技术讲课—低氮燃烧改造SCR技术.ppt

脱硝技术讲课,发电部二值 马志刚 2012 年 10 月 06 日,低氮燃烧改造+SCR技术,一、NOx的危害,发电部二值技术讲课,二、国标对NOx排放的要求,GB13223-1991： 燃煤电厂大气污染物排放标准是1991年颁布，1992年开始实施的。标准规定了燃煤电厂的二氧化硫允许排放量及烟尘允许排放浓度。没有对NOx排放值进行规定。 GB13223-1996 ： 1996年修订了该标准，代之以GB13223-1996火电厂大气污染物排放标准，对1997年1月1日以后的新扩改建电厂，开始对NOx排放进行限制。,发电部二值技术讲课,二、国标对NOx排放的要求,GB13223-2003： 国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2003年12月23日发布了GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准,并于2004年1月1日开始实施。标准规定了燃煤电厂的SO2允许排放量及烟尘允许排放浓度。对NOx排放进行分时段限制。,发电部二值技术讲课,二、国标对NOx排放的要求,GB13223-2011 ： 2011年7月18日发布了GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，并于2012年1月1日开始实施，对NOx排放进行更加严格的限制。 NOx排放标准值为100mg/m3。 对于采用W型火焰锅炉、循环流化床锅炉、2003年12月31日前建成投产或通过环评报告审批的电站锅炉，NOx排放标准值为200mg/m3 。 重点地区全部执行100mg/m3。 重点地区：根据环境保护工作的要求，在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染物排放的地区。,发电部二值技术讲课,三、控制NOx的技术措施,发电部二值技术讲课,四、低氮燃烧技术,（一）NOx分类：,煤粉炉产生的NOx种类,NOx按生成原理分类,发电部二值技术讲课,1、热力型NOx,燃烧时，空气中氮在高温下氧化：,随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。 当T1500，T每增加100， 反应速率增大6-7倍，亦即NO生成量增大6-7倍。,当温度达到1600 时， 热力型NOx的生成量可占炉内NOx的生成总量的2530,发电部二值技术讲课,2、快速型NOx,在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中N2反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的量与炉膛压力的0.5次方成正比,与温度的关系不大。,快速型NOx生成量很少，在分析计算中一般可以不计，仅在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。,以上两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。,发电部二值技术讲课,3、燃料型NOx,由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。 由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。,燃料型NOx在煤粉燃烧NOx产物中占6080。,主要来源,发电部二值技术讲课,四、低氮燃烧技术,二、影响NOx生成量的主要因素：,发电部二值技术讲课,1、 温 度：,温度是影响最重要的一个因素，尤其是达到某温度后，NOx的生成量与温度成指数关系。 该温度称为“边界温度”，在煤粉燃烧装置常规氧量运行条件下，这个“边界温度”大约为1300。,发电部二值技术讲课,2、燃料含氮量：,燃烧时，燃料中的含氮成分与含氧物质发生反应的生成物有两种可能： 形成一氧化氮NO 。 与含氮的物质反应(主要是NO本身) 形成氮分子，即燃料氮并非转化为NO。,燃料成分对NOX生成的影响比较复杂，不但与含量有关，还因不同燃料会产生不同的燃烧温度，而叠加上温度的影响。,发电部二值技术讲课,3、 氧 量：,一般而言，氧量过高将导致NOx生成量高，因为参与反应的O2充足。 但太高将由于温度下降产生相反的影响。,发电部二值技术讲课,4、反应时间：,化学反应需要一定的时间完成，右图是甲烷+空气燃烧时NOx生成量在不同温度下与时间的关系。,发电部二值技术讲课,（四）我厂#1炉低氮燃烧改造：,四、低氮燃烧技术,采用中心给粉旋流低NOx煤粉燃烧器技术,将A层燃烧器下移一层,在A、B层上部加装燃尽风层,燃烬区,主燃区,燃烬风,燃烬风,B层,C层,D层,A层,E层,发电部二值技术讲课,四、低氮燃烧技术,（五）改造后对NOx的影响 ：,燃 烬 风 层,抢风，分担25% 总风量，二次风箱送风量减少,对炉膛温度起到冷却作用,A层燃烧器下移,二次风箱开度70-80%,中心给粉旋流燃烧器,火焰中心降低,火焰短，燃烧距离短（火柱），燃烧面积缩小,氧量降低,炉膛温度降低,NOx 降低,发电部二值技术讲课,五、SCR脱硝技术,SCR:选择性催化还原法脱硝技术 目前控制NOX排放技术最有效的方法。 SCR脱硝技术采用氨作为还原剂。 反应介质气氨经空气稀释到安全浓度（5%体积浓度）以下后，被注入省煤器出口的烟气通道中，与一定温度下的锅炉烟气充分混合。混合后的烟气、空气及氨混合物流经SCR反应器中的催化剂层。在催化剂的作用下，烟气中的NOx与氨在催化剂的表面发生充分的化学还原反应生成N2和H2O，达到脱除烟气中NOx的目的。 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O,发电部二值技术讲课,五、SCR脱硝技术,发电部二值技术讲课,SCR烟气脱硝工艺流程图,五、SCR脱硝技术,空预器,液氨,氨气,空气,氨/空气混合,烟气,氨/空气/烟气混合,发电部二值技术讲课,SCR烟气脱硝工艺系统,五、SCR脱硝技术,液氨储运系统,氨气制备系统,氨空气混合系统,氨喷射系统,SCR 反应器系统,废水吸收处理系统,事故喷淋系统,氮气吹扫系统,发电部二值技术讲课,（一）液氨储运系统,五、SCR脱硝技术,液氨经槽车运至现场后，压缩机从液氨储罐中抽出气氨，加压后排入槽车。槽车中的液氨在压差作用下被压入液氨储罐，循环往复，直至卸入储罐中的液氨达到理想的液位。,我厂共有3个卧式贮氨罐，有效容积120m3,每台液氨储罐及其进出口管路均配有 ： 安全阀、限流阀（过流保护）、气动关断阀、排放阀、 就地和远传压力、温度、液位仪表，还配有氨泄漏检测仪和声光报警装置,发电部二值技术讲课,我厂氨区位置,五、SCR脱硝技术,氨区远离主厂房、办公区以及人口密集的生活区布置，通过厂区气氨管道与锅炉房SCR脱硝装置连接。 液氨储罐区设有遮阳棚，防止阳光直射。,发电部二值技术讲课,2、氨气制备和供应系统,五、SCR脱硝技术,液氨储罐中的液氨在压差的作用下，进入液氨蒸发器中被加热蒸发为气氨，经压力调节阀调至恒定压力后，经缓冲罐输出至厂区气氨管道。,液氨蒸发器配置2台，其中1台运行，1台备用。 备用蒸发器处于热态备用，以便启动时能迅速供氨，不影响机组的运行。,当环境温度高时，通过液氨自身的压力进入蒸发器； 当环境温度过低时，则采用液氨泵输送液氨进蒸发器。,液氨泵选择专用的液氨输送泵，数量1用1备，以保证液氨的不间断供应。 液氨蒸发器采用蒸汽加热，加热蒸汽从厂用辅助蒸汽源引接 设计压力 1.6MPa，工作压力 0.9MPa 设计温度 350，工作温度 320,发电部二值技术讲课,3、氨/空气混合系统,氨/空气混合系统主要包括： 稀释风机和氨/空气混合器。 由氨气缓冲罐输出的氨气和稀释风机鼓入的空气在氨/空气 混合器混合，得到含5左右氨气的混合气体，进入SCR反应 器入口的氨喷射系统。,五、SCR脱硝技术,发电部二值技术讲课,4、氨喷射系统,氨喷射系统包括： 注氨分流调整系统、氨气流量控制模块和氨喷射格栅。 注氨分流调整系统是将氨气做初步调整分流，使之能均匀注入每一个喷射格栅。 氨气流量控制模块为控制氨流量的设备，不但接受控制室来的信号，还可以接受锅炉负荷信号，及时调整氨气用量，也回馈信号给控制室作为控制数。 氨喷射格栅位于SCR 反应器前端，使氨气均匀分布于烟气中，利于NH3 和NOx 充分接触，提高脱硝效率。,五、SCR脱硝技术,发电部二值技术讲课,5、SCR 反应器系统,SCR 反应器本体一般采用三层固定床设计，两层层安装催化剂，预留一层备用，可为以后更改煤种调整运行工况提供催化剂的扩展空间。 其中烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置。为防止未处理过的烟气泄露，在催化剂模块间及模块与SCR 反应器壳间有密封设计。,五、SCR脱硝技术,我厂采用蜂窝式催化剂 (以TiO2为载体，以V2O5为活性成分) 我厂催化剂的运行温度范围 290400,发电部二值技术讲课,6、 废水吸收处理系统,废水吸收处理系统主要包括废水池和废水泵等。 由废水池吸收系统内各处排放的氨气变成氨废水，再经由废水泵送到废水处理厂。,五、SCR脱硝技术,设置2台废水泵，一用一备。,发电部二值技术讲课,7、 事故喷淋系统,五、SCR脱硝技术,事故喷淋系统的水源采用工业水，备用水源采用消防水， 通过四个气动控制阀分别为液氨储存区、液氨卸载区、氨制备区、辅助系统区域供应喷淋水。 喷淋水通过喷淋支管分别覆盖氨储存、卸载、氨制备区及废氨收集区域(辅助系统区域)。 当氨系统发生氨泄漏或储罐温度和压力过高时，系统发出事故报警信号并自动启动喷淋水系统，以吸收泄漏气氨或冷却储罐以降低温度和压力。,发电部二值技术讲课,8、 氮气吹扫系统,五、SCR脱硝技术,氮气吹扫系统的氮气由氮气瓶提供。 当液氨卸载前后或检修需吹扫管道或设备时，可通过氮气吹扫管线进行氮气吹扫，或通过管道和设备上的排气阀（带盲法兰）用软管连接氮气瓶进行氮气吹扫，以排除残余氨。 吹扫废氨通过排气阀排出汇集后排入吸收罐内被水吸收和稀释。, 注： 在贮氨罐第一次卸氨时，先要用水把贮氨罐灌满，排尽罐内空气，再用氮气进行置换。,发电部二值技术讲课,SCR烟气脱硝技术的特点,催化剂易中毒； 高分散性粉尘可覆盖催化剂表面，使其活性降低； 未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞的(NH4)2SO4、(NH4)2SO3，同时降低NH3的利用率； 投资和运行费用较高。,五、SCR脱硝技术,优 点,反应温度较低； 效率高，可达85%以上； 工艺设备紧凑，运行可靠 还原产物为N2，无二次污染。,缺 点,发电部二值技术讲课,脱硝系统集控主要运行指标控制,五、SCR脱硝技术,催化剂 运行温度,NOx浓度,氨逃逸,氨/空气混合器进口管道有一调节阀，此调节阀是运行人员用来调节进入混合器的氨气量，来控制SCR反应器出口NOx的浓度，从而达到预期的脱硝效果及效率。,催化剂的运行温度范围为290400,发电部二值技术讲课,脱硝系统投运后对锅炉主要辅机的影响,五、SCR脱硝技术,烟道阻力,空预器,SCR脱硝装置使烟气阻力增加1Kpa左右，而且蜂窝式催化剂，容易积灰堵塞，且随着运行时间的增长，催化剂堵塞程度也越严重，将导致引风机的电耗增加。由于SCR系统没有设置旁路烟道，因此锅炉烟气只能全部经SCR脱硝装置排出，如果催化剂堵塞严重，将直接影响锅炉的安全稳定运行。,相比较而言，SCR脱硝装置对空预器的影响更为严重，主要原因是硫酸氢铵的腐蚀性和黏结性。硫酸氢铵和灰尘一起粘附在空预器换热元件上，不仅降低换热效果，还会在空预器的低温段产生低温腐蚀，同时造成空预器积灰。,发电部二值技术讲课,脱硝系统投运后对锅炉主要辅机的影响,五、SCR脱硝技术,电除尘,脱 硫,脱硝装置对电除的影响有正面的也有负面的: 逃逸的氨气与烟气中灰尘混合，一定程度上可以降低灰尘的比电阻，有利于提高除尘效率； 另一方面，生成的硫酸氢铵可能将灰尘粘附在电除尘器的极板上，使其与烟气隔离，将影响后续的灰尘带电； 硫酸氢铵还有一定的腐蚀作用,逃逸的氨与烟气中HCl极易生成NH4Cl。烟气中NH4Cl在进入脱硫系统后便开始在风机、GGH设备及烟道上沉积析出。分析其腐蚀过程为烟气中的NH4Cl在GGH原烟气侧析出，当GGH转至净烟气侧时，在饱和湿烟气中含有的大量水汽的作用下溶解并产生大量的NH4+和Cl-离子，在GGH金属表面形成电解液，氯化铵水解呈酸性，且氯离子有较强的腐蚀性，高浓度的Cl-离子渗透破坏了金属表面的防护膜，造成GGH金属框架电化学腐蚀损坏。,发电部二值技术讲课,采取的措施及处理方法：,五、SCR脱硝技术,空预器进行防腐改造,空预器低温段采用搪瓷表面传热元件 一方面是搪瓷表面可以隔断腐蚀物与金属接触，其表面光洁，易于清洗； 另一方面是搪瓷稳定性好，耐磨损，使用寿命一般不低于50000小时。 为防止空预器脏污使换热效果降低，或空预器堵塞导致停炉的事件发生，正常运行时采用蒸汽定期进行吹扫。空预器堵塞严重时采用高压水清洗。,发电部二值技术讲课,采取的措施及处理方法：,五、SCR脱硝技术,加强吹灰,SCR脱硝系统运行过程中，催化剂和空预器积灰是难免的，必须加强SCR反应器区域和空预器的吹灰，发现烟道阻力增大时，及时对催化剂进行清理，发现空预器出入口压差增大时，应用水冲洗。,SCR配有声波吹灰和蒸汽吹灰两套吹灰系统。,发电部二值技术讲课,采取的措施及处理方法：,五、SCR脱硝技术,控制氨逃逸率,(1）严格控制氨的喷入量，防止氨气过量太多造成氨逃逸。 (2)保持催化剂活性。SCR脱硝装置运行一段时间后，催化剂活性会逐渐衰减，当不能满足设计值时，脱硝效率将会降低，氨的逃逸量将会增加，此时必须清洗或更换催化剂。 (3)加强对脱硝区域的吹灰。这样不仅可以避免催化剂表面积灰太多而导致烟道阻力增加，而且还可以保持催化剂表面清洁，使氨气充分反应，从而减少氨逃逸量。,发电部二值技术讲课,六、安全方面注意事项,液氨为高毒性化学品 低浓度时，氨气可以刺激眼、皮肤及鼻、咽喉和肺的黏液隔膜 高浓度时，氨腐蚀人体组织并可能危及