220t／h水煤浆锅炉烟气脱硝工艺技术

2 0 1 3年第 3 2卷第 4期 化 工 进 展 CHEMI CAL I NDUS TRYAND E NGI NEE RI NG P ROGRES S 9 5 5 2 2 0 t h水煤浆锅炉烟气脱硝工艺技术 华 炜 ，凌 俊 ( 中国石化北京燕 山分公司 ，北京 1 0 2 5 0 0 ) 摘要：介绍了中国石化北京燕山分公司针对 2 2 0 t h水煤浆锅炉烟气的特点和脱硝的要求，选取了选择性催化 还原 ( S C R) 技术对该锅炉尾部烟气实施脱硝治理。通过对脱硝方案的研究，确定了脱硝的工艺流程和脱硝的有 关工艺参数。S C R反应器操作温度控制在 3 2 0 3 7 0范围内，氨与空气的混合体积比约为 5： 9 5 ，S O 2 转化率 小于 1 ，S C R反应区压降小于 】 0 0 0 P a ，NH 3 的逃逸率小于 3 项目通过建设、试运行和相关测试，锅炉的脱 硝效果达到 了北京市地方环保规定的标准。该项目对引进国外技术结合国内大型锅炉的特点进行锅炉烟气脱硝 治理有重要意义。 关键词：水煤浆锅炉；烟气脱硝；选择性催化还原法 中图分类号 ：X 7 0 1 文献标 志码 ：A 文章编号： 1 0 0 06 6 1 3( 2 0 1 3 )0 4 0 9 5 50 4 DoI ：1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 0 6 6 1 3 2 0 1 3 0 4 0 4 0 2 2 0 t h CW M b o i l e r flu e g a s d e n i r i fic a t i o n t e c h n o l o g y H UA We f ， ( Be ij i n g Y a n s h a n B r a n c h C o mp a n y ， LI NG J u ? - S I NO P E C，B e i j i n g 1 0 2 5 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f 2 2 0 t h c o a l wa t e r mi x t u r e b o i l e r fl u e g a s a n d t h e d e ma n d o f d e n i t r i fi c a t i o n ，B e ij i n g Y a n s h a n B r a n c h C o mp a n y o f S I NO P E C h a s c h o s e n t h e s e l e c t e d c a t a l y t i c r e d u c t i o n( S C R )t e c h n o l o g y f o r d e n i t r i fi c a t i o n T h e a u t h o r s d e t e r mi n e d t h e p r o c e s s a n d d e s i g n p a r a me t e r s b y c o mp a r i n g d i f f e r e n t d e n i t r i fic a t i o n me t h o d s T h e o p e r a t i n g t e mp e r a t u r e o f S CR r e a c t o r s h o u l d b e c o n t r o l l e d i n t h e r a n g e o f 3 2 O 一 3 7 0 ， t h e v o l u me r a t i o o f a mmo n i a a n d a i r s h o u l d b e a b o u t 5 ： 9 5， S 0，c o n v e r s i o n r a t i o s h o u l d b e 1 e s s t h a n l a n d p r e s s u r e d r o p s h o u l d b e l e s s t h a n 1 0 0 0 P a i n t h e S CR r e a c t i o n z o n e At t h e s a me t i me ， t h e c o n c e n t r a t i o n o f NH i n t r e a t e d flu e g a s s h o u l d b e l e s s t h a n 3 Af t e r c o n s t r u c t i o n ， c o mmi s s i o n i n g a n d t e s t i n g，t h e d e n i t r i fi c a t i o n e f f e c t o f t h i s p r o j e c t h a s a c h i e v e d t h e s t a n d a r d s p r e s c r i b e d b y t h e l o c a l e n v i r o n me n t a l d e p a r t me n t i n B e i j i n g T h i s p r o j e c t a l s o h a s v e r y i mp o r t a n t s i g n i f c a n c e f o r c o mb i n i n g f o r e i g n t e c h n o l o g y a n d d o me s t i c fl u e g a s d e ni t r i fic a t i o n of l a r g e CW M boi l e r Ke y wor ds ： c o a l wa t e r mi x t u r e bo i l e r ； flu e g a s d e ni t r i fic a t i o n； s e l e c t i v e c a t a l yt i c r e d u c t i o n 我 国的锅炉烟气 脱硝治理技术 的开发应用 目 前还处于起始阶段 ，有关技术大多是引进 国外的技 术结合国内的锅炉运行状况加以消化吸收，锅炉脱 硝的主要技术分为两类 ：炉内脱硝和烟气脱硝工艺 技术 。 烟气脱硝方法可分成千法和湿法两类 ，干法有 选 择 性 催 化 还 原 ( S C R) 、选 择 性 非 催 化 还 原 ( S NC R) 、非选择性催化还原 ( NS C R) 、分子筛、 活性炭吸附法、 等离子体法及联合脱硫脱氮方法等； 湿法有采用水、酸 、碱液吸收法，氧化吸收法和吸 收还原法等 。S C R技术成熟可靠 ，脱硝效率高， 能达到 7 0 9 6 或以上，在国外 电站中得到广泛 收稿 日期：2 0 1 3 1 2 0 3 ：修改稿 日期：2 0 1 3 叭一 2 2 。 第一作者：华炜 ( 1 9 5 5 一) ，女，教授级高级工程师，副经理，研究方 向为炼油化工工艺技术。E - ma i l h u a w e i y s s h s in o p e c c 0 m。联系人： 凌俊。E ma i l l i n g j u n 1 1 8 8 s i n a c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 5 6 化 工 进 展 2 0 1 3年第 3 2卷 应用 。该工艺技术 由美 国 E e g e l h a r d 公司最 先开 发 该技术是锅炉烟气在 3 2 0 4 2 0的环境下， 在特定的催化剂作用下， 通过喷入 N H3 使 N 还原 为 N 与 H 2 O，达到脱 除N 目的。安装 S C R脱硝 装置 已经成为新建机组及 老机组脱硝改造的首选 方案。 中国石化北京燕山分公司三电站 2 2 0 t h水煤 浆锅炉是中日两国签订的绿色援助项 目之一，锅炉 于 2 0 0 0年 1 月建成并投入运行，锅炉主要参数为： 设计锅炉容量2 2 0 t h 、 设计蒸汽压力等级 9 8 1 MP a 、 设计温度 5 4 0。 2 0 0 3 年配套建设了一套烟气湿法 脱硫装置，主要用于锅炉尾部烟气的脱硫和除尘。 项 目建成投运后 ，锅炉烟气 中的二氧化硫排放浓度 小于 1 0 0 mg m ，烟尘排放浓度小于 3 0 mg m。 ，数 据稳定率达到了 1 0 0 ，实现了该锅炉烟气中 S O 2 和烟尘的达标排放。然而，锅炉烟气中的氮氧化物 含量高达 8 0 0 mg ，没有进行必要的治理 。中国 石化北京燕 山分公司锅炉烟气污染物排放必须满 足 北 京 市锅 炉 污 染 物 综 合 排 放 标 准 D B 1 1 1 3 9 -2 0 0 2的要求 。标准规定该锅炉氮氧化 物含量小于 2 5 0 mg m ，为此，中国石化北京燕山 分公司提出对 2 2 0 t h水煤浆锅炉实施脱硝技术研 究，使之该锅炉实现 N 的达标排放。 1 2 2 0 t h 水煤浆锅炉脱硝工艺方案的 确定及工艺流程 中国石化北京燕 山分公司通过对有关脱硝技 术的比较选择，确定选取奥地利 E N VI R G Y ( 安博 巨)公司的选择性催化还原 ( S C R)技术对 2 2 0 t l a 水煤浆锅炉烟气实施脱硝治理，脱硝的还原剂为液 氨 ( 纯度 9 9 6 ) 。 1 1 2 2 0 t h水煤浆锅炉脱硝的主要参数 ( 表 1 ) 1 2 脱硝工艺方案及工艺流程的确定 2 2 0 t h水煤浆锅炉使用的燃料采用大 同煤浆， 表 1 脱硝的主要参数 项 目 主要参数 处理烟气量 ( 标况，湿) I n 3 h - S C R入 口烟气N 平均含量 mg m- 脱硝效率 N 脱除量 t a S C R出口烟气 N 平均含量， r n g m- 年运行时间m 3 l 1 98 0 8 0 0 9 0 1 7 9 7 2 5 0 8 0 0 0 注：数据来源于工艺包。 烟气中水蒸气的含量较高， 氧气体积分数为 6 左 右，N0 气体中NO体积分数 占9 0 。脱硝系统主 要分为两个部分，即 S C R反应器本体部分、还原剂 液氨贮存及制备系统部分。 S C R 反应器本体是未经脱氮的烟气与 N H。 混 合 后通过安装催化剂的区域产生反应 的空间 。在 S C R反应器 内， 烟气与 NH。 的混合物在通过催化剂 层时，烟气中的 NO x( 主要是 NO)在催化剂的作 用下与 N H。 及 O 2 反应生成 N。 与 H2 O，从而达到除 去烟气中 N0 的 目的。采用的脱氮还原剂为浓度不 低于 9 9 6 的液氨，有效成份为 NH s ，脱氮的基本 反应方程式如下L l J 。 4 NO+4 NH3 +02 一4 N2 +6 H2 0 NO+NO2 +2 NH3一2 N2 +3 H2 0 副反应 2 S O2 + 02 一2 S 03 S C R反应器本体布置方案： S C R催化反应器采 用炉外布置，即布置在上级空预器和下级省煤器之 间。 锅炉上级空预器出口烟气接至反应器的入 口端 ， 烟气经过 S C R反应器脱硝后， 再接回下级省煤器烟 气入 口端 。为 了留出进、出烟道所需的空间，原下 级省煤器及下级空预器整体移至 S C R反应器下部， 即反应器的烟气出口端。 经过 S C R反应器脱硝并热 交换后的烟气再进入原脱硫系统脱硫 ，因此，S C R 系统还要能耐受烟气 中硫和粉尘的冲击。 还原剂液氨贮存及制备系统布置方案：根据电 站总图布置现状确定液氨贮存及制备系统区域 。该 区域包含还原剂液氨贮存及制备系统的所有设备， 主要有液氨贮罐、卸料压缩机 、氨蒸发槽、氨气缓 冲槽、液氨泵、氨吸收罐等。该区域设置 1 个废水 池、1台废液泵。在液氨存储和供应区，液氨通过 卸料软管由槽车 内进入液氨储罐。卸车时，卸料压 缩机抽取槽车内的液氨，经加压后打入液氨储罐 ， 这样槽车 内的液氨被压入液氨贮罐。液氨贮罐液位 到达高位时自动报警并与进料阀及卸料压缩机电动 机联锁，切断进料阀及停止卸料压缩机运转 。储罐 内的液氨通过出料管 由储罐内的压力送至液氨蒸发 槽，利用 电站的 7 0 9 0余热热水将液氨蒸发槽 内的液氨气化，气化后的氨气进入氨气缓冲槽，缓 冲槽可 以提供稳定压力的氨气。氨蒸汽被送往 S C R 反应器区以供使用。 自氨供应 区来 的氨气与稀释风机来的空气在 氨 空气混合器 内充分混合。稀释风机流量按 1 0 0 负荷时氨量对空气的混合 比为 5 设计 。氨 的注入 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 华炜等：2 2 0 t h水煤浆锅炉烟气脱硝工艺技术 9 5 7 量由 S C R反应器进、出口 N 、O2 在线监视分析 仪测量值来控制 。 氨 和空气混合气体进入位 于烟道 内的氨喷射 格栅，喷入烟道后 ，通过静态混合器再与烟气充分 混合，然后进入 S C R反应器 ，S C R反应器操作温 度可在 3 2 0 - - - , 3 7 0范围内，S C R反应器安装在上 级空预器与下级省煤器之 间。温度测量点位于 S C R 反应器进 口，当烟气温度在 3 2 0 3 7 0 范围以外 时， 温度信号将 自动关闭氨进入氨 空气混合器的快 速切断 阀。 为 了优化 S C R系统的设计，使 S C R系统 内的 温度、速度、粉尘和氨分布均匀，同时降低系统的 压力损失，需要采用 C F D 技术进行系统的优化调 整 。2 2 0 t h水煤浆锅炉脱硝工艺流程见图 1 。 2 脱硝工艺条件及主要参数的确定 2 1 催化剂选用及装填方案 催化剂是 s C R 的核心 ，采用催化剂 ，可以使 NO 与氨之间的化学反应在较低 的温度下 ( 1 8 0 6 0 0 )进行，并且可以获得更高的还原剂利用效 率。催化剂可以促进化学反应 ，其活性会随着时间 的推移逐步下降，主要原因为表面被玷污或者有害 元素中毒 。 催化剂都含有少量的氧化钒和氧化钛 ，氧化钛 具有较高的抗 S O 3 的能力。 一般燃煤锅炉用催化剂， 均要求 S O2 转化率在 l 以下【 3 J 。S C R催化剂的载 体可 以是氧化钛、沸石 、氧化铁或活性炭。 催化剂的结构、形状随它的用途而变化 。蜂窝 式和板式是常用的结构， 一般组合成尺寸约为 2 m 1 m 1 m 的模 块 。 本项 目采用板式结构 的催化剂 ，反应器内设置 2 + 21 2个催化剂层，其中有两个 1 2 预留层 。催 化剂首次装入量为 1 0 4 m ，投运至第三年装入第一 个 1 2预留层即 2 6m ， 在第八年加装第二个 1 2预 留层，整个催化剂层的阻力降小于 1 0 0 0 P a 。 2 2 液氨的蒸发 液氨的蒸发共设 1 个蒸发器。蒸发器最大液氨 蒸发量 1 0 0 k g h ，能够满足 S C R反应器所需氨量。 液氨在蒸发槽内蒸发为氨气，液氨蒸发槽为螺旋管 式，采用 电站余热热水加热。螺旋管内为液氨 ，管 外为 7 0 9 0 o C的余热热水， 以7 0 ,- 9 0的余热热 水将液氨汽化至常温 。热水流量受蒸发槽本身水浴 温度控制调节，当水浴温度高过 8 0时则切断热 水 ，并在控制室报警显示。蒸发槽上装有压力控制 阀将氨气压力控制在 2 1 k g c m2 ，当出口压力达到 3 8 k g c m2 时， 则切断液氨进料。 在氨气出口管线上 也装有温度检测器，当温度低于 1 0时切断液氨， 使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力 。蒸发槽也装 有安全 阀，可防止设备压力异常过高。 2 3 氨气与空气的混合 比 自氨供应 区来 的氨气与稀释风机来的空气在 氨 空气混合器 内充分混合。 氨与空气的混合体积 比 约为 5： 9 5 。氨的注入量控制由 S C R反应器进出口 N 、O 2 在线监视分析仪测量值来联锁控制。 2 4 S CR反应器 内的反应温度 氨和 空气混合气体进 入位 于烟道 内的氨喷射 格栅，喷入烟道后，通过静态混合器再与烟气充分 混合，然后进入 S C R 反应器，S C R反应器操作温 图 1 工艺流程图 压缩机 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 5 8 化 工 进 展 2 0 1 3 年第 3 2 卷 度可在 3 2 0 3 7 0范围内，S C R反应器安装在上 级空预器与下级省煤器之间。温度测量点位于 S C R 反应器进 口，当烟气温度在 3 2 0 3 7 0范围以外 时， 温度信号将 自动关闭氨进入氨 空气混合器的快 速切断阀。 2 5 氨的逃逸率控制 在 S C R进 口设置 N 、O 2 、温度监视分析仪 ， 在 S C R出口设置 N 、O2 、N H3 监视分析仪。NH 3 监视分析仪监视 NH 3 的逃逸率小于 3 ，超过则报 警并自动调节 NH3 注入量。 由于 目前的 N H3 监视分 析仪测量精度不够，需要通过定时采集飞灰，测定 其中的 NH 3 不大于 1 0 0 g g g ， 则对应 NH 3 的逃逸浓 度就不会大于 5 la g g 。 3 脱硝工艺系统的调试运行和性能测试 在项 目所有设备安装就位后 ，对各子系统及 整个系统进行 了运行调试工作。首先对各设备及 各系统进 行了单独调试和试运 行，在各设备系统 运行正常后 ，对脱硝性能进行了测试 ，测试结果 如表 2 。 表 2 脱硝性能测试结果 注：表中烟气负压数值为负值。 通过上述测试结果可 以看 出： 锅炉 出口烟气 中 NO x 出口值在 1 3 0 4l 8 0mg m3 之间， 满足了北京市 的排放标准