脫硝SCR法中低溫

1、脫硝SCR工藝介紹第一章 脫硝技術介紹 SCR 脫硝系統(tǒng)是利用催化劑，在一定溫度下，使煙氣中的NOx 與氨氣供應系統(tǒng)注入的氨氣混合后發(fā)生還原反應，生成氮氣和水，從而降低NOx 的排放量，減少煙氣對環(huán)境的污染。其中SCR 反應器中發(fā)生反應如下：4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O (1)6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O (2)NO + NO2 + 2NH3 2N2 + 3H2O (3)SCR 脫硝工藝系統(tǒng)可分為氨水儲運系統(tǒng)、氨氣制備和供應系統(tǒng)、氨/空氣混合系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SCR 反應器系統(tǒng)和廢水吸收處理系統(tǒng)等。其中由氨水槽車運送氨水，氨水由槽車輸入儲氨罐

2、內(nèi)，并依靠氨水泵將儲氨罐中的氨水輸送到氨水蒸發(fā)罐內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，與稀釋風機鼓入的稀釋空氣在氨/空氣混合器中混合后，送達氨噴射系統(tǒng)。在SCR 入口煙道處，噴射出的氨氣和來自焦爐出口的煙氣混合后進入SCR 反應器，通過兩層催化劑進行脫硝反應，最終通過出口煙道回至余熱鍋爐，達到脫硝的目的。第二章 方案編制輸入條件1. 概述1.1 編制依據(jù)(1) 中華人民共和國國家標準GB 16171-2012煉焦化學工業(yè)污染物排放標準和臨汾大氣污染防治文件。 (2) 中華人民共和國的有關法律、法規(guī)、部門規(guī)章及工程所在地的地方法規(guī)； (3) 現(xiàn)行有關的國家標準、規(guī)范，行業(yè)標準、規(guī)范及自治區(qū)級有關標準、規(guī)范； (4)業(yè)主

3、提供的設計資料。1.2 主要設計原則 （1）選擇符合環(huán)保要求的最經(jīng)濟合適的煙氣脫硝工藝方案，煙氣脫硝系統(tǒng)不能影響系統(tǒng)正常運行； （2）煙氣脫硝工程盡可能按現(xiàn)有設備狀況及場地條件進行布置，力求工藝流程和設施布置合理、操作安全、簡便，對原機組設施的影響最少； （3）對脫硝副產(chǎn)物的處理應符合環(huán)境保護的長遠要求，盡量避免脫硝副產(chǎn)物的二次污染，脫硝工藝應盡可能減少噪音對環(huán)境的影響； （4）脫硝工程應盡量節(jié)約能源和水源，降低脫硝系統(tǒng)的投資和運行費用； （5）脫硝系統(tǒng)年運行小時數(shù)按8000小時，脫硝系統(tǒng)可利用率98%以上； （6）SCR裝置按反應器出口NOx含量150mg/Nm3以下達到環(huán)保要求。第三章 系

4、統(tǒng)設計指標1. NOx脫除率、氨的逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率在下列條件下，對NOx脫除率、氨的逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率同時進行考核。（1) 焦爐50%THA-100%BMCR負荷；（2) 入口煙氣中NOx含量；（3) 脫硝系統(tǒng)入口煙氣含塵量不大于50mg/Nm3(干基)； （4) NH3/NOx摩爾比不超過保證值 1時；（5) 煙氣入口溫度：設計脫硝裝置在性能考核試驗時的NOx脫除率不小于80%，氨的逃逸率不大于10ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%；脫硝裝置在附加層催化劑投運前，NOx脫除率不小于70%，氨的逃逸率不大于10ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%； 出口NOx環(huán)保要求值

5、為150mg/Nm3，入口NOx含量應該600mg/Nm3 。脫硝效率定義：脫硝率=C1-C2×100%C1式中： C1脫硝系統(tǒng)運行時脫硝入口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）。C2脫硝系統(tǒng)運行時脫硝出口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）。氨的逃逸率是指在脫硝裝置出口的氨的濃度。2. 壓力損失從脫硝系統(tǒng)入口到出口之間的系統(tǒng)壓力損失不大于1000Pa（100%BMCR工況，并考慮附加催化劑層投運后增加的阻力）。3. 脫硝裝置可用率脫硝整套裝置的可用率在最終驗收前不低于98%。脫硝裝置的可用率定義：A：脫硝裝置統(tǒng)計期間可運行小時數(shù)。B：脫硝裝置統(tǒng)計期間強迫停運小時數(shù)。C：脫硝裝置統(tǒng)計期間

6、強迫降低出力等效停運小時數(shù)。4. 催化劑壽命催化劑壽命為脫硝裝置首次注氨后不低于24000小時，機械壽命40000小時。催化劑壽命是指催化劑的活性能夠滿足脫硝系統(tǒng)的脫硝效率不低于第1條指標條件時催化劑的連續(xù)使用時間。第四章 SCR系統(tǒng)設計1. 方案設計原則1.1 技術要求為了與焦爐運行匹配，脫硝裝置的設計必須保證在焦爐負荷波動時將有良好的適應特性。脫硝裝置必須滿足如下運行特性：（1）將能適應焦爐50%THA工況和100%BMCR工況之間的任何負荷，并能適應機組的負荷變化和機組啟停次數(shù)的要求。裝置和所有輔助設備將能投入運行而對焦爐負荷和焦爐運行方式不能有任何干擾。而且脫硝裝置必須能夠在煙氣排放濃

7、度為最小值和最大值之間任何點運行。（2）整套系統(tǒng)及其裝置將能夠滿足整個系統(tǒng)在各種工況下自動運行的要求，系統(tǒng)的的啟動、正常運行監(jiān)控和事故處理將實現(xiàn)完全自動化。（3）在電源故障時，所有可能造成不可挽回損失的設備，將同保安電源連接。（4）對于容易損耗、磨損或出現(xiàn)故障并因此影響裝置運行性能的所有設備，即使設有備用件，也將設計成易于更換、檢修和維護。（5）煙道和箱罐等設備將配備足夠數(shù)量的人孔門，所有的人孔門使用鉸接方式，且能容易開/關。所有的人孔門附近將設有維護平臺。（6）所有設備和管道，包括煙道、膨脹節(jié)等在設計時必須考慮設備和管道發(fā)生故障時能承受最大的溫度熱應力和機械應力。（7）設計選用的材料必須適應

8、實際運行條件，包括考慮適當?shù)母g余量。（8）所有設備與管道等的布置將考慮系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和運行工作的方便。（9）所有電動機的冷卻方式不采用水冷卻。1.2 脫硝工藝系統(tǒng)設計原則脫硝工藝系統(tǒng)設計原則包括:（1）脫硝系統(tǒng)設置煙氣旁路系統(tǒng)。（2）脫硝反應器布置在鍋爐前。（3）吸收劑為氨水。（4）采用蜂窩式催化劑。（5）脫硝設備年利用小時按8500小時考慮。（6）脫硝裝置可用率不小于98%。（7）裝置服務壽命為30年。1.3 脫硝裝置主要布置原則 （1） 總平面布置根據(jù)廠區(qū)總平面布置的規(guī)劃，脫硝劑制備區(qū)域布置待定。 （2） 管線布置有汽車通過的架空管道凈空高度為5米，室內(nèi)管道支架梁底部通道處凈空高度為2.

9、2米。2 SCR區(qū)主要設備2.1 煙道煙道將根據(jù)可能發(fā)生的最差運行條件進行設計。煙道設計將能夠承受如下負荷：煙道自重、風荷載、地震荷載、灰塵積累、內(nèi)襯和保溫的重量等。煙道最小壁厚至少按5mm設計，煙道內(nèi)煙氣流速不宜超過15m/s。在外削角急轉(zhuǎn)彎頭和變截面收縮急轉(zhuǎn)彎頭處等，以及根據(jù)煙氣流動模型研究結(jié)果要求的地方，將設置導流板。為了使與煙道連接的設備的受力在允許范圍內(nèi)，特別要注意考慮煙道系統(tǒng)的熱膨脹，熱膨脹將通過膨脹節(jié)進行補償。煙道將在適當位置配有足夠數(shù)量測試孔。2.2 SCR反應器至少包括：配套的法蘭；反應器流場優(yōu)化裝置；進氣和排空罩；反應器罩上的隔板；整流裝置；催化劑層的支撐（包括預留層）；催

10、化劑層的密封裝置；催化劑吊裝和處理所需的結(jié)構；在線分析監(jiān)測系統(tǒng)等；SCR反應器的設計將充分考慮與周圍設備布置的協(xié)調(diào)性及美觀性。反應器將設計成煙氣豎直向下流動，反應器入口將設氣流均布裝置，反應器入口及出口段將設導流板，對于反應器內(nèi)部易于磨損的部位將設計必要的防磨措施。反應器內(nèi)部各類加強板、支架將設計成不易積灰的型式，同時必須考慮熱膨脹的補償措施； 反應器將設置足夠大小和數(shù)量的人孔門；反應器將配有可拆卸的催化劑測試元件；在噴氨格柵處設置取樣口測量濃度和煙氣流速；反應器上游和催化劑各層設置取樣口，不間斷測量NOX、O2、NH3等；反應器出口設有取樣口（每個催化劑模塊設有一個）；為了正常運行、開車和完

11、成測試等工作設置足夠數(shù)量的開孔；反應器設計還將考慮內(nèi)部催化劑維修及更換所必須的起吊裝置。2.3 催化劑 根據(jù)工況條件、催化劑的活性、用量進行SCR反應器內(nèi)催化劑層數(shù)、種類和結(jié)構型式的設計，使其在任何工況條件下將氨的逃逸率控制在10ppm以內(nèi)， SO2氧化生成SO3的轉(zhuǎn)化率控制在1%以內(nèi)。催化劑的型式采用蜂窩式，根據(jù)飛灰的特性合理選擇孔徑大小并設計有防堵灰措施，以確保催化劑不堵灰，同時，催化劑設計將盡可能的降低壓力損失。 催化劑模塊設計有效防止煙氣短路的密封系統(tǒng)，密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命。催化劑各層模塊一般將規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性。催化劑設計考慮燃料中含有的任何微量元素可能導致的催化劑中毒

12、。在加裝新的催化劑之前，催化劑體積將滿足性能保證中關于脫硝效率和氨的逃逸率等的要求。同時，乙方必須考慮預留加裝催化劑的空間。催化劑采用模塊化設計以減少更換催化劑的時間。催化劑模塊采用鋼結(jié)構框架，并便于運輸、安裝、起吊。序號項 目單位數(shù) 據(jù)1入口煙氣量Nm3/h2入口NOx濃度Mg/ Nm33入口SO2濃度Mg/ Nm34入口煙塵濃度Mg/ Nm35入口溫度6性能保證NOx出口濃度Mg/ Nm37化學壽命期內(nèi)NOx脫硝效率%8化學壽命期內(nèi)NH3逃逸率PPm9化學壽命期內(nèi)SO2/SO3轉(zhuǎn)化率%10催化劑形式/11催化劑型號/12孔數(shù)/13基材/14活性物質(zhì)/15外壁厚度mm16孔徑mm17催化劑高

13、度mm18催化劑節(jié)距mm19催化劑壁厚mm20催化劑比表面積/M321催化劑體積密度kg/M322催化劑空隙率%23催化劑元件尺寸mm24催化劑元件煙氣流通截面積25模塊尺寸（L×W×H）mm26每個模塊的催化劑表面積27每個模塊的元件數(shù)量個28每個模塊包含催化劑單元排列29每個模塊催化劑的體積M330每個模塊催化劑的凈重量kg31每個模塊的總重量kg32每層催化劑模塊數(shù)個33每層催化劑包含模塊排列個34核算煙氣流通催化劑面積35每層催化劑壓降（新/臟）Pa36每臺反應器催化劑壓降（新/臟）Pa37本類型模塊需要的合理SCR結(jié)構體層高m38機組數(shù)量個39每臺機組反應器數(shù)量個

14、40每反應器初裝催化劑層數(shù)層41每反應器備用催化劑層數(shù)層42每臺反應器總面積43每臺反應器催化劑凈重kg44總體積量M345反應器截面尺寸mm*mm46測試模塊元件尺寸（長×寬×高）mm47測試模塊數(shù)量（每層/反應器/機組）個48催化劑中TiO2含量%49噴氨量（99.6%氨水）Kg/h50允許運行溫度內(nèi)化學壽命hr51允許運行溫度內(nèi)機械壽命yr52允許最大溫升速率/min53允許最大溫降速率/min54模塊箱材料55密封材質(zhì)（模塊）56密封材料（元件）57絕對速度偏差±%58絕對溫度偏差±59絕對氨氮混合偏差±%60煙氣流向偏角±&

15、#176;61催化劑孔道內(nèi)速度M/s62空速1/h63面積速度M/h64煙氣阻力/ 注：目前商業(yè)上應用比較廣泛的是運行溫度處于320-450的中溫催化劑，當反應溫度低于300時，在催化劑表面會發(fā)生副反應，NH3與S03和H20反應生成（NH4）2S04或NH4HSO4減少與NOx的反應，生成物附著在催化劑 表面，堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性。另外，如果反應溫度高于催化劑的適用溫度，催化劑通道和微孔發(fā)生變形，從而使催化劑失活。因此，保證合適的反應溫度是選擇性催化還原法（SCR）正常運行的關鍵。 因（NH4）2S04熔點()： 230-280，NH4HSO4沸點350，故在工程設計中需

16、加裝煙氣升溫裝置(或引用高溫煙氣），催化劑每運行1-2個月必須用高溫煙氣（350以上）對催化劑進行高溫沖刷，防止銨鹽的堵塞。2.4 氨噴射系統(tǒng)入口煙道設置一套完整的氨噴射系統(tǒng)，保證氨氣和煙氣混合均勻，噴射系統(tǒng)將設置流量調(diào)節(jié)閥，能根據(jù)煙氣不同的工況進行調(diào)節(jié)。噴射系統(tǒng)將具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和和抗振性。氨噴射系統(tǒng)使用噴氨格柵，保證氨氣和煙氣混合均勻。噴入反應器煙道的氨氣為空氣稀釋后的含氨氣的混合氣體，每臺爐配備二臺稀釋風機（一運一備），風機靠近脫硝裝置布置。2.5 吹灰系統(tǒng)(1) 設計原則按每臺SCR反應器設置一套吹灰系統(tǒng)進行設計。(2) 技術要求為避免產(chǎn)生積灰堵塞催化劑對脫硝系統(tǒng)性能產(chǎn)生

17、影響，本工程選擇空氣吹灰器進行清灰。每個反應器設置6個吹灰器進行吹灰(含備用層)，每層催化劑布置2個吹灰器。空氣吹灰器所需空氣參數(shù)如下： 空氣壓力：0.7MPa3. 脫硝劑存儲、制備、供應系統(tǒng)本工程采用氨水來制備脫硝劑。 氨水儲存、制備、供應系統(tǒng)包括儲氨罐、氨水蒸發(fā)罐、廢水罐、廢水泵等。此套系統(tǒng)提供氨氣供脫硝反應使用。儲槽中的氨水輸送到氨水蒸發(fā)罐內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，然后與稀釋空氣在混合器中混合均勻，再送達脫硝系統(tǒng)。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入廢水罐中，再通過廢水泵打到污水處理場處理。本工程共用脫硝劑存儲、制備、供應系統(tǒng)，布置1個氨區(qū)。氨水儲存和制備區(qū)域獨立成島布置，在全廠總平面的布置中由乙方統(tǒng)一設計

18、。 氨水貯存、制備系統(tǒng)主要設備。 （1）氨水儲罐 氨水儲罐的容量，7天的用量進行設計，本期工程設置1臺氨水儲罐。氨水儲罐設有防太陽輻射措施，四周安裝有事故噴淋管線及噴嘴，當氨水儲罐罐體溫度、壓力過高時自動淋水裝置啟動，對罐體自動噴淋減溫降壓；（2）氨水蒸發(fā)罐 氨水蒸發(fā)所需要的熱量采用熱空氣加熱來提供。熱空氣通過空氣換熱器獲得。 （3）廢水泵 廢水排到廢水池，并通過廢水泵排到廠區(qū)污水處理場系統(tǒng)。廢水泵共設2臺（一用一備）。 （4）氨氣輸送管道 焦爐提供一根氨氣輸送廠區(qū)管道，由氨水貯存區(qū)到SCR區(qū)后送至反應器的噴氨格柵。4. 煙氣加熱系統(tǒng)因本項目煙氣溫度較低（大約280），考慮到中低溫催化劑的脫硝

19、運行成熟穩(wěn)定、催化劑的成本及脫硝運行成本，故增設一套煙氣加溫裝置。 煙氣加熱系統(tǒng)主要包括：煤氣燃燒器、煤氣排水罐、煤氣分配控制閥、煤氣管道等。5. 檢修、起吊設施對于催化劑的安裝、更換及其它檢修和維護需要的部位，設計全部的起吊設施和必要的軌道。起重設施包括電動葫蘆，安裝在工字軌道或橋式軌道上。電動葫蘆為永久安裝，提升能力為2t及以上（滿足安裝及檢修最大的起吊重量要求）。6. 儀表和控制系統(tǒng)6.1 技術要求SCR反應系統(tǒng)分別由DCS系統(tǒng)控制，控制盤柜就近找房間布置。同時，兩者和單元機組DCS系統(tǒng)設有冗余雙向通訊接口，運行人員通過脫硝DCS操作員站對氨區(qū)系統(tǒng)被控對象及工藝參數(shù)進行控制和監(jiān)視，最終實現(xiàn)遠