湖南华电长沙电厂2×600MW机组设备讲义之八 脱硝设备讲解

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湖南华电长沙电厂2×600MW机组设备讲义之八 湖南华电长沙电厂2 600MW机组设备讲义之八

脱硝设备讲解

设备维护部锅炉专业 王 勇

2007-032007-03-14

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一,为什么要装设脱硝装置? 为什么要装设脱硝装置?1.目前能源利用的现状 目前能源利用的现状国民经济的持续发展,离不开能源的支持.无论过去,现在, 国民经济的持续发展,离不开能源的支持.无论过去,现在, 时间内,能源的主角都是煤炭. 还是将来的一段 时间内,能源的主角都是煤炭.在一次能源总消费 煤炭占76%.煤产量的80%是直接用于燃烧, 76%.煤产量的80 中,煤炭占76%.煤产量的80%是直接用于燃烧,其中发电厂用煤 量大于总产量的30 30%. 量大于总产量的30%.

2.燃烧产生的NOx问题 燃烧产生的NOx问题 燃烧产生的NOx煤炭作为能源在国民经济发展中做出了巨大的贡献, 煤炭作为能源在国民经济发展中做出了巨大的贡献,但同时在 其开发与利用过程中也带来了一系列环境污染问题, 其开发与利用过程中也带来了一系列环境污染问题,危及生态平衡 与人类的生存.煤燃烧时排放的NOx是大气污染的元凶之一, NOx是大气污染的元凶之一 与人类的生存.煤燃烧时排放的NOx是大气污染的元凶之一,该物质 达到一定浓度就会对人体健康构成威胁和危害. 达到一定浓度就会对人体健康构成威胁和危害.氮氧化物与空气中 的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐, 的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐,随着降水和降尘从空气中落 到地面.硝酸是酸雨的原因之一; 到地面.硝酸是酸雨的原因之一;它与其它污染物在一定条件下能 产生光化学烟雾污染.严重破坏了生态环境, 产生光化学烟雾污染.严重破坏了生态环境,并且严重危害人体呼 吸系统. 吸系统.

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是怎样生成的? 二,NOx是怎样生成的? 是怎样生成的一般意义上的NOx包括N NO, 一般意义上的NOx包括N2O,NO,NO2,N2O3,N2O4,N2O5等,但对大 NOx包括 气造成污染的主要是NO NO和 我国氮氧化物的排放量中70% 70%来自于 气造成污染的主要是NO和NO2,我国氮氧化物的排放量中70%来自于 煤炭的直接燃烧,电力工业又是我国的燃煤大户, 煤炭的直接燃烧,电力工业又是我国的燃煤大户,因此火力发电厂 NOx排放的主要来源之一 排放的主要来源之一. 是NOx排放的主要来源之一. 在煤的燃烧过程中, NOx的生成量和排放量与燃烧方式 的生成量和排放量与燃烧方式, 在煤的燃烧过程中, NOx的生成量和排放量与燃烧方式,特别是 燃烧温度和过量空气系数等密切相关,燃烧形成的NOx可分为燃料型, 燃烧温度和过量空气系数等密切相关,燃烧形成的NOx可分为燃料型, NOx可分为燃料型 热力型和快速型3种.其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计. 热力型和快速

型3 其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计. NOx生成量很少 热力型NOx是指当炉膛温度在1350℃以上时,空气中的氮气在高 热力型NOx是指当炉膛温度在1350℃以上时, NOx是指当炉膛温度在1350℃以上时 温下被氧化生成NOx,当温度足够高时,热力型NOx可达20% NOx,当温度足够高时 NOx可达20%. 温下被氧化生成NOx,当温度足够高时,热力型NOx可达20%.过量空气 系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响. NOx的生成有很大影响 系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响. 燃料型NOx指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx, NOx指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的 燃料型NOx指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx, 其生成量主要取决于空气燃料的混合比.燃料型NOx约占NOx NOx约占NOx总生成 其生成量主要取决于空气燃料的混合比.燃料型NOx约占NOx总生成 量的75% 90%.过量空气系数越高, NOx的生成和转化率也越高 75%~ 的生成和转化率也越高. 量的75%~90%.过量空气系数越高, NOx的生成和转化率也越高. 快速型NOx NOx主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃 快速型NOx主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃 烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N2 发生反应,形成的CN和HCN继续氧 烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N 发生反应,形成的CN和HCN继续氧 CN 化而生成的NOx 在燃煤锅炉中,其生成量很小, NOx. 化而生成的NOx.在燃煤锅炉中,其生成量很小,一般在燃用不含氮的 碳氢燃料时才予以考虑. 碳氢燃料时才予以考虑. 对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生 主要通过燃料型生成途径而产生. 对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生.

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的方法? 三,去除NOx的方法? 去除 的方法1.两个步骤 两个步骤控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类, 控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一 NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类 次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量,即低NOx NOx生成量 次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量,即低NOx 燃烧技术;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除, NOx通过技术手段从烟气中脱除 燃烧技术;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除, 即烟气脱硝技术. 即烟气脱硝技术.

2.一次措施 一次措施(1)降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺氧条件下燃 降低过量空气系数和氧气浓度, 烧; (2)降低燃烧温度,防止产生局部高温区; 降低燃烧温度,防止产生局部高温区; 缩短烟气在高温区的停留时间. (3)缩短烟气在

高温区的停留时间.

3.二次措施 3.二次措施目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法,半干法和湿法3 目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法,半干法和湿法3 类.

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四,脱硝技术的分类1.各种方法介绍 1.各种方法介绍干法包括选择性非催化还原法( 干法包括选择性非催化还原法( SNCR) ,选择性催化还原法 电子束联合脱硫脱硝法.半干法有活性炭联合脱硫脱硝法; (SCR) ,电子束联合脱硫脱硝法.半干法有活性炭联合脱硫脱硝法; 湿法有臭氧氧化吸收法等. 湿法有臭氧氧化吸收法等. 就目前而言,干法脱硝占主流地位. 就目前而言,干法脱硝占主流地位. 其原因是: SO2相比 缺乏化学活性,难以被水溶液吸收; 相比, 其原因是:NOx 与SO2相比,缺乏化学活性,难以被水溶液吸收; 经还原后成为无毒的N2 O2,脱硝的副产品便于处理; N2和 NOx 经还原后成为无毒的N2和O2,脱硝的副产品便于处理;NH3 对 烟气中的NO 可选择性吸收,是良好的还原剂.湿法与干法相比, 烟气中的NO 可选择性吸收,是良好的还原剂.湿法与干法相比,主 要缺点是装置复杂且庞大;排水要处理,内衬材料腐蚀, 要缺点是装置复杂且庞大;排水要处理,内衬材料腐蚀,副产品处 理较难,电耗大(特别是臭氧法). 理较难,电耗大(特别是臭氧法). 2.我厂采用的脱硝方法 2.我厂采用的脱硝方法 我厂采用的脱硝方法是东锅股份有限公司下属环保工程分公司的 产品. 既是SCR干法脱硝,因此重点分析SCR脱硝的原理及其结构. SCR干法脱硝 SCR脱硝的原理及其结构 产品. 既是SCR干法脱硝,因此重点分析SCR脱硝的原理及其结构.

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五,SCR脱硝技术的原理 脱硝技术的原理SCR既是英文--Selective Reduction, SCR既是英文--Selective Catalytic Reduction,意思为选择性 既是英文-催化还原法.其核心技术是用氨催化还原促使烟气中NOx NOx大幅度净化 催化还原法.其核心技术是用氨催化还原促使烟气中NOx大幅度净化 的方法(通常在低NOx燃烧技术基础上的后处理), NOx燃烧技术基础上的后处理),以满足日趋严格 的方法(通常在低NOx燃烧技术基础上的后处理),以满足日趋严格 NOx排放标准 因为采用低NOx燃烧技术可以达到一定的除NO 排放标准. NOx燃烧技术可以达到一定的除 的NOx排放标准.因为采用低NOx燃烧技术可以达到一定的除NOx 效 但脱除率一般不超过60% 60%. 果,但脱除率一般不超过60%. SCR的原理是在特定催化剂作用下 的原理是在特定催化剂作用下, SCR的原理是在特定催化剂作用下,用氨或其他还原剂选择性地 NOx还原为 还原为N O,其脱除率高 被认为是最好的烟气脱硝技术, 其脱除率高, 将NOx还原为N2和H2O,其脱除率高,被认为是最好的烟气脱硝技术, 但缺点是投资和操作费用大,也存在NH 的泄露. 但缺

点是投资和操作费用大,也存在NH3的泄露. 1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程 年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程, 1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统的示范工程, 现在在欧洲已有120多台成功应用经验, NOx的脱除率可达到80120多台成功应用经验 的脱除率可达到80 现在在欧洲已有120多台成功应用经验,其NOx的脱除率可达到8090%. 90%.

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五,SCR脱硝技术的原理 脱硝技术的原理SCR技术是还原剂( 尿素)在催化剂作用下,选择性的与NOx SCR技术是还原剂(NH3,尿素)在催化剂作用下,选择性的与NOx 技术是还原剂 反应生成N 而不是被O 所氧化,故称为"选择性" 反应生成N2和H2O,而不是被O2所氧化,故称为"选择性",这个化 学反应对反应温度有一定要求,即在280 280~ 范围内. 学反应对反应温度有一定要求,即在280~420 ℃ 范围内.其主要 的反应公式如下: 的反应公式如下: 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O 4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O 脱硝反应后的产物可以从上式中看出,具为N2和水,可以自然排 脱硝反应后的产物可以从上式中看出,具为N 和水, 不存在像脱硫处理的产物要进行专门的处理和存放. 放,不存在像脱硫处理的产物要进行专门的处理和存放. 反应原理如下图所示: 反应原理如下图所示

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六,SCR脱硝技术的结构 脱硝技术的结构SCR脱硝装置主要由烟道系统, SCR反应器 催化剂,吹灰器, 反应器, SCR脱硝装置主要由烟道系统, SCR反应器,催化剂,吹灰器, 脱硝装置主要由烟道系统 稀释空气系统,氨喷射系统,氨气供应储存系统等组成. 稀释空气系统,氨喷射系统,氨气供应储存系统等组成.其核心装 置是反应器(催化剂即安装于反应器内部), ),有水平和垂直气流两 置是反应器(催化剂即安装于反应器内部),有水平和垂直气流两 种不知方式.在燃煤锅炉中,烟气的含尘量很高,一般采用垂直气 种不知方式.在燃煤锅炉中,烟气的含尘量很高, 流方式. 流方式.

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六,SCR脱硝技术的结构 脱硝技术的结构脱硝处理的工艺流程如下: 脱硝处理的工艺流程如下: 液氨由槽车运送到液氨储罐, 液氨由槽车运送到液氨储罐,液氨储槽输出的液氨 在蒸发器内蒸发为氨气,并将氨气加热到常温后, 在蒸发器内蒸发为氨气,并将氨气加热到常温后,送到 氨气缓冲罐备用.氨气缓冲罐的氨气经调压阀减压后, 氨气缓冲罐备用.氨气缓冲罐的氨气经调压阀减压后, 通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气中与烟气混合, 通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气中与烟气混合,再经静态 混合器充分混合后进入催化反应器. 混合器充分混合后进入催化反应器.当达到反应温度且 与氨气充分混合的烟气流经SCR反应器的催化层时, SCR反应器的催化层时 与氨气

充分混合的烟气流经SCR反应器的催化层时,氨气 NOx发生催化氧化还原反应 发生催化氧化还原反应, NOx还原为无害的 还原为无害的N 与NOx发生催化氧化还原反应,将NOx还原为无害的N2和 H2 O.

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六,SCR脱硝技术的结构 脱硝技术的结构

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六,SCR脱硝技术的结构 脱硝技术的结构NH3与烟气均匀 与烟气均匀 混合后一起通过 一个填充了催化 剂(如V2O5-TiO2) 如 的反应器, 的反应器,NOx NH3在其中发 与NH3在其中发 生还原反应, 生还原反应,生 成N2和H2O.反 和 . 应器中的催化剂 分上下多层(一般 分上下多层 一般 为3—4层)有序放 层 有序放 置.

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六,SCR脱硝技术的结构 脱硝技术的结构

SCR反应器的内部实物图 SCR反应器的内部实物图

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七,SCR脱硝设备部件介绍 脱硝设备部件介绍1.SCR反应器 1.SCR反应器 SCR反应器截面成矩形, SCR反应器截面成矩形,壳体由起到加强作用的型钢和钢 反应器截面成矩形 板组成,反应器的载荷通过它的两侧承重墙均匀的分布, 板组成,反应器的载荷通过它的两侧承重墙均匀的分布,向 下传递,利用反应器底部的弹性支座传递到SCR SCR钢构架的支 下传递,利用反应器底部的弹性支座传递到SCR钢构架的支 撑梁上. 撑梁上. SCR反应器外壁一侧在每一层催化剂处均设有检修门, SCR反应器外壁一侧在每一层催化剂处均设有检修门, 反应器外壁一侧在每一层催化剂处均设有检修门 用于将催化剂模块装入催化剂层或更换催化剂模块. 用于将催化剂模块装入催化剂层或更换催化剂模块.每个催 化剂层设有人孔, 化剂层设有人孔,在机组停运时允许进入检查或检测催化剂 模块. 模块. 烟气水平地进入反应器的顶部并且在转向后垂直向下通 过反应器,反应器进口罩连接SCR SCR入口烟道和反应器本体之 过反应器,反应器进口罩连接SCR入口烟道和反应器本体之 使进入的烟气更均匀的分布.作为反应器的一部分, 间,使进入的烟气更均匀的分布.作为反应器的一部分,格 状整流器安装于进口罩和反应器本体之间. 状整流器安装于进口罩和反应器本体之间.

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七,SCR脱硝设备部件介绍 SCR脱硝设备部件介绍

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七,SCR脱硝设备部件介绍 SCR脱硝设备部件介绍反 应 器 框 架

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七,SCR脱硝设备部件介绍 SCR脱硝设备部件介绍为了减少烟气 中的含灰量, 中的含灰量,保 证催化剂的活性, 证催化剂的活性, 在省煤器烟道出 口与SCR SCR反应器烟 口与SCR反应器烟 道进口之间布置 个灰斗, 有6个灰斗,灰斗 上方的烟道采用 扩容式设计. 扩容式设计.