PDF《嵩屿电厂烟气 SCR 脱硝工艺及特点分析》

嵩屿电厂烟气 SCR 脱硝工艺及特点分析 The technology and character analysis for flue gas denitrification SCR system in Songyu Power Plant 陈进生1,

2 ( 1.

厦门大学环境科学研究中心, 福建 厦门

361005 ;

2. 厦门华夏国际电力发展有限公司 ,福建 厦门 361026) 摘要: 介绍了厦门嵩屿电厂

4 *300 MW 燃煤机组烟气选择性催化还原法( SCR ) 脱硝工程所选用的工艺, 分析了 SCR 脱硝系统的主要技术特点, 为日益增多的同类型脱硝装置的工艺设计与设备选型提供一定的借鉴. 关键词: 烟气;

选择性催化还原技术( SCR ) ;

脱硝工艺 Abstract : The technology for flue gas denitrification by selective catalyst reduction ( SCR )system in Songyu Power Plant with 4*300 MW coal fired units is introduced.The characteristics of the technology are also discussed, which provided the experiences for the process design and equipment choice in gradually popular similar SCR system. Key words: flue gas;

selective catalyst reactor;

denitrification technology 中图分类号: X701.

7 文献标识码: B 文章编号: 1009-4032( 2006) 06-040-04 目前我国燃煤电厂 NOx 污染的防治主要采用 低氮燃烧技术, 脱硝效率较为有限 .随着国家环境 保护法规的不断完善与科技力量的日益增强 , NOx 作为燃煤电厂的主要污染物之一 ,在烟尘与 SO2 污 染逐步得到控制后, 将会逐渐引起重视.特别是在 火电密集的沿海地区 、 重点中心城市、 人口稠密的敏 感区域 ,燃煤烟气脱硝工程正酝酿着大规模上马 . 目前我国环评已批、待批的电厂脱硝项目有

30 个以 上,脱硝规模约为

3 000 万kW .国内第一家应用 SCR 烟气脱硝技术的是漳州后石电厂, 供货商为巴 布科克―日立( BHK) [

1 ] .

2004 年9月,厦门华夏电力公司与上海电气石 川岛环保工程公司签订了嵩屿电厂二期

2 *

300 MW 机组烟气 SCR 脱硝工程总承包合同 ,

2005 年7月,双方再次签订一期

2 *300 MW 机组烟气 SCR 脱硝 工程总承包合同 .其中的一期脱硝工程属旧机组新 增的技改项目, 二期的脱硝工程则属新机组扩建环 评要求的项目 .工程采用设计 、 制造 、 施工、调试总 承包的方式进行管理,

4 台烟气 SCR 脱硝装置在

2006 年4月~10 月陆续投运.这标志着除催化剂 外,我国 SCR 烟气脱硝在关键技术自主设计 、主要 设备国产化方面取得了较大的突破 .

1 工艺过程

1 .

1 喷雾干燥脱硝原理 在NOx 的选择催化还原过程中, 通过加氨把烟 气中的NOx 转化为氮气和水 .烟道中烟气脱硝的 主要化学反应如图

1 所示. 图1SCR 烟气脱硝工艺过程示意

1 .

2 SCR 脱硝工艺过程 嵩屿电厂 SCR 系统布置在省煤器和空预器之 间 ,属高尘布置法.工艺由氨区和催化反应区两大 部分组成 ,见图

2 .其中氨区包括储氨罐 、气化器、 压缩机及稳压罐等设备 ;

催化反应区则由反应器壳 体、催化剂、稀释风机 、注氨格栅( AIG) 及吹灰器等 设备组成. 槽车运来的液氨由压缩机输送到储氨罐 ,液氨 在气化器内经

45 ℃ 左右的水浴蒸发成氨气, 送到氨 气稳压罐 .氨气经调压阀减压后送入氨气/空气混 合器中 ,与来自稀释风机的空气混合 ,通过AIG 的喷 嘴喷入烟道中,与烟气均匀混合后进入催化反应器. NH3 与NOx 在催化剂的作用下发生催化还原反应, NOx 被还原为无害的N2 和H2O .

40 2006 年12 月电力环境保护第22 卷第6期图2嵩屿电厂 SCR 烟气脱硝工艺流程

2 工艺参数 嵩屿电厂烟气 SCR 系统主要工艺参数见表

1 . 表1嵩屿电厂烟气 SCR 系统主要工艺参数 项目设计值 项目设计值 烟气量( 干标) /m3 ・h-

1 918639 脱硝效率/ % ≥60 入口 NOx( 干标) / mg・m -

3 450~

707 氨逃逸量/ *10-

6 ≤3 SCR 运行温度/ ℃ 280~

380 SO2 转化为 SO3/ % ≤1 SV 值/ h-

1 5

346 SCR 压降/Pa ≤

1 000 注:设计煤种硫分为 0. 63%, 烟气量为标准状态值 .

3 工艺系统

3 .

1 氨区 氨区中的所有设备为

4 台300 MW 机组烟气 SCR 脱硝装置共用 .

3 .

1 .

1 储氨罐 氨区设

3 个100m

3 水平卧式布置的储氨罐 , 保证4 台300MW 机组烟气脱硝

2 周的储氨量.每个 储罐都配备了

2 个互为备用的安全阀以及液位计 、 温度计 、 压力表等监控保护装置 .主要液氨管道配 备了止回阀及安全阀, 以避免出现氨气超压泄漏或 爆炸等事故. 储氨罐有两个热工保护 , 一是当罐体温度高于

30 ℃时, 联锁启动氨罐周围的水喷淋装置进行降 温;

二是当罐体压力大于

1 .

9 MPa 时发出报警信号 .

3 .

1 .

2 压缩机 压缩机用于槽车的正常卸氨和储罐之间的检修 倒罐 .氨区设有2 台互为备用的美国CORKEN 公司 的氨气压缩机, 出力为

30 m3 /h .槽车中液氨的排出 是通过向其上部空间输入高压氨气把液氨压出来 . 高压氨气则通过联接储氨罐上部饱和氨气并由压缩 机增压获得,高压氨气输入槽车后 ,利用气氨与液氨 的压差卸料( 见图 3) .另外, 槽车中残余的氨气也 可通过压缩机反向旋转压回储氨罐. 图3压缩机卸氨工作原理

3 .

1 .

3 气化器 气化器的作用是把液氨转化为气氨.气化器采 用蒸汽加热 ,气化能力为

400 kg/h , 出口氨气压力为

0 . 28MPa ,设置为两用一备.气化器的主要部件为 螺旋式盘管 ,管内介质为液氨, 管外介质为温水, 水 浴温度为45 ℃.图4为气化器的结构示意图. 图4气化器的结构示意

3 .

1 .

4 其他设备 气化器出来的氨气在送至 SCR 反应器前 ,先储 存在缓冲罐中 , 以稳定供氨气源.储氨罐周围设有

41 2006 年 陈进生 : 嵩屿电厂烟气 SCR 脱硝工艺及特点分析 第6期2只自动漏氨检测仪, 以检测氨气的泄漏 .氨区中 的主要设备和液氨管道均设有氮气吹扫管线 .另外,氨站还设有洗眼器等安全防护设施 .

3 .

2 催化反应区

3 .

2 .

1 稀释风机 SCR 脱硝系统采用 NH3 作还原剂 ,其在空气中 的爆炸极限为

15 %~

28 %,为保证 NH3 注入烟道的 安全性和混合的均匀性, 采用稀释风机将氨浓度降 低到爆炸下限以下 , 控制在

5 %以内.每台炉设

3 台风机,两用一备,出力为

3 220 ~

5 153 m

3 /h .

3 .

2 .

2 注氨格栅( AIG) AIG 是SCR 系统中的关键设备.向烟道中注氨 的均匀性, 直接关系到脱硝效率和氨的逃逸率两项 重要指标.以二期工程为例, 在稀释了的氨气母管 之后 ,每个SCR 反应器设有9 *3 根伸入烟道的注氨 支管 ,每根支管上有

10 个不锈钢喷头, 即27 根注氨 支管与

270 个喷头组成了 AIG , 均均地分布在 SCR 进口侧烟道的截面上 .另外, 在注氨支管上设置了 流量调节阀、 节流孔以及差压计,用于调整注氨的均 匀性 .

3 .

2 .

3 反应器壳体 反应器壳体采用标准的板箱式结构 ,辅以各种 加强筋和支撑构件来满足防震 、 承载催化剂、承受荷 载和抵抗应力的要求 , 并且实现与外界的隔热 .反 应器还设有门孔 、观察口 、单轨吊梁 ,用于催化剂的 安装 、 运行观察和维护保养.反应器由钢结构支撑 , 尺寸是7 .

66 m *

8 .

99 m *

10 .

5 m(L *W *H ) .

3 .

2 .

4 催化剂 催化剂是脱硝反应中最关键的因素 .催化剂装 填量的多少,取决于设计的处理烟气量 、 脱硝率以及 催化剂的性能.催化剂模块是商业催化剂的最小单 元结构,若干个模块组成催化剂箱体结构,若干箱体 再组成催化剂层, 若干层催化剂组成脱硝反应器 . 该工程在初期设计时选用

2 层催化剂 , 脱硝率达

60 %以上 ,远期增加

1 层催化剂, 脱硝率达

90 %以上. ( 1) 催化剂模块.嵩屿电厂选用方型蜂窝催化 剂模块 ,每个模块长度为

717 mm, 断面积为

150 mm * 150mm ,其上开有

22 *

22 个气流 ,孔气流孔径为

7 mm ,孔壁厚小于

1 mm. ( 2) 催化剂钢箱.催化剂钢箱框用于固定催化 剂模块 ,同时便于模块的运行与安装.钢箱由一个 薄金属筒体构成, 它的下面设有一个用于搬运的支 撑格栅,上面分布很多不锈钢网格, 用于保护催化 剂 ,避免外界杂质或灰尘的堆积.箱内装有

8 *8 =

64 个催化剂模块,各模块之间用弹性的陶瓷纤维进 行密封, 用以防止催化剂受外部振动破损及未处理 烟气的泄漏 . ( 3) 催化剂反应层.每层催化剂由

6 *7 只钢箱 组成 .为了防止烟气短路 ,钢箱之间的间隙采用薄 钢片密封 .图5为蜂窝式催化剂反应层示意图, 图 中的每一小方块代表了催化剂钢箱.初期设计的脱 硝率为

60 %,先布置

2 层催化剂, 远期布置

3 层催化 剂 ,脱硝率可达

90 % 以上 .每层催化剂布置

3 个伸 缩型蒸汽吹灰器.图6为催化剂反应层在反应器中 的位置 . 图5催化剂反应层示意 图6反应层在反应器中的位置

42 2006 年12 月电力环境保护第22 卷第6期4技术特点分析

4 .

1 氨区的安全技术 由于氨是化学危险品 ,具有爆炸性和可燃性, 泄 漏时 ,氨的扩散能力很强 ,对周围环境及人体的毒害 性大 .因此,该工程把氨区作为重要的区域来设计 , 借鉴化工行业的设计技术规范, 把氨区的防火 、防爆、 防毒害等可能出现的不安全因素的防范措施纳 入设计范围,采取双水路供水喷淋 、 储氨罐双安全阀 设置 、 自动漏氨检测仪设置、 氮气吹扫等技术措施来 保证氨站的安全与稳定运行.

4 .

2 氨气/烟气的混合技术 工程设计的难点是 SCR 反应器注氨系统 .注 入的氨气与烟气均匀混合是保证脱硝率和减少氨逃 逸率的重要措施 .该工程除了在每个 SCR 反应器 的注氨烟道断面上布置了数量较多的喷嘴外, 在喷 嘴与催化剂层之间的烟道上又布设了氨气/烟气静 态均混器 、 导流叶片、气流整流器 ,以达到烟气与氨 气的均匀 、 有效混合 .

4 .

3 催化剂的选用 催化剂是 SCR 脱硝系统中最核心的部位 .目前,国内尚无商业化生产 SCR 脱硝催化剂的能力与 条件 ,只能全部依靠进口 .但即使这样 ,选择催化剂 时,仍有很多因素需要考虑 .本工程在分析了催化 剂的型式 、尺寸 、 体积 、 前后压降、气流孔径、使用温 度等常规因素后 ,还重点考虑以下几方面的问题. ( 1) 催化剂组分的选择 .选用的催化剂为美国 Cormetech 公司生产 , 其主要组分可表示为 V2O5 - WO3( MoO3) /TiO2 [

3 ] .V2O5 是活性组分, 但同时也能 将SO2 氧化成 SO3 ,其质量分数控制在

1 %以下.选用TiO2( 约90 % ) 作载体的原因: 一是钒氧化物在 TiO2 的表面有很好的分散度与活性;

其次是 SO2 氧 化生成的 SO3 与TiO2 的反应很弱, 且是可逆的 .组 分中 WO3 的含量约占

10 %,其作用是增加催化剂的 活性和热稳定性 .组分中 MoO3 约占

6 %,主要用于 抑制 SO2 的氧化和防止催化剂受烟气中As 的毒害. ( 2) CaO 的影响.该工程燃用的两种校核煤种 ( 以神华煤为主) 中Ca 高达

25 %~

30 %.飞灰中的 CaO 与催化剂表面吸收的SO3 反应生成 CaSO4 ,会覆 盖催化剂表面, 使得催化剂活性下降.减少飞灰中 CaO 不利影响的措施主要是通过改善催化剂的配 方,如在催化剂组分中适当增加W 、 Mo 的含量 ,抑制 SO3 的生成,从而减少 CaSO4 的形成. ( 3) 灰分的影响.本工程烟尘高达

28 g/m3 , 对 催化剂的耐腐蚀性能提出了较高的要求.催化剂由 于高尘磨损, 使用寿命大为降低.减少飞灰对催化 剂磨损的主要措施是优化 SCR 系统烟气流场 ,使催 化剂入口飞灰分布均匀合理 ,同时对烟气进口侧的 催化剂边缘进行硬化处理.

4 .

4 催化剂层数的设置 层数设置是以满足排放标准为前提 , 尽量减小 初期投资为原则.一般

1 层催化剂的脱硝效率可达

40 %,2 层可达

70 %,3 层可达

90 %.考虑到该工程 初期脱硝效率不低于 ................