燃煤电厂SCR脱硝工艺的设计概述

1、摘要我国是能源生产与消费的大国，一次能源供应以煤炭为主，石油、天然气资源短缺。然 而我国污染物排放总量长期居高不下，远远超过环境自净能力。其中，氮氧化物的污染不断 加剧，特别是北京、上海、广州等一些大城市，氮氧化物含量超标。SCR工艺与其它工艺相比，具有较高的NOx脱除率(80%以上)，将燃煤电厂烟气排放NOx控制在较低的浓度，以满足不断更新的更加严格的排放规范。而且该工艺无副产物，不 形成二次污染，装置结构简单，运营可靠，便于维护。本设讣针对电厂燃煤锅炉产生烟气的排放要求和一些工程实例，对SCR系统的工艺结 构进行了设计计算，并对催化剂及辅助设备进行了选型。矢键词：氮氧化物，SCR工艺，催化

2、剂，结构设计AbstractOur country is the energy production and the expense great nation, an energy supply by thecoal, the petroleum, and the natural gas resource is primarily short. Therefore our country pollutantdischarge total quantity stays at a high level for a long time, goes far beyond the environment

3、automatic depuration ability. The nitrogen oxide pollution intensifies unceasingly, nitrogen oxidecontent exceeding the allowed figure specially Beijing, Shanghai, Guangzhou and other some bigcities.The SCR craft compares with other crafts, has the high NOx removing rate (above 80%), willburn coal t

4、he power plant haze to discharge the NOx control in the low density, and satisfies thestricter emission standard which renews unceasingly. Moreover this craft does not have theby-product, does not form secondary pollution, the installment structure is simple, the operation isreliable, is advantageou

5、s for the maintenance This design has the haze nature and the emissions request in view of the power plant coal-fired boiler, has carried on the design calculation to the SCR system equipmenfs structure, andcarries on the shaping to the catalyst and the supporting facility Key words：Nitrogen oxide,

6、SCR process, catalyst, stmctural design目录摘要IABSTRACTII第一章前言11.1综述111选题背景11.1.2研究意义11.2 NOx的特性、来源和危害21.2.1 NOx的特性21.2.2 NOx的来源21.2.3 NOx的危害31.2.4燃煤电站NOx的产生51.3环保政策法规51.4 NOx污染的治理61.4.1我国燃煤NOx排放现状61.4.2常规处理61.4.3燃烧后控制81.5 SCR脱硝工艺111.5.1 SCR基本原理111.5.2典型SCR系统组成131.5.3 SCR工艺流程131.5.4 SCR工艺系统布置分类141.6催化剂

7、161.7还原剂原料191.7.1液氨191.7.2氨水191.7.3尿素191.8 SCR反应器201.9喷氨格栅221.10吹灰器231.11影响SCR脱硝性能的几个矢键因素241.11.1催化剂241.11.2反应温度251.11.3适当的氨气输入量及与烟气的均匀混合25第二章SCR系统的设计与计算2621工程执行规范262.2原始参数262.3 SCR反应器设计计算262.3.1 SCR反应器尺寸计算272.3.2塔的设计计算292.3.3催化剂的选型332.3.4喷氨系统喷射管设计332.3.5氨气/烟气静态混合器342.3.6吹灰器设计35第三章SCR辅助设备选型3731供氨装置3

8、73.1.1卸氨压缩机373.1.2液氨储罐383.1.3液氨蒸发器393.1.4氨气缓冲罐403.1.5氨气稀释槽413.1.6氨/空气混合器413.1.7废水泵423.2液氨提升泵的选型423.3省煤器旁路423.4进出口烟道43第四章经济分析与工程概算444.1经济分析与评价的意义和基本原理444.1.1经济分析与评价的意义444.1.2经济分析与评价的基本原理444.2工程概算454.2.1编制依据454.2.2工程概算454.3技术经济分析464.3.1投资总额464.3.2职工定员464.3.3生产成本计算464.4运行与维护48441氨区的安全规范484.4.2 SCR系统操作规

9、程484.5安全和环境保护484.5.1般规定484.5.2环境保护49第五章结论与建议505.1结论505.2建议50參考文献”致谢53声明54第一章前言1 1综述1.1.1选题背景我国是能源生产与消费的大国，一次能源供应以煤炭为主，石油、天然气资源短缺。然 而我国污染物排放总量长期居高不下，远远超过环境自净能力。其中，氮氧化物的污染不断 加剧，特别是北京、上海、广州等一些大城市，氮氧化物含量超标，局部地区其至出现了光 化学烟雾。以煤炭为主的一次能源生产和消费结构带来了严重的环境污染问题，并损害了可 持续发展的经济和环境基础。LT前，火电厂氮氧化物的排放量约占全国氮氧化物排放总量的一半，火电

10、厂的数量仍 然在不断增加。控制氮氧化物排放量已成为火电厂继烟气除尘、脱硫之后的第三项污染重点 治理工作。国家和地方环保部门对电厂污染物的排放和总量有了较严格的控制。北京和天津 的地方排放规范比国家规范要求更高。北京DB11/139-2007锅炉大气污染物排放规范中，08年的笫II时段比07年第I时段的排放要求高，以 后逐渐更加严格。单纯的低氮燃烧技术 已无法满足氮氧化物的排放规范，U就应用 最广最有效的烟气脱硝主流技术是SCR技术， 能达到90%以上的脱硝效率。在2010年12月3日结束的“十二五”中国精细化工产业发展研讨会上，中国化工 经 济技术发展中心副总工程师、全国精细化工原料及中间体行

11、业协作组副理事长徐京主透 露，由于新增氮氧化物控制指标，“十二五”期间，有矢化肥企业的脱硝将成为节能减排 新的着力点，我国脱硝市场也将快速启动。国家将在“十二五”期间像强制脫硫一样实施 强制脱硝。据介绍，II询，国内绝大多数企业采用的脱硝技术尚处于引进、消化吸收和初 步应用阶段。环保领域在“十二五”期间的投资需求非常巨大，脱硝成为最值得矢注的部 分，预讣“十二五”和“十三五”期间，国家在这一领域的投资需求将高达万亿元。在脱 硫、除尘之后，脱硝亳无疑问将成为“十二五”节能减排的重中之重。1丄2研究意义U前我国脱硫工作已经取得较大进展，但氮氧化物的污染问题尚未得到有效控制，酸雨 类型已经从硫酸型向

12、硫酸和硝酸复合型转化。 火电厂是氮氧化物的主要排放源， 因此， 对火 电厂进行“脱硝”迫在眉睫。最新颁布的火电厂大气污染物排放规范与2009年发布的初槁相比，无论是“脱硝” 完成时间要求，还是减排力度，都有明显提高。该规范计划从2012年开始实 施，其中，从2012年1月1日开始，所有新建火电机组NOx排放量要达到lOOmg/mh从2014年1月1日 开始，重点地区所有火电投运机组NOx排放量要达S71OOmg/m3,而 非重点地区2003年以 前投产的机组达到200mg/m3而环保部2009年7月份发布的第一次征求意见稿则要求在2015年1月1日前完成 现 役机组“脱硝”，其中，重点地区NO

13、x排放量达到200 mg/m非重点地区达到400 mg/m除 了比2009年初稿要求更高之外，新规范也比欧盟相矢规定要求更高。SCR烟气脱硝这一技术在欧洲、日本、美国等发达国家和地区已得到了广泛的应用。我 国SCR技术的研究始于20世纪90年代，国内绝大多数企业采用的脱硝技术 尚处于引进、 消化吸收和初步应用阶段。因此，对SCR工艺进行深入研究，对我国脱硝技术的发展有着重 要意义。1.2 NOx的特性、来源和危害121NOX的特性NOx即氮氧化物，氮氧化物包含多种化合物，如一氧化氮(NO)、一氧化二氮(20)、 二氧化氮(NO?)、三氧化二氮(N2O3)和四氧化二氮(N2O4)等。除NO?外，

14、其余NOx均不稳定，条件变化时，如遇光、热、湿会变成NO2及NO,而NO乂变成NO?。常规职业 环境中接触的是儿种气体混合物，常称为硝烟，主要为NO?和NO,NO2为主。一氧化氮(NO)性质不稳定，无色，在空气中易氧化成NO?。溶于乙醇、二氧化碳，微溶于水和硫酸。熔点-163.6C，沸*-151.5C，蒸气压力101.31kPa (-151.7C) o二氧化氮(NO2)性质较稳定， 溶于碱、 二氧化碳和氯仿。 在11C以下时为无色固体；在21C以下时，暗褐色液体；21TC时，红棕色气体，气味刺鼻。熔点-11.2C,沸点21.2。 蒸气压力10131kPa (2TC)。1.2.2 NOx的来源大

15、气中NOx污染物来源于两个方面：一是自然源，二是人为源。自然源的NOx主要来自微生物活动、生物体氧化分解、火III喷发、雷电、平流层光化学过程、土壤和海洋中的光解释放等。自然源产生的NOx数量比较稳定，且相对基本平衡，变化大的 是人为源。人为源的NOx LLl人类的生活和生产活动产生并排放进入大气。产生的NOx的人类活 动主要有：（1） 燃煤电站、交通车船和飞机等化石燃料燃烧过程产生的NOx;（2）硝酸生产、冶炼等生产产品过程产生的NOx;（3） 垃圾和污泥焚烧等处理废物过程产生的NOx。其中，化石燃料燃烧过程产生的NOx占主要地位，因为其随着社会的经济发展 的需求 呈现增长的趋势。目前的三大

16、环境问题是：(1)濡室效应；(2)酸雨：(3)臭氧层破坏。上述大气环境问题的污染物中，都有NOx,可知其对自然界的影响力之大。NOx具有很 强的毒性，是形成光化学烟雾、形成硝酸型酸雨、破坏臭氧层的主要物质之一。对环境、生 态、人类的危害，对经济发展的阻碍都很大。1.2.3 NOx的危害各种污染源产生的氮氧化物中，绝大部分为NO,毒性不是很大，但NO在大气中被氧化 成NO2。NO2比较稳定，毒性是NO的4-5倍。NO?是一种红棕色有毒 的恶臭气体，空气中 只要有0.1 ppm（lppm=IpL/L）浓度就可闻到，14ppm即有恶 臭，25ppm就恶臭难闻了。 空气中的含量在3.5x10（体积分数

17、）持续1小时，开始对人体有影响；含量为（2050） X10*时，对人眼有刺激作用；当含量达到150 x10*时，对人体器官有强烈的刺激。NO?对人类和动植物的危害很大。更为严重的是，NO?在日光作用下会产生新生态氧原 子（NO2NO+O），这种新生态氧原子在大气中将会引起一系列连锁反应，并与未燃尽的碳 氢化合物一起形成光化学烟雾，其毒性更强。如在20世纪70年代初，日本东京发生的一起光 化学烟雾，使上万人喉头发炎，眼鼻受到刺激甚至 昏倒。因在这一些反应中产生了各种毒性 很强的二次污染物。如臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、过氧基硝酸酯（PBN）以及过氧硝 基丙酰（PPN）等【讥大气NOx浓度的微

18、小增加都会加重光化学烟雾的污染。造成区域性的 氧化剂污染和细颗粒物污染，使区域空气质量退化，太阳辐射减少，气候发生变化，对生态系统造成损害，使农作物 减产。光化学烟雾会使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激，并产生头痛、呼吸道疾 病恶化?严重的其至死亡。表1-1 NCh不同浓度对动植物的危害NO?的浓度/ppm危害0.54个小时，肺细胞病理组织发生变化：312个月，患肺气肿，抵抗力下降1闻到臭味2.5大于7个小时，农作物如西红柿、豆类等的叶子变白3.5大于2个小时，动物感染细菌的机会增大5臭味强烈10-15眼、鼻及呼吸道受到刺激25人只能短时间暴露501分钟内，鼻受强烈刺激，呼吸异常805

19、分钟内，感到胸痛100-1501小时内，因肺水肿而死亡200以上人立即死亡LLI于大气的氧化性，NO在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物，同硫酸和硫酸细颗 粒物一起，发生远距离传输，加速了区域性酸雨的恶化。我国一些地方的酸雨污染已经 山单一的硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化。大气中的NOx也破坏着臭氧层，臭氧层对大气的循环以及大气的温度分布起着重要 的作用。臭氧层被破坏使平流层获得的热量减少，达到地球表面的太阳辐射增加，导致全 球气候变化。紫外线的UVB段辐射增强会引起皮肤病、白內障及免疫系统的疾病等。大气被NO?污染后还会使得机器设备和金属建筑物过早地损坏；妨碍和破坏植物的生长；降低大气

20、的可见度；阻碍热力设备出力的提高，其至使设备的效率降低【叽124燃煤电站NOx的产生煤燃烧产生的氮氧化物主要来自两个方面：一是燃烧时空气带进来的氮，在高温下与氧 反应所生成的NO,它被称为“热力NCT(TNO)；二是来自燃料中固有 的氮化合物经过复杂 的化学反应所生成的氮的氧化物，称为“燃料NO-(F-NO)。这 两部分氮的氧化物的形成机 理是不同的。除此之外，还有一部分是分子氮在火焰前沿的早期阶段，在碳氢化合物的参与 影响下，通过中间产物转化的NOx,称为“瞬态型的NOx55,这部分数量很少，一般不予考 虑讥1.3环保政策法规随着国家的“五年”计划实施，国家对燃煤发电的污染物排放问题给予了高

21、度的重 视。1997年国家环保总局发布了“九五”期间全国主要污染物排放总量控制实施技术方 案，确定了 “九五”期间对二氧化硫在内的12种污染物的总量控制原则。并将脱硫脱硝 列入国家环境保护科技发展“九五”讣划和2010长远规划，同年8月，国家科委将脱 硫装置列入国家高新技术产品目录。1998年发布了矢于在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区开展征收二氧化硫排 污费扩 大试点的通知，规定了二氧化硫排污费的征收范围和征收规范。2002年再次修订了中华人民共和国大气污染法，对于超过排放规范或者总 量控制 指标的新建、扩建工程必须配套建设脱硫装置，在两控区内，已建企业超过排放规范的，必 须规定限期治理；也要

22、求企业对燃烧过程中产生的氮氧化物采取措 施。2003年发布了排污费征收规范经管办法，规定从2004年7月1日期，NOx排污费 俺0.6元/当量(1当量=0.95千克)收取。2004年3月7日，实施最新的GB13223-2003火电厂大气污染物排放规范，通过 排放量和排放浓度的双重控制，II、HI时段燃煤S02A400mg/m3；II时段燃煤NOx为650mg/m IIIW段燃煤NOx为450mg/m北京市环保局及北京时技术监督局联合颁发了 “锅炉污染物综合排放”北京市地方规范DB11/139-2002,提出了更为严格的排放规范。1.4 NOx污染的治理141我国燃煤NOx排放现状电力行业是国民

23、经济的基础行业，经济的快速发展，电力需求随之不断增长。大容量 高参数的火电机组正成为电力工业的主力机组，燃煤电厂的NOx排放总量日益增加。仅电 厂燃煤量就占全国煤炭消耗总量的约50%,这个比例仍有不断增加的趋势，其燃煤产生的大 气污染物也将持续增长。我国燃煤发电主要是直接燃烧的方式，煤炭燃烧产生大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化 物、汞等重金属氧化物，以及二氧化碳，还有废水和固体排放。经过近儿十年的努力，固 体渣和废水的排放、烟尘的排放都得到了有效的控制。二氧化硫的排放控制也取得了成 效。因此，氮氧化物成为继二氧化硫之后燃煤发电污染物治理的重点。据测算，我国2000年氮氧化物的排放量为1500万吨，

24、如果不加以控制，预讣到2020年氮氧化物的排放量将 达到2639万吨。 然而我国环境的二氧化硫容量只有1620万吨，氮氧化物的环境容量只有1800万吨。出现酸雨的城市已有265个。控制氮氧化物的排放是我国经济可持续发展亟待 解决的重要问题。142常规处理LI前，我国的燃烧产生氮氧化物控制方法主要有燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控 制三类。1.5.3燃烧前控制燃烧前控制是指选用低氮燃料，成本很高，工程上应用较少。1.5.4燃烧中控制燃烧中控制是指改进燃烧方式和生产工艺，采用低NOx燃烧技术，降低炉内NOx生成 量。低NOx燃烧技术的主要途径有以下儿个方面：（1）减少燃料周围的氧浓度。包括： 减少

25、炉内过量空气技术，以减少炉内空气总量；减少一次风量和减少挥发分燃尽前燃料与二 次风的混合，以减少着火区的氧浓度；（2）在氧浓度较少的条件下，维持足够的停留时间， 使燃料中的氮不易生成NOx,而且使生成的NOx经过均相或多相反应而被还原分解；（3）在过量空气的条件下，降低温度峰值，以减少热力型NOx的生成，如采用低热风温度和烟 气再循环等。最常用的低NOx燃烧技术包含了低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧和烟 气再循环等技术。分级燃烧就是把燃烧分阶段完成，通过调整燃烧工况来 达到低NOx生 成量的一种炉内控制技术。低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。（1）空气分级燃烧它是口

26、前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，其主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。 是将燃烧用风分为一、二次风；减少煤粉燃烧区域的空气量即一次风量，提高燃烧区域的煤 粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成一个过量空气系数在0.8左 右的富燃料区，使燃料在富燃料区进行欠氧燃烧，使得燃烧速度和温度降低，从而降低NOx的生成。欠氧燃料产生的烟气再与二次风混合使燃料完全燃烧最终空气分级燃烧可使NOx生成量降低30%40%o（2）燃料分级燃烧燃料分级燃烧乂称为燃料再燃技术，是指在炉膛内，设置一次燃料欠氧燃烧的NOx还 原区段以控制最终NOx生成量的一种措施。在NOx遇到桂根CHi和未完全燃烧产物

27、CO、H2、C和CnHm时会发生NOx的还原反应。利用这一原理，把炉膛高度自下而上一次分为 主燃区、再燃区和燃尽区。再燃区不仅使主燃区已生成的NOx得到还原，同时还抑制了新的NOx的生成，进一步降低NOx的生成量。再燃 区上方布置燃尽风（OFA）以形成燃尽区，以使再燃区出口的未完全燃烧产物燃烧，达到最终完全燃烧的LI的。（3 ）烟气再循环也是常用的燃烧中降低NOx排放量的方法之一。该技术是将锅炉尾部的10%30%的 低温烟气经烟气再循环风机回抽并混入助燃空气中，经燃烧器或直接送入炉膛或与一次风、 二次风混合后送入炉内，从而降低燃烧区域的温度，同时降低燃烧区域氧的浓度，最终降低 的NOx生成量，

28、并具有防止锅炉结渣的作用。（4）低过量空气燃烧使燃烧过程尽可能地在接近理论空气量的条件下进行， 随着烟气中过量氧的减少， 可以 抑制NOx的生成，是一种简单的降低NOx的方法。如果炉内氧的浓度过 低，低于3%时， 会造成CO的含量急剧增加也会引起飞灰含碳量的增加，导致机械未完全燃烧损失的增加， 燃烧效率降低。因此，采用低过量空气燃烧来降低NOx排放有一定限制。2.3.1低NOx燃烧器其特点是在燃烧器出口实现分级送风并与燃料合理配比，达到抑制NOx生成 的LI的。其设计用于控制燃烧器附近燃料与空气的混合及理论空气量，以阻止燃料氮向NOx转 化和生成热力NOx,同时乂要保持较高的燃烧效率。主要是通

29、过控制燃烧器喉部燃料和空 气的动量及流动方向来实现的。143燃烧后控制燃烧后控制是指在烟道尾部加装脱硝装置，将烟气中NOx转变为无害的N2或 有用的 肥料。其脱氮方法可分为湿法脱硝和干法脱硝(5)。111于烟气脱硝的NOx脱除 率高，运行简 单。探求技术上先进，经济上合理的烟气脱硝技术是我国控制氮氧化物排放工作的重点。由于炉内低NOx燃烧技术的局限性，使得NOx的排放控制不能达到国家排放 规范，为了进一步降低NOx的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。在对NOx排放要求非常 严格的国家，如德国和日本，就是先采用采用低NOx燃烧器减少一半以上的NOx后再进行 烟气脱硝，降低脱硝装置入口的NOx

30、浓度，减少投资和运行费用。4.湿法烟气脱硝技术该技术是利用液体吸收剂将NOx溶解的原理来净化燃煤烟气。5.稀硝酸吸收法由于NO和NO2在硝酸的溶解度比在水中的大得多，故釆用稀硝酸吸收法以 提高NOx去除率的技术得到广泛应用。随着硝酸浓度的增加，其吸收效率显著提高，但考虑工 业实际应用及成本等因素，实际操作中所用的硝酸浓度一般控制在15%20%。稀硝酸的 吸收效率，除了与本身的浓度有矢外，还与吸收温度和压力有矢，低温高压有利于NOx的 吸收。6.碱性溶液吸收法该法是采用NaOH、KOH、NazCCh、NH3 H2O等碱f生溶液作为吸收剂对NOx进行化 学吸收，其中氨的吸收率最高。吸收液经多次循环

31、，碱液耗尽之后，将含有硝酸盐和亚硝酸 盐的溶液浓缩结晶，可做肥料使用。广泛用于常压法、全低压法硝酸尾气处理。其优点是能 将NOx回收为有销路的亚硝酸盐或硝酸盐产品，有经济效益，工艺流程和设备也较为简单； 缺点是吸收不高，对烟气中的NOx/NO的比例有一定限制湿法烟气脱硝具有吸收剂种类多、来源广泛、适应性强的优点，能以硝酸盐等形式回 收NOx,达到综合利用的LI的。但其实际应用系统较复朵、能耗高；并且需要大量的液体 吸收剂来洗涤锅炉烟气同时吸收废气后的溶液难以处理，还容易造成二次污染。因此该 技术对于含NOx浓度较高的、大烟气量的燃煤电站来说不宜采用。5.干法烟气脱硝技术与湿法烟气脱硝技术相比，

32、干法烟气脱硝技术的主要优点有：基本投资低，设备及工 艺过程简单，脱除NOx的效率也较高，无废水和废弃物处理，不易造成二次污染。LI前有两类商业化的干法烟气脱硝技术， 分别称为选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)和选择性非催化还原法(selective noncatalytic reduction, SNCR).6.选择性催化还原法SCR由美国Eegelhard公司发明，于1959年申请专利。是利用NH*和催化剂在温度 为200。(245(TC时将NOx还原为2。SCR法中催化剂的选取是矢键。对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好和不产 生二次污

33、染。SCR法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。SCR法的优点有：使用 了催化剂，反应温度较低；净化率高，可达85%以上；工艺设备紧凑，运行可靠；还原后 的氮气放空，无二次污染。但也存在一些明显的缺点：烟气成分复杂，某些污染物可使催 化剂中毒；高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂表面，使其活 性下降；系统中存在一些为反 映的NH*和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的硫酸钱盐，同时还会降低氨的利 用率；投资与运行费用较高。7.选择性非催化还原法SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的50%60%,其运行成 本在很大 程度上受催化剂寿命的影响。因此SNCR应运而生。其基本的

34、原理是把含有氨基的催化剂 喷入炉膛温度为800ciio(rc这一狭窄的温度范圉，在没有催化剂的情况下，该还原剂 迅速热分解成氨并与烟气中的NOX进行反应，使得NOx还原成N2和H2O,基本上不与02发生作用。通常以尿素或氨基化合物作为还原剂将NOx还原为N20因为需要较高的反应温度（93010900还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。主要的化学 反应为：4NH3+6NOA5N2+6H2O（1）可能的竞争反应包括：4NH3+5O2八4NO+6H2O（2）4NHM+3O2T4N2+6H2O（3）还原剂尿素或氨基化合物必须注入最佳温度区， 才能确保反应（1）占主导； 如果温度 超过1100。反

35、应（2）、（3）将变得重要；如果温度低于所希望的区间，残留氨量将会增 加3】。该法的优点是不需要催化剂，投资较SCR小，比较适合于环保要求不高的改造机组，目前大部分锅炉都不釆用此法，主要原因有：效率不高；反应剂和运载介质（空气）的消耗 量大；氨的泄露量大；生成的硫酸鞍盐会腐蚀和堵塞下游的空气预热器等设备。6.电子束治理技术电子法的原理是利用电子加速其产生的高能电子束，直接照射待处理的气体，通过高 能电子与气体中的氧分子及水分子碰撞，使之离解、电离，形成非平衡等离子体，其中所 产生的大量活性粒子（如OH,02和HO?等）与污染物进行反应，使之氧化去除。许多国家已经建立了一批电子束实验设施和示范车

36、间。日本、德国、美国和波兰的示范 车间运行结果表明，这种电子束系统去除SO2的总效率超过95%,去除NOx的效率达到80%85%o电子束照射法脱除NOx的技术，是当今烟气系统脱硝的一项新技术，可以同时处理大 型燃煤电站的SO?、NOx和飞灰。但电子束照射法仍有不少缺点：（1）能量利用率低，当 电子能量降到3eV以下后，将失去分解和电离的功能，剩余的能量将浪费掉；（2）电子束 法所采用的电子枪价格昂贵，电子枪及靶窗的寿命短，所需 的设备及维修费用高；（3）设 备结构复杂，占地面积大，X射线的屏蔽与防护费用较大。上述原因限制了电子束法的实际应用和推广。7.生物法处理技术生物法处理技术的实质是利用微

37、生物的生命活动将NOx转化为无害的无机物，及微生 物的细胞质。由于该过程难以在气相中进行，所以气态的污染物要先经过从气相转移到液相 或固相 表面的液膜中的传质过程。可生物降解的可溶性污染物从气相进入滤塔填料表面的生物膜中，并经扩散进入其中的微生物组织，然后，污染物作为微生物代谢所需的营养物，在液相或固 相被微生物降解净化。美国爱达荷国家工程实验室（Idao National Engineering Laboratry）的研发人员 最早发 明了用脱硝菌还原烟气中的NOx的工艺。 当烟气在塔中的停留时间约为lminNO进口浓度 为335mg/m3时，NO的去除率可达到99%。塔中细菌的最适温度为3

38、0C-40C, pH值为6.58.5。虽然微生物处理烟气中NOx成本低， 设备投入少，但要实现工业应用还有许多的问题 需要克服：（1）微生物的生长速度相对较慢，要处理大流量的烟气，还需要对菌种作进一步 的筛选；（2）微生物的生长需要适宜的环境，如何在工业应用中 营造合适的培养条件将是 必须克服的一个难题；（3）微生物的生长，会造成塔内填料的堵塞。对于工艺上要求连续安全稳定运行、并有大容量的燃煤电站锅炉烟气脱除NOx的系统 来说，用生物法处理电站烟气中的NOx目前还处于实验阶段，存在着明显 的缺陷，例如吸 收塔的空塔气速、烟气温度、反硝化细菌的培养、细菌的主长速度和吸收塔的堵塞等问题都 有待解决

39、。此技术要运用到实际工程中，还需要进一步的研究和发展。工业运行的数据表明，SNCR 1:艺的NO还原率较低，通常在30%60%的范围，而SCR工艺对NOx的转化率为60%90%。SCR技术对锅炉烟气NOx控制效 果十分显著， 占地面积小，技术成熟，易于操作，口前已成为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一 种烟气脱硝技术。1.5 SCR脱硝工艺1.SCR基本原理选择性催化还原（SCR）脱硝原理是在一定的温度和催化剂的作用下，还原剂 有选择 地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的N2和HzOo催化的作用是降低分解 反应的活化能， 使其反应温度降低至15045CTC之间“习。因为电厂实际使用的温 度

40、范围是290C43(TC,若无催化剂，反应温度较高(980C左右)，超出了电厂温度范围。还原剂有氨水、液氨 及尿素，工业上常应用的是液氨，其次是尿素。以氨为还原剂的SCR反应如下。主反应方程式：4NO + 4NH3 + 024N2 + 6H2O (4) NO +2NO2+ 2NH2N2 + 3H2O (5) 6NO+4NH3八5N2+6H2O(6)6NO2+8NH3T2N2+6H2O (7)畐lj反应方程式：4NH3+ 3O2T2N? + 6H2O(8)2NH3TN2 + 3H2(9)4NH?+ 3024NO+6H2O(10)2SO24- 022SO3 (11)NH3+SO3 + H2OTNH

41、3HSO4 (12) 2NH3+ SO3+ H2O-(NH4) SO4(13)反应(4)为主 要反应，因为烟气中的儿乎95%的NOx均是以NO的形式存在。在反应过程中，N比可以选择性地和NOx反应生成2和出0,而不是被02所氧 化，其基本 原理如图11所示。傑化荊图1-1 SCR基本反应原理152典型SCR系统组成烟气脱硝系统LLl还原剂的制备系统和脱硝反应系统两部分组成，见图1-2。脱硝反应 系统有SCR催化反应器、喷氨系统、稀释空气供应系统所组成。液氨存储和供应系统有液 氨卸料压缩机、液氨储槽、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水泵和废水池等。4.SCRI艺流程典型的SCR主要工艺流程

42、为：还原剂即液氨用灌装卡车运输，以液体形态储存于氨罐 中，液态氨在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发汽化；汽化的氨和稀释空气混合，通 过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中 催化剂的作用下发生反应，以达到去除NOx的U的。SCR的基本操作运行主要包含以下儿个步骤：（1）氨的准备与储存；（2）氨的蒸发并与预混空气混合；（3）氨与空气的混合气体在反应器的适当位置喷入烟气系统中，其位置通常 在反应器入口附近的烟气管路内；（4） 喷入的混合气体与烟气的混合；（5） 各反应物向催化剂表面的扩散并进行反应。5.SCR工艺系统布置分类根据SCR反应器工作环境， 如

43、温度、 粉尘浓度的不同， 主要有高尘、 低尘和尾部布置 方式（5） 1咼温咼尘布置该布置方式中SCR反应器在省煤器的下游、空气预热器和除尘装置的上游、烟气温度约为35OC的位置。SCR高温高尘布置工艺系统见图1-3所示。这种布置的优点是进入反应器的烟气温度达到280C42（TC,多数催化剂在这个温度 范围内有足够的活性。缺点是催化剂在未经除尘的烟气中，寿命会受以下因素影响：（1）飞灰含有Na、K、Ca、Si、As等，使催化剂中毒，受污染；（2）催化剂受飞 灰磨损；（3）飞灰是催化剂通道堵塞；（4）烟气温度降低，NH3和SCh反应生 成（NH3） SCU,使反应器通道和下游的空气预热器堵塞。为了

44、尽可能延长催化剂的使用寿命，除了应选择合适的催化剂外，还要使反应器通道有足够的空间以防堵塞，同时要有防腐和防磨的措施。2.高温低尘布置当静电除尘器布置在空气预热器的上游时，通常使用低尘SCR系统。如图14所示。 低尘SCR系统较高尘SCR系统具有更低的成本。图14高温低沉布宜高温低尘布置的优点：（1）烟气经静电除尘器后，粉尘浓度降低，可延长催化剂的寿 命；（2）独立存在，不影响锅炉的正常运行；（3）氨泄漏量与高温高尘布置方式的相比要 少。缺点：（1）烟气通过静电除尘器后，温度会下降；（2）烟气含大量的SO2,催化剂使 部分SO2转化为SO3,与泄漏的氨生成具很强腐蚀性的硫酸鞍盐；（3）国内运用

45、经验很少， 可供参考的工程实例也少。3.低温低尘布置这种布置方式通常将SCR反应器布置在所有的气体排放控制设备之后，此时的烟气经 前面的气体控制设备，已经除去了绝大多数对催化剂有害的成分。SCR低温低尘布置工艺系 统如图1-5所示。低温低尘布置的优点：（1）烟气经过了除尘脱硫，可釆用更大的流速，使催化剂消耗 量减少；（2）氨逃逸量与其它布置方式相比是最少的；（3）不会产生SO3,防止二次污染。缺点：（1）烟气经除尘脱硫后，温度降低，低于氨还原NOx反应所需的温度，需要重新 加热，增加投资和运行成本；（2）很难找到符合反应条件的催化剂。锐空吒综上所述，山于高温高尘工艺布置是LI前应用最为广泛的一

46、种。在SCR市场中，其占 有绝对的优势，国内的脱硝系统儿乎采用这种布置方式。以下的设讣中采用高温高尘布置方 式。1 6催化剂选择优良的催化剂是SCR技术的矢键。催化剂有贵金属和普通金属，贵金属易 与硫氧 化物反应，乂昂贵，工程中不建议采用。常用的金属基催化剂含有氧化矶（V2O5）氧化钛（TiO*等，其中V2O5的活性好、表面呈酸性，容易将碱性的NHs捕捉到催化剂表面，其特定的氧 化优势有利于将氨和NOx转化为氨水和水，并且工作温度较低（35OC45（TC）,能在富氧环 境下工作，抗中毒能力较强，可负载于AI2O3. SiO2等氧化物中。电厂所用的V2O5催化剂 大都是负载在锐钛矿晶型TiO2上

47、 的饥氧化物，辅以钩与钮为助催化剂，一般做成蜂窝形状 或敷于陶瓷介质上人。以下对催化剂的种类进行介绍：按温度分类，可分为三类：高温催化剂，345C-590C；中温催化剂，260C-380C；低温催化剂，80C-300C。LI前，国内外SCR系统大多釆用高温催 化剂，反应温度在280C420C之间。锅炉锅炉NH计空代至烟囱空吒预热器空吒预热器图15低温低尘布置按原材料分类，有三种类型：贵金属型、金属氧化物型和离子交换的沸石分子 筛型。 笫一类催化剂主要PtRh和Pd贵金属类催化剂，通常以氧化铝等整体式陶瓷作为载体。 早期设计的SCR系统中多采用此类催化剂淇对SCR反应有较高的活T生，且反应温度较

48、低， 缺点是是对NH*有一定的氧化作用。H前仅应用于低温条件下以 及天然气燃烧后NOx的脱 除。第二类的金属氧化物类催化剂，广泛应用的SCR催化剂大多是以二氧化钛为载体，以V2O5或V2O5-WO3 V2O5-MOO3为活性成分；其次是氧化铁基催化剂，以FoCh为基础， 添加CrOx、AI2O3、ZrCh、SiO2及微量的MnOx. CaO等组成，这种催化剂活性较氧化钛 基催化剂要低40%。通常催化剂载体主要作用是提供具有大的比表面积的微孔结构，在SCR反应中所具有的活性极小。当采用第二类催化剂时，通常以氨或尿素作为还原剂。反应机理通常是氨吸附在催化剂 的表面，而NO的吸附作用很小，在这一类催

49、化剂中，以具有锐钛矿结构的TiO?为载体，锐 钛矿作为主要活性成分的催化剂在工程中应用最为广泛，其技术发展也最为成熟，其活性唯 独区间为300C-400C。在这类催化剂中通常还加入WO3和MO6,其主要作用是增加催化 剂的活性和热稳定性，防止锐钛矿的烧结和比表面积丧失。另外WCh和MoCh的加入能和SCh竞争TiO?表面的碱性位，并代替它，从 而限制其硫酸盐化。在催化剂的制备过程中还 加入玻璃丝、玻璃粉、硅胶等以增加强度，减少幵裂，并加聚乙烯、淀粉、石蜡等有机化合 物作为成型黏结剂。笫三类是沸石分子筛型，主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石。通常采用 碳氢化合物作为还原剂。 所采用的沸

50、石类型主要包括Y沸石、ZSM系列、MFI、MOR等， 特别是Cu-ZSM-5,国外学者对其研究较多。这一类催化剂的特点 是具有活性的温度区间较 高，最高可达到600C o同时，这类催化剂也是U前国外学者研究的中点，但是工业应用方 面还不多。目前用于SCR中的催化剂主要有3种类型：蜂窝式、板式及其它形式。蜂窝式催化剂采用二氧化钛作骨架材米斗，将V2O5和TiO?混合后挤压成型，经干燥、 烧结后裁切装配而成，市场份额约60%7O%L主要供应商:美国的Cormetech,欧洲的ArgrillonsKWH,日本的Sakai、shokubai,韩国的SK等。蜂窝式催化剂具 有模块化、相对质 量比较轻长度

51、易于控制、比表面积大、回收利用率高等优点。蜂 窝式催化剂如图16所示。抗堵塞性能 图1 6蜂窝式催化剂板式催化剂采用金属板作为基材，浸渍催化剂后烧结成型，市场份额占20%30%；其它 如波纹式催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材，浸渍催化剂后烧结成型，市场份额占5%左右【叫主要供应商有德国的Argillon和日本的BHK等。具有 对烟气高的高尘环境适应力强 的优点，但比表面积小，相对压降大。波纹状催化剂的制作是采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材浸渍烧结成型。主要供应商有丹 麦的Haldor Topsoe和日本的Hitachi Zosen板式、波纹式催化剂如图1-7所示。通过比较板式和蜂窝式催化剂的

52、性能（见表1-2），发现蜂窝式催化剂测定性能高于板式催化剂表12板式与蜂窝式催化剂比较图1 7左为板式催化剂右为波纹式催化剂抗粉尘冲刷性能 压力损失 脱硝效率 比表而积 吹灰器频率 抗热冲击 SO2转化率 注：代表星级1.7还原剂原料1.7.1液氨常温下，无水氨（乂称液氨）是无色气体，有刺激性恶臭，通常以加压液化气的方式储 存，液氨的合格品含量不低于99.6%,转化为气态时会膨胀850倍。由于氨是B2类（高毒性、 燃烧性）物质，氨气在其与空气混合物中的浓度为15%28%,遇到明火会燃烧和爆炸；泄漏时， 会对人身安全造成相当程度的危害。因此，在交通运输及SCR系统现场使用过程中，都需要 采取相应

53、的安全措施。1.7.2氨水用于燃煤电站SCR烟气脱硝的还原剂一氨水，采用的浓度为20%30%之间，相对比较 安全，但由于运输的体积较大，运输的成本相对较高。氨水呈弱碱性和强防 腐性，对人体有 害，在空气中达到一定的浓度时，也有爆炸的危险。1.7.3尿素与无水氨和氨水相比，尿素是无毒、无害的化学品，为色或浅黄色的结晶体，吸湿性较 强，易溶于水。由于尿素需要水解或热解才能得到氨蒸气，在转化为氨气的同时伴随着H2O、CO2等 副产物的产主。为防止工艺过程中水蒸气的凝结和高防腐性的氨基甲酸鞍的 形成，相矢的设 备和管道都需要采用不锈钢材质，同时还需设置伴热措施（5）。因此，其工艺系统相对比较复杂， 设

54、备和运行费用都较高；此外，国内尚无商业化尿素分解制氨技术，全套需要进口。工程板式蜂窝式综上所述，通过表13所列数据比较发现，在以上三种的还原剂原料中，液氨法的投 资、运输和使用成本为三者最低，但此法在运输和使用过程中需要严格执行相矢的安全规 定，具有一定的危险性和安全隐患；氨水的质量白分比一般为20%30%,较液氨安全，但运 输体积大，运输成本较液氨高；尿素是一种颗粒状的农业肥料，安全无害，但其具有治安系 统复杂、设备占地大、初投资大等问题。表1-3三种SCR还原剂的技术比较工程液氨氨水尿素反应剂费用便宜较赍最贵生成1kg氨气需要的原料量l.Olkg （99%氨）4kg （25%氨）1.76k

55、g运输费用便宜便宜安全性有毒有害无害存储条件高压常压常压，干态储存方式储罐，液态储罐，液态料仓，微粒状初投资费用便宜貴运行费用便宜貴需要热量蒸发液氨需要髙热戢蒸发、蒸餾水和氨需要髙热量水解尿素和蒸发氨设备安全要求有法律规定需要基本不需要1.8SCR反应器SCR反应器是还原剂和烟气中的NOx发生催化还原反应的场所，通常LU带有加固肋的碳钢制塔体、烟气进出口、催化剂放置层、人孔门、导流叶片及必要的连接件等组成。反应器是烟气脱硝最核心的设备，催化剂以单元模块形式叠放在若干层托架上，布置在反 应器之中切。目前催化剂的各层托架以及反应器壳体都连为一个整体，层间距固定，釆用下部 支承方式，各层催化剂的质量

56、最后全部向下落在反应器外的框架梁上。如图1-8所示，在SCR反应器壳体的设计中，要考虑良好的NOx/NHj混合和速 度的均 布，以保证脱硝效率。反应器壳体通常采用规范的板箱式结构，辅以各种加强筋和支撑构件来 满足防震、承载催化剂、密封、承受荷载和抵抗应力的要求，并且实现与外界的隔热。为了克服常规反应器结构带来的热应力大、催化剂安装更换困难、清灰效果不好的问题， 开发了一种悬吊式的SCR反应器。反应器山相互独立的反应器壳体和固 定在立柱上的顶部横 梁两部分所组成。反应器壳体内部设有若干层催化剂托架，并分别与若干对螺纹吊杆的下端相 接，螺纹吊杆的上端穿出反应器壳体悬吊在反应器顶部的上梁上，各层催化

57、剂托架的位置可以 上下调节。顶部的横梁分上下两层：上 层为上梁，竖向可自曲移动；下层为下梁，固定不动， 起辅助支撑和定位作用。每根梯形螺纹吊杆均通过两个螺母吊在上梁和下梁上，固定在上梁上 的螺母为主螺母，通过推力轴承支撑在上梁上，拧转主螺母可以使吊杆上下移动；固定在下梁 上的螺母为辅助螺母，该辅助螺母起辅助承重和定位的作用；梯形螺纹吊杆底端与催化剂托 架采用绞接方式冋。悬吊式烟气脱硝反应器的结构如图19所示。m 1-9悬吊式烟气脱硝反应器的结构1反应器壳体；2螺纹吊杆；3主螺母；4推力轴承；5辅助螺母；6立柱：7.上梁；8下契,催化剂托架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

58、，离开锅炉省煤 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，使氨与烟气充分均匀混合 后进入反应器(2)。氨在反应器中催化剂的作用下，在有氧气的条件下选择性地与烟气中的NOx发生化学反应，将NOx转换成无害的氮气和水蒸气。一个高效的SCR烟气脱硝系统不仅需要 对催化剂进行详细的优化设计，而且需要对供氨与喷氨系统、烟气管道及控制系统进行优化设 计使SCR系统实现最佳运行状态脱硝效率达到90%以上 并使氨逃逸量控制在(23) xl0-以内叫 为了使SCR脱硝效率达到最高，同时使氨逃逸量控制在最低水平，其技术矢键是如何 精确控制与调节SCR反应塔入口烟气中NH/NOx摩尔比

59、的分布、烟气速度分布以及烟气温度 分布这3个重要参数，使其实现均匀分布。当SCR反应器布置在省煤器与空气预热器之间时，为使SCR催化剂在最佳工作温度范围 内运行，通常设置省煤器烟气旁路来调节SCR入烟气温度。1.9喷氨格栅采用液氨作为还原剂时， 在喷入烟气管道询需采用热水或蒸汽对液氨进行蒸发。 氨被蒸 发为氨气后,通常从送风机出口抽取一小部分冷空气作为稀释风，对其进行 稀释混合，形成 浓度均匀的氨与空气的混合物，通过布置在烟道中的网格状氨喷嘴 均匀喷入SCR反应器前的 烟气管道，如图110所示。图1-10喷氨格栅原理图U前SCR系统普遍采用的是喷氨格栅的方法， 即将烟道截面分成2050个大小

60、不同的 控制区域，每个区域有若干个喷射孔，每个分区的流量单独可调，以匹配烟 气中NOx的浓度 分布。喷氨部位的选取同NH/NOx摩尔比一样重要。 加氨部位应在NOx浓度及烟气流速分布 均匀的地方。 加氨量是根据SCR入口NOx浓度和允许的NOx排放浓度，通过反馈信号来修正 喷氨量，实际运行中通常将NHVNOx摩尔比控 制在0.751.00【21。1.10吹灰器燃煤机组的烟气中飞灰含量较高，通常在SCR反应器中安装吹灰器，以除去覆盖在催化 剂活性表面及堵塞气流通道的颗粒物。还能保持空气预热器通道畅通，降低系统压降。反应 器内安装的吹灰器一般为蒸汽吹灰器或声波吹灰器。蒸汽吹灰器通常为可伸缩的耙形结构， 采用蒸汽或