哈锅SCR技术介绍.ppt

1、火力发电厂烟气氮氧化物的控制,姚 强 清华大学热能工程系 热能动力工程与热科学重点实验室 煤的清洁燃烧技术国家工程研究中心 颗粒与燃烧工程（PACE）研究室 2004年6月12日,2020/8/11,2,内容目录,背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望,2020/8/11,3,国内对于NOx排放的控制规定,我国国家环保总局要求2000年开始对酸雨控制区内的NOx的排放实行控制，到2010年酸雨控制区内的氮氧化物排放总量控制在2000年水平。,背景与介绍,2020/8/11,4,美国CAA关于燃煤锅炉NOx排放的规定,1b/1

2、06Btu = 800 ppm 对四角燃烧燃煤锅炉，NOx排放限制大约为320 ppm,背景与介绍,2020/8/11,5,传统低氮氧化物排放技术,一般使用低氮氧化物燃烧器火上风燃尽技术。其脱硝率一般低于50。燃料再燃技术(Fuel Reburning)-利用燃料再燃，可以有效控制NOx的排放。但可操作性上存在一定的问题(脱硝稳定性和可操作性)。其它传统措施（湿法吸收），都存在着一定问题。 脱硝效率方面(无法达到较高的脱硝率) 操作稳定性方面(无法实现稳定的操作) 适应性方面(无法适应不同的工程实际情况),背景与介绍,2020/8/11,6,NOx 烟气脱除技术,背景与介绍,2020/8/11

3、,7,SNCR与SCR的比较,背景与介绍,2020/8/11,8,SNCR系统示意图,背景与介绍,2020/8/11,9,为什么用 SCR？,SCR 是唯一证明能达到未来对大型燃煤电厂排放要求NOx减少效率的技术（5年一变？） 在上世纪80年代来在全世界都证明SCR可以安全可靠地运行 仅在德国从80年代中到1996年已超过33000MW的机组按装了脱硝装置 美国到2002年共有157套在运行,已超过1亿kW,背景与介绍,2020/8/11,10,什么是 SCR?,SCR 是 Selective Catalytic Reduction的简写 氮氧化物 (NOx) 是在煤燃烧过程中形成的存在于从电

4、厂排放的气体中 氨被喷入到烟气中与NOx完全混合,背景与介绍,2020/8/11,11,SCR法的反应机理,在催化剂存在的条件下氨气或碳氢化合物与NO反应生成N2和H2O; 反应温度为：300-450 反应比率NH3(or HC)/NO=1(在实际的电厂中大概0.8-0.9) 催化剂：NH3-SCR: V2O5-WO3(or MoO3）/TiO2 HC-SCR:银（Ethanol-SCR) 效率大于90,背景与介绍,2020/8/11,12,SCR 应用历史回顾,美国的Englehard Corporation公司于1957年申请最早的SCR喷氨法脱硝专利。 最初使用的催化剂为铂类催化剂，其效

5、果并不令人满意，因为在其催化活性温度内，会生成大量硝酸氨盐。 日本于1970年代最早成功开发出具有高活性、实用的SCR商业催化剂-钛基五氧化二钒催化剂。,背景与介绍,2020/8/11,13,内容目录,背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望,2020/8/11,14,The SCR 过程描述,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,15,SCR 原理,SCR脱硝技术描述,SCR的主要构件,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,17,SCR反应与副反应的化学式,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,18,SCR催化剂的定期

6、更换,由于SCR催化剂的工作条件比较恶劣，所以存在着中毒失效问题，必须定期更换。更换时间据具体情况而定，一般一到五年。催化剂性能下降，其原因有： （1）微孔体积减少；（2）由于固体沉积物使微孔堵塞；（3）由于碱性化合物（特别是钾或重金属）引起中毒；（4）SO3中毒；（5）飞灰腐蚀。,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,19,氨泄漏(Ammonia Slip)问题,从SCR反应器内排出的未反应完全的氨导致了所谓的“氨泄漏”问题。 氨泄漏必须小于5 ppm，最好低于2-3 ppm，以减少硫酸氨和硫酸氢氨的生成。其中，硫酸氢氨可以导致下游设备的阻塞和腐蚀。 对于高硫煤，这一问题尤为突出。,SCR

7、脱硝技术描述,2020/8/11,20,SCR反应的反应温度(Operating Temperature),催化剂成本大概占总SCR投资成本15-20%，因此在给定空速的情况下，则需要尽量提高SCR反应器内的烟气温度以提高催化剂的利用效率。 同时，也必须注意二氧化硫被氧化成三氧化硫，而这个氧化反应对温度敏感性超过了SCR反应。 对于常见的钛基氧化钒商用SCR催化剂，其最佳操作温度为340-400oC。,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,21,SCR反应器的布置方式(Reactor Placement),SCR系统通常有三种布置方式。 (1) 位于空气预热器和静电除尘器之前。 referr

8、ed to as hot side, high dust (2) 位于空气预热器之前和静电除尘器之后 hot side, low dust (3) 位于空气预热器和静电除尘器之后 cold side, low dust. 通常第一和第二种布置方式较为常见。而第三种方式需要对烟气进行再加热，这会导致热效率的下降。,SCR脱硝技术描述,2020/8/11,22,内容目录,背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望,2020/8/11,23,美国早期一些燃煤锅炉SCR装置的应用情况,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,24,世

9、界范围内SCR装置的装机容量(1996年),SCR技术工程应用回顾,美国到2002年有157台按装,2020/8/11,25,目前韩国电厂DeNOx系统应用情况,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,26,未来将要实施的工程项目,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,27,CCT SCR示范工程项目工程目标,对目前各种已经商业化的SCR催化剂进行性能评估 研究考察使用美国高硫煤的燃煤电站锅炉SCR脱硝应用技术 可SCR技术多种工作环境适应性 达到高于80的脱硝效率，满足严格脱硝要求,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,28,CCT SCR工程示范项目基本情况,Technol

10、ogy/Project Description 参与公司-Southern Company Services, Inc. 地点-Pensacola, Escambia County, FL (Gulf Power Companys Plant Crist, Unit No. 4) 装机容量-8.7MWe equivalent (three 2.5MWe and six 0.2MWe equivalent SCR reactor plants) 煤种-Illinois bituminous, 2.7% sulfur 使用技术-Selective catalytic reduction (SCR)

11、 . 总投资-$23,229,729 (DOE -$9,406,673, accounts 40% of total),SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,29,CCT SCR工程示范项目设计参数,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,30,CCT SCR脱硝示范工程项目实施示意图,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,31,CCT SCR工程示范项目催化剂提供商,Catalyst providers,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,32,CCT SCR工程示范项目技术总结,在氨泄漏低于5 ppm的情况下，达到了高于80的脱硝效率。 烟气流率可以在设计值的150

12、水平上稳定达到80的脱硝效率，同时氨泄漏低于5 ppm。 当工作温度超过371oC ，系统整体的效率开始下降。,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,33,CCT SCR工程示范项目技术总结,通过安装吹灰装置可以改善催化剂的失活现象。 长期工作会导致催化剂的腐蚀，但这种现象并不严重。 氨泄漏以及其导致的硫酸氨盐的集聚会导致空气预热器性能的下降。 SCR反应基本上对飞灰的基本性能不会产生影响。,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,34,CCT SCR工程示范项目技术总结-催化剂,SCR技术工程应用回顾,在SCR反应器中按装的干净的催化剂,2020/8/11,35,CCT SCR工程

13、示范项目技术总结-催化剂,SCR技术工程应用回顾,正常运行中可能出现的堵灰现象,2020/8/11,36,CCT SCR工程示范项目技术总结-催化剂,SCR技术工程应用回顾,催化剂在使用中腐蚀引起的损坏,2020/8/11,37,CCT SCR工程示范项目技术总结-反应器装置,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,38,CCT SCR工程示范项目技术总结-反应器装置,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,39,CCT SCR工程示范项目技术总结催化剂的抗失活性能考察,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,40,CCT SCR工程示范项目技术总结NH3/NOx摩尔比与氨泄漏、脱

14、硝率的关系,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,41,一个具体SCR工程的成本分析,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,42,CCT SCR工程示范项目技术总结-投资分析,对基于30年寿命，设计要求高于60的脱硝效率的SCR系统的经济性评估结果。,说明：如果按这个CCT SCR示范工程的成本估计，那么对于一个 1000MWe电站，投资为3.0亿元人民币。平均脱硝成本为20.75 元人民币/kg NOx，这将是一项非常昂贵的技术。,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,43,Greenfield SCR 工程的经济性分析,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,44,说

15、明： 催化剂的价格约为11.7万元/立方米（目前4.5万元/立方米） 对于一个1000MWe电站, 在设计空速下，催化剂初始安装总成本约为1亿元人民币。 (100万元/万千瓦) 催化剂寿命为16000hr, 相当于每天24小时工作的情况下可以工作3年左右,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,45,SCR技术工程应用回顾,2020/8/11,46,内容目录,背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望,2020/8/11,47,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,设计中考虑的主要问题包括：排气组成包括O2, H2O,

16、SO2,重金属等，气体流率，颗粒物，HCl等。安装布置的空间，允许的压降，经济性等。 主要可用于以下领域的NOx的脱除： 火力发电厂 锅炉 燃气轮机 船体发动机 垃圾焚烧炉 其它,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,48,催化剂选择的考虑,NOx的脱除效率：7095； 适用于不同的空速范围（1/hr)； 紧凑的系统，节省空间的设计； 高的可靠性和质量保证； 操作维护简便； 前期的工程设计能带来较低的成本费用； NO2的脱除率能达到90甚至更高。,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,49,催化剂的规格品种,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介

17、绍,2020/8/11,50,催化剂作用下NOx的转化率,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,51,催化剂的型式,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,52,另一类产品,催化剂孔隙尺寸: 2.1 mm to 10.0 mm. 催化剂尺寸: 150 mm x 150 mm x 到 1,300 mm. 催化剂模块结构: 各种单元根据需要可以按装在碳钢上或特种钢的构架上。,催化剂: 适用于燃煤、油、天然气和其他燃料,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,53,催化剂的外形结构,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020

18、/8/11,54,反应器的示意图和实际图,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,55,催化剂选择的流程图,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,56,催化剂的布置及设计考虑因素,对于烟气条件主要考虑的因素包括： 烟气的温度、成分组成； NOx的转化率、压降； 余热利用； 对于催化剂的设计主要考虑的因素包括： NOx的转化率； SO2的氧化； 氨气的泄漏； 催化剂的类型和用量； 压力降； 工作条件（反应温度等）；,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,57,几类催化剂以及反应器的设计参数,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂

19、介绍,2020/8/11,58,几类催化剂以及反应器的设计参数,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,59,典型的催化剂更换安排,应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍,2020/8/11,60,内容目录,背景与介绍 SCR脱硝技术描述 SCR技术工程应用回顾 应用于SCR过程的脱除NOx的催化剂介绍 结论与展望,2020/8/11,61,在SCR研究和应用领域尚存在着许多待解决问题，这主要表现在：SCR催化剂的表征，SCR反应的机理，催化剂表面活性位机理及其它表面物质形态的作用等等。另外一些尚未解决的问题制约着SCR技术的工业应用。如催化剂的成本问题（包括催化剂中毒

20、失效），反应温度过高等。,烟气脱硝SCR法应用需解决的问题,结论与展望,2020/8/11,62,不断改善SCR反应器的反应条件，严格控制NH3的浓度，减少泄漏，以避免二次污染。 完善SCR催化剂的性能。由于许多SCR催化剂本身都有毒性，同时制造成本较高，阻碍了大规模的工业应用。因此应不断提高SCR催化剂的效率及扩大其工作温度范围，以降低成本及延长使用寿命。 寻找可以在中低温工况下具有高SCR活性的催化剂。,对烟气脱硝SCR法应用需解决的问题重点,结论与展望,2020/8/11,63,研发中心实验平台,结论与展望,2020/8/11,64,试验装置,结论与展望,2020/8/11,65,SCR系统的引