm3/h（工况）；37000m3/h（标况）（2）烟气温度：248260；（3）氮氧化物含量：27692948 mg/m （4）SO2含量：226738 mg/m3（5）O2浓度：1011.7%1.1.2烟气排放指标：氮氧化物含量： 50 mg/Nm（山东省工业窑炉大气污染物排放标准DB37/2375-2013）1.2 SCR烟气脱硝技术介绍1.2.1 SCR工艺原理：选择性
2、催化还原法（SCR）是指在催化剂的作用下，在锅炉排放的烟气中均匀地喷入氨气，从而将烟气中的NOx还原生成N2和H2O。SCR是一个连续的化学工艺过程，其中含氮还原剂例（如氨气）加入到含NOx的烟气中。主要的化学反应如下：4NH3 + 4NO + O24N2 + 6H2O (1.2-1)4NH3 + 2NO2 + O23N2 + 6H2O (1.2-2)4NH3 + 6NO 5N2 + 6H2O (1.2-3)8NH3 + 6NO2 7N2 + 12H2O (1.2-4)烟气中的NOx主要是由NO和NO2组成的，其中NOx总量的95为NO，其余的5基本上为NO2。所以脱硝反应的主要化学反应方程式
3、是（1.2-1），它的反应特性如下：1 NH3和NO的反应摩尔比为1左右；2 脱硝反应中离不开O2的参与；3 最为典型的反应温度窗口：300400；除了以上提及的化学反应方程式，其实脱硝反应中还存在着有害反应，具体如下：SO2被氧化成SO3的反应： （1.2-5）NH3的氧化反应： （1.2-6） （1.2-7）催化剂的选择性成分为NOx的还原反应提供了很高的催化活性。氮气和水是脱硝反应的主要产物。SCR技术需要的反应温度窗口为300400。在反应温度较高的情况下，会导致催化剂产生结晶或着烧结等现象；在反应温度较低的情况下，硫酸铵在催化剂表面凝结，催化剂的微孔被堵塞，催化剂的活性会降低。SCR
4、技术具有脱硝效率高，氨消耗少、脱硝性能稳定、运行平稳、成熟等优点，是世界公认的烟气脱硝主流技术。1.2.2 SCR烟气脱硝系统选择1）SCR反应塔布置方案（1）高温侧高飞灰烟气段布置。在设计的过程中，将SCR反应器直接安装在了省煤器出口和预热器入口中间的位置，也就是要将其设置在空气预热器和静电除尘器的前面，它在运行中最为明显的特点就是烟气在经过省煤器之后进入到SCR反应器中，其温度一般会在300-430之间，可以满足很多催化剂的使用需要。采用这种方案的时候，烟气在进入到SCR反应塔之前是不需要再加热的，所以在成本投入方面存在着较为明显的优势，当前也成为了很多燃煤电厂锅炉安装SCR烟气脱硝装置的
5、一种非常常见的方案。但是在离开锅炉省煤器之后，烟气当中的飞灰和二氧化硫浓度相对较高，催化剂容易受到飞灰颗粒和副产物的影响，催化剂表面极易破损，所以设备的性能也会受到极大的影响。所以，SCR采用高温侧飞灰烟气段布置的时候，在催化剂的选择上要尤其注意，一定要选择那些性能比较好的催化剂，如果有需要的话还可以对催化剂进行硬化处理，催化剂的数量一定要充足。本技术方案即采用高温侧高飞灰烟气段布置。（2）高温侧低飞灰烟气段布置。SCR反应塔安装在高温静电除尘器出口和空气预热器入口中间的位置，也就是高温静电除尘器的后侧，其在运行过程中最主要的一个特点就是烟气在进入到SCR反应塔之前实际上已经经过了除尘处理，粉
6、尘的水平相对较低，但是其二氧化硫的浓度还处在比较高的水平，细灰颗粒比较容易产生粘结，此外还有可能在这一过程中出现自清扫现象，催化剂的功能就会受损，所以在应用的过程中需要用比较快的清扫速度来对催化剂的表面进行清理。高温静电除尘器的运行温度一般在300-400之间，如果在进入到SCR反应塔之前已经有了较高的温度，就不需要对其进行二次重复加热。（3）低温侧低飞灰尾部烟气段布置。SCR反应塔设置在空气预热器和静电除尘器以及烟气脱硫装置的下半部分，也就是说设置在除尘器和脱硫装置的后面。烟气在经过高温除尘器和脱硫装置的处理之后，SCR入口的二氧化硫浓度非常低，所以催化剂不容易腐蚀或者是堵塞，所以在催化剂的
7、选择上可以采用中等口径的催化剂，此外喷氨对飞灰质量和脱硫废水也基本上不会产生负面的影响。由于烟气经过脱硫塔后进入SCR反应塔时温度较低(5570)，需采用昂贵的气-气加热器对烟气进行再加热( 加热至250 以上)，并需采用燃油或燃气进一步提高烟气温度，其投资费用与运行费用较高，目前很少采用这种方案。2）SCR反应塔优化设计SCR反应塔中的催化剂通常垂直布置，烟气自SCR反应塔顶部垂直向下平行于催化剂表面流动。烟气在SCR反应塔中的空塔速度是SCR的一个关键设计参数，它是烟气体积流量（标准状态下的湿烟气）与SCR反应塔中催化剂体积比值，反映了烟气在SCR反应塔内的停留时间的大小。3）SCR催化剂
8、的选取SCR催化剂类型及其使用温度范围：氧化钛基催化剂：270-400；氧化铁基催化剂380-430；沸石催化剂：300-430摄氏度；上述催化剂的使用温度一般在300以上。因为本项目烟气温度在250左右，因此，本设计方案选取低温板式催化剂，主要的活性成分是V-W-Ti或者V-Mo-Ti，载体是不锈钢网。4）SCR催化剂的更换方案SCR反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低，导致氨逃逸量大。为了使催化剂得到充始理利用，一般设计硝效率在SCR反应塔中布置2-4层催化剂。工程设计中通常在反应塔底部或顶部预留1-2层备用层空间，即21或3+1方案。采用SCR反应塔预留备用层方案可延长催化剂
9、更换周期，一般节省高达25%的需要更换的催化剂体积用量，但缺点是烟道阻力损失有所增大。5）供氨与喷氨系统现有SCR脱硝领域中，使用液氨，尿素溶液和氨水作为还原剂，在投资和运行过程中都有各自的优缺点。其中，液氨作为还原剂，运行成本低，但是由于液氨是属于高危化学物品，国家对它的运输，储存以及使用都有非常严格的要求，所以氨区造价成本很高，而且在居民区内或附近国家禁止使用液氨作为还原剂。尿素溶液作为还原剂的话，需要热解或水解，投资成本和运行成本高。目前氨水作为还原剂，需要蒸发器的话，把氨水蒸发成气体后通过喷氨格栅喷入烟气中，再导入到反应塔中进行脱硝。以一台75吨流化床锅炉为例，烟气量为Nm3/h，热源
10、为4MPaG，340C的过热蒸汽，蒸发器的投资成本大约是6070万元人民币(包括管道，电器仪表以及安装费用等)，每小时用量250300kg/h蒸汽(换算为热量为130Mcal/h)，蒸汽价格以每吨170元计算，运行成本10201224元/天，元/年。如果用电作为热源的话，运行成本更高。本技术方案不使用氨水蒸发器和喷氨格栅，通过使用一种特殊的氨水喷嘴，将氨水雾化成小于60120m的颗粒直接喷到高温烟气中，氨水与高温烟气进行混合的同时，蒸发掉其中的水分，形成氨气进入反应塔中与氮氧化物进行还原反应。这种装置设备简洁，不设蒸发器，节省投资成和运行成本。二 本项目SCR方案设计2.1方案选取本设计方案S
11、CR反应器采用低温板式催化剂。因为在低温下，烟气中的SO2容易与NOx生产硫酸铵盐，堵塞催化剂，从而影响SCR脱硝装置寿命。为了解决低温情况下，催化剂容易堵塞而引起失活的问题。本设计方案设置热风炉，通过热风炉产生的高温烟气（最高温度可达到600）与焦炉烟气（250）混合，将烟气温度提升到300350左右，每隔一段时间持续吹扫催化剂，将附着在低温催化剂上的硫铵盐分解掉，以实现催化剂的再生。吹扫时间：5次/年，1天/次，共计120小时/年。2.1 工艺流程简述本技术方案即采用高温侧高飞灰烟气段布置。本设计项目SCR脱硝系统由6个模块组成：氨水溶液储存模块、在线稀释模块、计量分配模块、氨水喷射模块、
12、SCR反应模块、控制模块。本工程采用20%浓度的氨水溶液，储存在氨水溶液储罐中，通过在线稀释成10%浓度左右浓度喷入烟道中。1）氨水溶液储存模块20%的氨水溶液经槽车卸入氨水储罐。本工程设置1个氨水溶液储罐（罐容积满足3天的用量要求）。设置有2台氨水泵（1用1备），将氨水输送至在线稀释模块。2）在线稀释模块当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变化时，送入炉膛的氨水溶液的量也应随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。因此，设计了在线稀释模块，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。20%浓度氨水溶液和稀释水（工艺水）
13、通过静态混合器稀释成10%稀氨水后喷入炉膛。3）计量与分配模块设置计量分配模块，包括氨水溶液计量分配模块和压缩空气计量分配模块。由在线稀释模块输送过来的稀氨水溶液（10%）进入氨水溶液计量分配模块。计量分配模块中安装有流量计、压力变送器等，通过流量计控制调节阀的开度，从而控制反应器需要的氨水溶液的流量。经过计量后的氨水溶液在由模块中的分配母管分为4路，分别通向4支喷枪。在每个支路氨水溶液管上安装有压力表、流量计等装置，用于监控、调整每支喷枪所需的氨水溶液的流量。喷入SCR反应器的氨水溶液是经过雾化后喷入的。来自空气压缩机的压缩空气经过除水除油、调压处理后（0.6MPa）被分为4条支路通向反应器
14、喷枪。在每条压缩空气支路管中也设有压力表、流量计等装置，用于监控、调整每只喷枪雾化所需的压缩空气用量。4）喷射模块由各个计量分配模块输送过来的氨水溶液进入氨水喷枪，经过喷枪的雾化后送入SCR反应器。雾化用的喷枪采用二流体喷枪，二流体喷枪主要由枪体和喷嘴组成，枪体分为内管和外管两个部分，溶液走内管，压缩空气走外管，压缩空气在外管中呈螺旋装前进，在喷嘴出口处呈涡流装高速喷出与溶液充分混合，通过调节压缩空气用量与氨水溶液用量的比例使之达到完全雾化的效果。（1）雾化介质的作用是加强氨水溶液与炉内烟气混合，充分混合有利于保证脱硝效果、提高氨水溶液利用率减少尾部氨残余。雾化介质主要是提高还原剂喷射速度、增
15、加喷射动量，而不要求把氨水溶液全部雾化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。雾化介质的主要作用是提高液滴的喷射动量。喷射动量取决于喷射速度和喷射物的质量，显然靠增加雾化介质的质量来提高喷射动量是不经济的。为了提高喷射动量，则主要集中在提高喷射速度上。本项目的雾化介质采用压缩空气，到喷射器前的压力在0.6左右。（2）冷却风喷枪一旦装上，只要不停炉，需持续向喷枪外套管内通如冷却风，以保护喷枪。本项目冷却风来自空压机的压缩空气。5）SCR反应模块由氨水喷射模块喷出的雾化氨水，进入进口烟道，遇到高温烟气（350）迅速气化成NH3。反应器中装有催化剂，在催化剂作用下，NH3与来自锅炉省煤器烟气中的NOX反应，生产氮气和水蒸气。在SCR反应器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。烟气经过烟气脱硝后经空气预热器热回收后进入静电除尘器和FGD湿法脱硫系统后排入大气。SCR反应器催化剂层间安装声波吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反应副产物，以减少反应器压力降。6）控制模块采用DCS控制室集中监控方式，在控制室内，可实现机组的启、
