SCR技术介绍.ppt

一、一、NOxNOx危害与排放标准危害与排放标准二、二、NOxNOx形成的机理和燃烧控制技术简介形成的机理和燃烧控制技术简介三、烟气脱硝技术简介三、烟气脱硝技术简介四、四、SCRSCR装置对锅炉设计的影响装置对锅炉设计的影响五、五、 SCRSCR技术介绍（以某项目为例）技术介绍（以某项目为例）六、六、 SCRSCR业绩业绩 主要内容主要内容 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮产生的，包括一氧化氮(NO)(NO)、二氧化氮二氧化氮( (NONO2 2) )和氧化二氮和氧化二氮( (N N2 2O)O)。还有。还有NxOyNxOy氮氧化物的危害性表现在：氮氧化物的危害性表现在： 对人体健康的直接危害。对人体健康的直接危害。200ppm200ppm可使人瞬可使人瞬间死亡。间死亡。 氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。 氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。一、一、NOxNOx的危害性及排放状况的危害性及排放状况一、一、NOx的危害性及排放状况的危害性及排放状况 光化学反应使光化学反应使NONO2 2分解为分解为NONO和和O O3 3，大气中臭大气中臭氧对人体健康十分有害。氧对人体健康十分有害。 参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。境污染。 光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.10.1ppmppm时时便对植物产生危害。便对植物产生危害。NONO2 2浓度达浓度达1 1ppmppm时，某时，某些植物便会受害。些植物便会受害。一、一、NOx的危害性及排放状况的危害性及排放状况 美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及及2727个州。个州。 19521952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；农作物一夜之间严重受害；6.56.5万公顷的森万公顷的森林，林，2929严重受害，严重受害，3333中等受害，其余中等受害，其余3838也受轻度损害。也受轻度损害。(GB13223-2003)(GB13223-2003) 20042004年以后的新项目年以后的新项目 必须预留烟气脱除氮氧化物装置空间必须预留烟气脱除氮氧化物装置空间 锅炉锅炉NOxNOx最高容许排放浓度（燃煤）：最高容许排放浓度（燃煤）： 煤质煤质 NOxNOx最高容许排放浓度（最高容许排放浓度（mg/Nmmg/Nm3 3) ) Vdaf20% 450Vdaf20% 450 10%Vdaf20% 65010%Vdaf20% 650 Vdaf10% 1100 Vdaf10% 1100一、目前火电厂污染物排放标准一、目前火电厂污染物排放标准最新标准二次修订稿（未颁布）：最新标准二次修订稿（未颁布）：20142014年年1 1月月1 1日前，对日前，对20042004年年1 1月月1 1日以后的燃煤电站日以后的燃煤电站锅炉锅炉NOxNOx排放标准：排放标准： 100mg/Nm3100mg/Nm3 一、目前火电厂污染物排放标准一、目前火电厂污染物排放标准 1.1.氮氧化物的产生机理氮氧化物的产生机理 在氮氧化物中，在氮氧化物中，NONO占有占有90%90%以上，二氧以上，二氧化氮占化氮占5%-10%5%-10%，产生机理一般分为如下三，产生机理一般分为如下三种：种： 热力型热力型 快速型快速型 燃料型燃料型二、二、 NOx形成的机理和形成的机理和NOx生成的控制生成的控制二、二、 NOx形成的机理和形成的机理和NOx生成的控制生成的控制(a).(a).热力型热力型 燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。一个不分支连锁反应。 随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加。当随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加。当T1500T1500T1500o oC C时时, ,温度每增加温度每增加100100o oC,C,反应速率增大反应速率增大6-76-7倍。倍。l相关因素高温环境 燃料与空气的充分混合无烟煤燃烧中，热力型NOx可到一半以上热力型氮氧化物生热力型氮氧化物生成机理反应分子式：成机理反应分子式：二、二、 NOxNOx形成的机理和形成的机理和NOxNOx生成的控制生成的控制ONOONNNONONONO22222222212NOONONOON在高温下总生成式为B. B. 快速型快速型 在燃烧的早期生成在燃烧的早期生成形成过程形成过程氮和燃料中的碳氢化合物反应氮和燃料中的碳氢化合物反应N2N2CHCH化合物化合物HCNHCN化合物化合物HCNHCN化合物氧化生成化合物氧化生成NONO HCN HCN化合物化合物O2O2NONO对于燃煤锅炉，快速型对于燃煤锅炉，快速型NOxNOx所占份额一般低于所占份额一般低于5 5。上述两种氮氧化物都不占上述两种氮氧化物都不占NOxNOx的主要部分，不是的主要部分，不是主要来源主要来源二、二、 NOx形成的机理和形成的机理和NOx生成的控制生成的控制C. C. 燃料型燃料型 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在分解温度低于煤粉燃烧温度，在600600800800o oC C时就会生成燃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧料型，它在煤粉燃烧NOxNOx产物中占产物中占60608080。 在生成燃料型在生成燃料型NOxNOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生解产生N N，CNCN，HCNHCN和等中间产物基团，然后再氧化成和等中间产物基团，然后再氧化成NOx NOx 。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，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，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩故燃料型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。余氮的氧化（焦炭）两部分组成。相关因素相关因素与燃料和空气的混合程度密切相关与燃料和空气的混合程度密切相关与燃烧区域的温度关系不大与燃烧区域的温度关系不大烟煤燃烧中，约烟煤燃烧中，约8080的的NOxNOx为燃料型为燃料型二、二、 NOxNOx形成的机理和形成的机理和NOxNOx生成的控制生成的控制燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图煤粒N挥发分挥发分N焦炭焦炭NNON2N2低低NONOX X 燃烧的控制方法燃烧的控制方法 控制原理控制原理 主要控制手段主要控制手段 注意事项注意事项二、二、 NOxNOx形成的机理和形成的机理和NOxNOx生成的控制生成的控制三、烟气脱硝技术三、烟气脱硝技术-SNCR-SNCR4NO + 4NH4NO + 4NH3 3 + O + O2 2 4N 4N2 2 + 6H2O + 6H2O870 870 1090 1090 三、烟气脱硝技术三、烟气脱硝技术-SNCR-SNCR三、烟气脱硝技术三、烟气脱硝技术-SNCR-SNCRSCR 脱硝反应原理图脱硝反应原理图三、烟气脱硝技术三、烟气脱硝技术-SCR-SCR反应原理反应原理4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 +O23N2 + 6H2O6 NO2 + 8 NH3 7N2 + 12H2O 230450 最佳温度：最佳温度：300400 脱硝效率高：可达脱硝效率高：可达90%以上，氨逃逸率低以上，氨逃逸率低SCRSCR布置位置布置位置a) ) 高尘系统主流高尘系统主流）低尘系统）低尘系统三、烟气脱硝技术三、烟气脱硝技术-SCR-SCR的布置的布置典型典型SCR系统流程图（高灰）系统流程图（高灰）三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -系统流程系统流程三、三、SCR/SNCRSCR/SNCR混合工艺混合工艺三、三、SCR/SNCRSCR/SNCR混合工艺混合工艺混合工艺与混合工艺与SCR比较比较1、催化剂量减少、催化剂量减少2、催化剂压降降低、催化剂压降降低3、节省吹灰、节省吹灰&降低反降低反应器高度应器高度4、在炉膛侧增加、在炉膛侧增加2-3层喷嘴层喷嘴5、效率相当，氨逃逸、效率相当，氨逃逸量增加（量增加（510ppm)6、性能受锅炉影响大、性能受锅炉影响大7、投资需综合考量、投资需综合考量8、运行费用一般略为、运行费用一般略为降低（催化剂更换量降低（催化剂更换量少）少）适当的催化剂规格与选择对于成功适当的催化剂规格与选择对于成功SCR是致关重是致关重要的。包括蜂窝、板式和波纹板式要的。包括蜂窝、板式和波纹板式蜂窝式蜂窝式波纹板式波纹板式板式板式三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂选择催化剂选择三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂选择催化剂选择三、三、SCR技术介绍技术介绍-催化剂选择催化剂选择催化剂选型主要因素 烟气中飞灰的含量 烟气中飞灰颗粒尺寸 反应器布置空间 烟气阻力要求三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂选择催化剂选择l要求的脱硝效率l容许的NH3 逃逸率l烟气流量以及进口NOx浓度l烟气侧压力降三、三、SCR技术介绍技术介绍-催化剂选择催化剂选择 SCR 催化剂设计中要考虑其它因素 催化剂的寿命 SO2 到 SO3 的转化率 使用NH3 的烟气最低温度 高温下催化剂的烧结 As的毒化 碱土金属（） 碱金属（Na，K）的毒化 卤素（）的毒化 飞灰磨损飞灰的影响飞灰的影响Large particle：can cover catalyst inlet reducing effectiveness.Usually can be cleanedSmall particle：can mask catalyst reactivity site pores.Very difficult to cleanKWH三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂选择催化剂选择0510152025303540Particulate mg/Nm3Number of Cells300700600012000200003000022 x 22 cells25 x 25 cells30 x 30 cells21 x 21 cells20 x 20 cells三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂选择催化剂选择灰分对于孔径选择影响灰分对于孔径选择影响300 1300mm150150三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂参数催化剂参数三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂模块催化剂模块各个厂家通用性各个厂家通用性约约2mx1mxh（未定）（未定）便于更换厂家便于更换厂家模块吊装模块吊装模块安装模块安装三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂安装催化剂安装三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -催化剂测试模块催化剂测试模块SUPPORTING STRUCTURE 支撑结构CASING 外壳NH3 INJECTION GRID 氨喷射格栅INLET DUCT 进口烟道MAIN MONORAIL单轨HOIST 起重机CATALYST BLOCK 催化剂块OUTLET DUCT 出口烟道三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍-SCR-SCR反应器反应器无水氨无水氨 (NH3 99%)-(NH3 99%)-经济考虑首选经济考虑首选 初投资便宜 需氨蒸发，运行成本较低 有毒，运输储存有重大安全隐患氨水氨水 很少选择很少选择 高体积、高的运输和存储费用 初投资较高 需要氨、水的蒸发，运行成本高 有害，需要较好的安全措施尿素尿素-有安全需求下的首选有安全需求下的首选 运输储存已经运行都很安全 系统投资较高， 尿素贵于液氨，运行成本较高 1 1）尿素热解：能耗非常高）尿素热解：能耗非常高 2 2）尿素水解：）尿素水解： 能耗低，但反应速度慢能耗低，但反应速度慢三、三、SCRSCR技术介绍技术介绍- -还原剂系统还原剂系统四、四、SCRSCR装置对锅炉空气预热器的影响装置对锅炉空气预热器的影响烟气中部分SO2转化成SO3由于SO3的增加，由此酸腐蚀和酸沉积堵灰程度增加NH3+SO3+H2ONH4HSO4/(NH4)2SO4NH4HSO4 沉积温度150200，粘度较大，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀空气预热器热端压差增加，空气预热器漏风略有增加对空气预热器采取的措施对空气预热器采取的措施换热元件选用合适的板型采用多介质吹灰器空气预热器由高中低温段改为高低温两段，取消中温段，避免空预器在NH4HSO4沉积温度区域分段。在空预器冷段采用镀搪瓷元件上游的控制上游的控制严格控制漏氨率采用较低的SO2到SO3的转化率四、四、SCR装置对锅炉空气预热器的影响装置对锅炉空气预热器的影响五、五、SCRSCR技术介绍技术介绍- -某项目某项目设计条件设计条件主要的设计要求主要的设计要求脱硝效率：脱硝效率：BMCRBMCR下达到下达到60%60%，低于，低于200mg/Nm3200mg/Nm3氨逃逸率：氨逃逸率：3ppm3ppmSO2SO2氧化率：氧化率：1%1%系统压降：系统压降：800Pa800Pa催化剂化学寿命：催化剂化学寿命：24000h24000h五五SCRSCR技术介绍技术介绍- -某项目某项目主要设计方案：主要设计方案：采用液氨为还原剂 190kg/h,氨罐氨10天存储量设计每个锅炉设置2个SCR反应器高灰段布置方式，有2层催化剂和1层备用，初始脱硝效率为60%双烟道双反应器高灰段无系统旁路布置方式采用声波除灰采用蜂窝式催化剂五五 、SCRSCR技术介绍技术介绍- -某项目某项目五、五、SCRSCR技术介绍技术介绍- -某项目某项目五、五、 SCRSCR技术介绍技术介绍- -某项目的反应器与某项目的反应器与密封设计密封设计密封密封1、反应器的设计便于催化剂的安装、反应器的设计便于催化剂的安装2、反应器的设计考虑到催化剂模块的通用性、反应器的设计考虑到催化剂模块的通用性3、使用、使用STAADPRO等软件设计优化反应器结构与钢结构等软件设计优化反应器结构与钢结构4、催化剂模块间采用上部密封，并采用防积灰设计、催化剂模块间采用上部密封，并采用防积灰设计五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计-专业的实验物理模拟专业的实验物理模拟和计算机模拟和计算机模拟-优化管道设计优化管道设计-优化导流叶片优化导流叶片-优化优化AIG-优化静态混合器优化静态混合器-避免灰尘沉积避免灰尘沉积-降低系统压降降低系统压降五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计数值模拟：温度场、压力场、速度场数值模拟：温度场、压力场、速度场物理模拟：对数值进行校验；流场可视化；优化调整物理模拟：对数值进行校验；流场可视化；优化调整五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计物理模拟：物理模拟：积灰特性分析积灰特性分析五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计（1）催化剂上层截面，速度偏差（）催化剂上层截面，速度偏差（RMS）不大于）不大于15%；（2）催化剂上层截面，根据项目需要，）催化剂上层截面，根据项目需要，NH3/NOx浓浓度分布偏差（度分布偏差（RMS）不大于）不大于10%;（3）催化剂上层截面，烟气入射角不大于）催化剂上层截面，烟气入射角不大于15；（4）催化剂上层截面，温度偏差不超过）催化剂上层截面，温度偏差不超过10；（5）空预器入口截面，速度偏差（）空预器入口截面，速度偏差（RMS）不大于）不大于15%；（6）烟道系统压力损失达到较低水平；）烟道系统压力损失达到较低水平；（7）烟道内没有明显灰尘沉积；）烟道内没有明显灰尘沉积；五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计五、五、 SCRSCR技术介绍技术介绍-AIG-AIG与静态混合器与静态混合器多控制区域的多控制区域的AIGAIG设设计有利于下游浓度分计有利于下游浓度分布的均匀与控制布的均匀与控制较长的喷嘴设计有较长的喷嘴设计有利于避免积灰利于避免积灰根据项目实际的要根据项目实际的要求决定是否增加静态求决定是否增加静态混合器混合器大灰格栅结构防止大颗大灰格栅结构防止大颗粒灰堵塞催化剂粒灰堵塞催化剂在省煤器出口和水平烟在省煤器出口和水平烟道上都设置灰斗道上都设置灰斗优化烟道与导流板设计优化烟道与导流板设计催化剂层使用声波吹灰催化剂层使用声波吹灰五、五、 SCR-SCR-某项目流场模拟辅助设计某项目流场模拟辅助设计 优化优化 , ,以达到最少的氨消耗以达到最少的氨消耗最大的可用性最大的可用性负荷跟随性，满足各种负荷下调整的要求负荷跟随性，满足各种负荷下调整的要求运行稳定性，避免控制摇摆运行稳定性，避免控制摇摆控制控制NHNH3 3泄露，减少催化剂泄露，减少催化剂/ /空气预热器的堵塞空气预热器的堵塞五、五、 SCR-SCR-某项目控制系统某项目控制系统 安全可靠，布置合理，采用安全可靠，布置合理，采用PDMSPDMS设计设计五、五、 SCR-SCR-某项目氨区设计某项目氨区设计 某项目电厂某项目电厂1 1号机组在机组投运约号机组在机组投运约1010个月后才进行个月后才进行了脱硝性能试验，试验结果的主要指标如下：了脱硝性能试验，试验结果的主要指标如下：1 1）脱硝效率）脱硝效率 73.1% 73.1% （保证值为（保证值为60%60%）2 2）氨逃逸率）氨逃逸率 73%73%效率下效率下 2.34ppm2.34ppm （保证值为（保证值为60%60%下下3ppm3ppm）3 3）氧化率）氧化率 0.79% 0.79% （保证值为（保证值为1%1%）4 4）电耗）电耗 28kW 28kW （保证值为（保证值为45kW45kW）5 5）系统压降）系统压降 604Pa 604Pa （保证值为（保证值为800Pa800Pa）6 6）噪音）噪音 80db(A) (80db(A) (保证值为保证值为85db(A) 85db(A) 五、五、 SCR-SCR-某项目性能试验结果某项目性能试验结果1 1）引进美国最为先进的尿素催化水解技术，引进美国最为先进的尿素催化水解技术，2 2）可再生的催化剂（价格低廉）可再生的催化剂（价格低廉）170170，8bar8bar，速，速度为其它非催化水解的度为其它非催化水解的3030倍，启停快速；倍，启停快速；3) 3) 恒温恒压反应，氨气浓度稳定有利于统控制；恒温恒压反应，氨气浓度稳定有利于统控制；4 4）可将氨气导入洗涤）可将氨气导入洗涤(scrubbing)(scrubbing)系统可达到零排放系统可达到零排放要求；要求；5 5）可以定期间歇的将杂质排出反应器，适应性强）可以定期间歇的将杂质排出反应器，适应性强6 6）已投运业绩中，单台水解器可供氨）已投运业绩中，单台水解器可供氨1300kg/h1300kg/h，可，可供供3x600MW3x600MW锅炉同时锅炉同时BMCRBMCR负荷下的脱硝要求负荷下的脱硝要求7) 7) 能耗低，约为热解系统的能耗低，约为热解系统的1/4-1/31/4-1/3五、五、 SCR-SCR-尿素水解技术简介尿素水解技术简介五、五、 SCR-SCR-尿素水解技术简介尿素水解技术简介1）从业主角度选择最合适的催化剂，从业主角度选择最合适的催化剂，联合催化联合催化剂厂商给业主提供催化剂管理经验；剂厂商给业主提供催化剂管理经验；2）挡灰格栅等设计可充分适应高灰运行挡灰格栅等设计可充分适应高灰运行;3）与国外最专业的流场模拟厂家合作，使用物）与国外最专业的流场模拟厂家合作，使用物模与数模技术，精心设计模与数模技术，精心设计SCR流场，使性能更流场，使性能更优化；优化；4）反应器的设计合理，方便安装催化剂，适应）反应器的设计合理，方便安装催化剂，适应性强，方便催化剂厂商的更换，钢结构设计安性强，方便催化剂厂商的更换，钢结构设计安全可靠；全可靠；五、五、 SCR-SCR-技术特点总结技术特点总结 五、五、 SCR-技术特点总结技术特点总结 5）可根据出口）可根据出口NOx排放或脱硝效率自动控制喷排放或脱硝效率自动控制喷氨量，优先保证氨逃逸率的情况下，满足系统脱氨量，优先保证氨逃逸率的情况下，满足系统脱硝效率；硝效率； 6）具有液氨系统、尿素系统制氨（尿素水解、）具有液氨系统、尿素系统制氨（尿素水解、热解）两种技术，可具有全套设计供货能力，为热解）两种技术，可具有全套设计供货能力，为业主提供最优选择；业主提供最优选择； 7）工程执行管理经验丰富；）工程执行管理经验丰富； 8）可以进行调试或调试指导，并能指导业主后）可以进行调试或调试指导，并能指导业主后期的运行维护，可为业主提供脱硝运行的长期服期的运行维护，可为业主提供脱硝运行的长期服务务.六、业绩六、业绩- - 公司的主要业绩公司的主要业绩