(2012-02-26 04:47:00)
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雜談1概述
隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，燃煤電廠的污染物排放更受到人們的關(guān)注，國(guó)家和地方環(huán)保部門對(duì)電廠污染物的排放和總量有了較嚴(yán)格的控制。北京市、天津市的地方排放標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求更高。如北京市DB11/139—2007《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中要求標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施起新建、擴(kuò)建、改建的電站鍋爐排放的煙塵為10mg/m3、二氧化硫?yàn)?0 mg/m3、氮氧化物為100mg/m3。在2008年7月1日第Ⅱ時(shí)段起在用電站鍋爐排放的煙塵為20mg/m3、二氧化硫?yàn)?0mg/m3、氮氧化物為100mg/m3，由此可見，隨著社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家和地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)以后逐漸更加嚴(yán)格，需要安裝高效的污染物處理設(shè)備，目前袋式除塵、電袋除塵、濕法脫硫已開始大量應(yīng)用，煙氣脫硝系統(tǒng)應(yīng)用也逐漸展開，目前電站煙氣脫硝系統(tǒng)主要采用的是選擇性催化還原（SelectiveCatalytic Reduction）煙氣脫硝工藝。
2選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝流程
選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝是一種以NH3作為還原劑通過(guò)催化劑催化將煙氣中的NOX分解成無(wú)害的N2和H2O的干式脫硝方法。
SCR煙氣脫硝系統(tǒng)主要分SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)以及反應(yīng)劑卸料、儲(chǔ)存及蒸發(fā)系統(tǒng)，還原劑主要采用液氨、氨水或尿素，將其生成氣態(tài)NH3。
還原劑卸料儲(chǔ)存系統(tǒng)、蒸發(fā)（或分解）系統(tǒng)是將液氨、氨水或尿素存儲(chǔ)并且蒸發(fā)或分解產(chǎn)生NH3氣體進(jìn)入緩沖罐，通過(guò)控制按一定濃度輸送給SCR反應(yīng)器內(nèi)。
SCR反應(yīng)器系統(tǒng)安裝在鍋爐省煤器后及空預(yù)器前，氨噴射裝置在SCR反應(yīng)器上游的位置。其流程是煙氣在省煤器出口進(jìn)入一個(gè)垂直布置的SCR反應(yīng)器里，在反應(yīng)器里煙氣向下流過(guò)導(dǎo)流板、均流板、噴氨裝置、催化劑層，然后進(jìn)入空氣預(yù)熱器、除塵器、引風(fēng)機(jī)和FGD，最后通過(guò)煙囪排入大氣。氨是通過(guò)NH3噴射裝置注入到煙道與煙氣均勻混合進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)催化與NOX發(fā)生反應(yīng)，以降低煙氣中的NOX的濃度。
3在設(shè)計(jì)（SCR）煙氣脫硝系統(tǒng)前需要進(jìn)行的工作
3.1了解國(guó)家及地方的環(huán)保政策：我國(guó)是以火電為主的國(guó)家，燃煤發(fā)電廠是污染物排放大戶，如前面所述，隨著國(guó)家及人們的環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，由此各地區(qū)無(wú)論是原有鍋爐新建、擴(kuò)建及改建的鍋爐均有安裝脫硝系統(tǒng)可能性，因此電廠要有前瞻性，設(shè)計(jì)時(shí)留有安裝脫硝系統(tǒng)的位置，以避免進(jìn)行鍋爐的二次改造。
3.2鍋爐采用低NOX燃燒器：在準(zhǔn)備采用煙氣脫硝系統(tǒng)的同時(shí)，鍋爐應(yīng)采用低NOX燃燒器，以降低脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器的尺寸及體積，即使用催化劑數(shù)量減少，可節(jié)約脫硝系統(tǒng)的投資以及運(yùn)行費(fèi)用。
在用燃煤鍋爐不僅要對(duì)鍋爐燃燒器改造，而且要對(duì)鍋爐尾部省煤器及空預(yù)器之間的煙道進(jìn)行改造，以安裝脫硝的反應(yīng)器，這需要尾部鍋爐的省煤器、空預(yù)器等煙風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和熱能校核計(jì)算。
3.3確定還原劑：現(xiàn)在主要采用液氨、氨水及尿素，選取哪個(gè)還原劑主要是從的它的供應(yīng)價(jià)格、運(yùn)行成本、運(yùn)輸安全、存儲(chǔ)安全、供應(yīng)品質(zhì)是否有保證等進(jìn)行綜合比較。
如果采用液氨需要相關(guān)安全監(jiān)察部門的審批才能確定。GB18218-2000《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》中把氨歸為有毒物質(zhì)及危險(xiǎn)品，在生產(chǎn)場(chǎng)所如果存儲(chǔ)量大于40噸是重大危險(xiǎn)源。雖然液氨的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用與氨水、尿素相比存在一定的危險(xiǎn)性，但如果設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行管理到位是沒有問(wèn)題的。在沒有特殊的安全要求和周邊環(huán)境要求，一般依次選用液氨、氨水、尿素。
液氨、氨水、尿素綜合比較表
項(xiàng)目?jī)?nèi)容
液氨
氨水
尿素
存儲(chǔ)設(shè)備的安全防護(hù)
國(guó)標(biāo)及法規(guī)要求
需要
不需要
設(shè)備初投資
便宜
貴
貴
還原劑對(duì)人的影響
有毒
有害
無(wú)害
存儲(chǔ)條件
高壓
低壓
常壓、干燥
存儲(chǔ)方式
壓力容器（液態(tài)）
壓力容器（液態(tài)）
料倉(cāng)（固體顆粒）
還原劑費(fèi)用
較貴
便宜
略貴
NH3濃度
99.6％以上
20-30％
需水解或熱解
運(yùn)輸費(fèi)用
便宜
貴
便宜
還原劑運(yùn)輸線路
可能規(guī)定路線
可能規(guī)定路線
無(wú)
運(yùn)行費(fèi)用
單價(jià)貴，總量便宜
單價(jià)便宜，總量貴
單價(jià)便宜，總量貴
卸料操作人員
特殊培訓(xùn)、持證上崗
特殊培訓(xùn)、持證上崗
無(wú)
3.4 提供設(shè)計(jì)用的鍋爐燃用煤質(zhì)和粉塵成分：
3.4.1 鍋爐煤質(zhì)的工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳。
3.4.2 鍋爐煤質(zhì)的元素分析：碳、氫、硫、氮、氧。
3.4.3 鍋爐煤質(zhì)的微量元素分析：氯、氟、砷、鉛、汞。
3.4.4 鍋爐煤質(zhì)的發(fā)熱量及可磨性指數(shù)：高位發(fā)熱量、低位發(fā)熱量。
3.4.5灰的成分分析：SiO2、AlO3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2、SO3。
3.4.6灰熔點(diǎn)溫度：變形溫度、軟化溫度、半球溫度。
以上數(shù)據(jù)對(duì)催化劑的化學(xué)及物理壽命有影響，提供以上數(shù)據(jù)對(duì)選擇催化劑類型、成分配方的選型提供依據(jù)。
3.5 提供設(shè)計(jì)用脫硝系統(tǒng)的入口煙氣參數(shù)（省煤器出口與空預(yù)器前）
3.5.1 鍋爐不同負(fù)荷下的煙氣量和煙氣溫度
3.5.2省煤器出口煙氣污染物：煙塵濃度、NOX、HCL、HF、SO2、SO3(標(biāo)態(tài)及濕態(tài)、實(shí)際氧及6％O2)。
3.5.3省煤器出口煙氣成分：CO2、O2、N2、SO2、H2O(實(shí)際氧過(guò)量空氣系數(shù))
提供以上數(shù)據(jù)是為了對(duì)催化劑選型和反應(yīng)器的尺寸、吹灰器類型等提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
3.6對(duì)脫硝系統(tǒng)下游設(shè)備的設(shè)計(jì)考慮：鍋爐空預(yù)器需針對(duì)增加脫硝系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，空預(yù)器需安裝陶瓷換熱板，引風(fēng)機(jī)也因反應(yīng)器增加的近1000Pa（包括煙道、催化劑）的阻力進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且考慮堵塞后的阻力增加的裕度。對(duì)于原有鍋爐則進(jìn)行省煤器、空預(yù)器、煙道及引風(fēng)機(jī)改造。
3.7 確定脫硝系統(tǒng)達(dá)到的整體性能指標(biāo)
脫硝系統(tǒng)確定的性能指標(biāo)數(shù)值是根據(jù)目前鍋爐燃燒器的狀況、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、一次性投資、運(yùn)行成本進(jìn)行確定，主要是如下內(nèi)容；
3.7.1設(shè)計(jì)氮氧化物脫除率及NH3/NOx摩爾比：由于催化劑價(jià)格昂貴并且長(zhǎng)期運(yùn)行催化劑會(huì)產(chǎn)生物理?yè)p失和化學(xué)損失，需要定期進(jìn)行更換，因次確定脫硝效率及NOx排放濃度只要滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)即可，并留有安裝一層催化劑的位置，如果設(shè)計(jì)太高的脫硝效率，會(huì)增加許多的投資。目前我國(guó)的鍋爐采用低NOx燃燒器后，一般設(shè)計(jì)效率≥75％左右。
3.7.2 氨的逃逸率: 如果噴入脫硝系統(tǒng)氨未完全反應(yīng)，逃逸至鍋爐尾部煙道，會(huì)造成二次污染，并且可能產(chǎn)生NH3HSO4,堵塞鍋爐空預(yù)器，常規(guī)設(shè)計(jì)氨的逃逸量在3ppm或5ppm以下。
3.7.3要求催化劑物理壽命和化學(xué)壽命時(shí)間：反應(yīng)器中的催化劑在高溫?zé)煔鈺?huì)產(chǎn)生機(jī)械鈍化、沖刷磨損、沉積堵塞、燒結(jié)、中毒失效等情況，運(yùn)行一段時(shí)間就需要更換，因此要求催化劑的設(shè)計(jì)壽命越長(zhǎng)越好，根據(jù)催化劑的制造工藝一般設(shè)計(jì)壽命24000小時(shí)～30000小時(shí)。
3.7.4 確定SO2/SO3轉(zhuǎn)化率：在一定工況下催化劑也會(huì)將SO2轉(zhuǎn)化SO3，SO3與NH3進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，要求SO2/SO3轉(zhuǎn)化率≤1%，因此催化劑在配方成分比例有所考慮。
3.7.5 脫硝系統(tǒng)年利用小時(shí)與機(jī)組相同，脫硝設(shè)備年利用小時(shí)按5500小時(shí)考慮。
3.7.6 設(shè)計(jì)脫硝系統(tǒng)裝置可用率：一般可用率≥98%
3.7.7 設(shè)計(jì)脫硝裝置服務(wù)壽命：一般服務(wù)壽命30年。
4 脫硝系統(tǒng)催化劑和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)選型
4.1 SCR脫硝系統(tǒng)催化劑類型的選用
目前SCR催化劑有三種類型，分別為蜂窩式，板式及波紋板式，無(wú)論那種形式其含有的活性物質(zhì)比例大致如下：
活性物質(zhì)
單位
比例
V2O5
% w
6～10
WO3
% w
1～1.5
TiO2
% w
85～90
其它
% w
1～5
由于催化劑的活性配方和加工工藝、燒制工藝等技術(shù)只要少數(shù)國(guó)外公司掌握，雖然國(guó)內(nèi)也引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，但絕大部分還是需要進(jìn)口催化劑，脫硝系統(tǒng)的投資中購(gòu)買催化劑的成本占很大比例。
脫硝系統(tǒng)選取催化劑類型是根據(jù)鍋爐燃用的煤質(zhì)以及煙氣條件如SO2、O2、NOX值、煙溫、粉塵的成分（如影響催催化劑CaO、MgO堿土金屬以及重金屬）等來(lái)選擇催化劑類型，根據(jù)以上數(shù)據(jù)并調(diào)整催化劑的配方成分以及催化劑蜂窩孔徑或板徑。
三種類型催化劑的比較
項(xiàng)目
蜂窩式催化劑
板式催化劑
波紋板式催化劑
結(jié)構(gòu)形式
蜂窩網(wǎng)眼型
折板型
波紋板
加工工藝
陶制擠壓成型，整體內(nèi)外材料均勻，均有活性。
用網(wǎng)狀金屬為載體，表面涂為活性成份
用纖維做載體，表面涂為活性成份
比表面積m2/m3
大
小
中
同等煙氣條件下需要體積
小
大
大
壓力損失
一般
小
小
高灰份煙氣適應(yīng)性
一般
強(qiáng)
強(qiáng)
抗堵塞性
一般
強(qiáng)
強(qiáng)
操作性
不能疊放
可以疊放
可以疊放
抗中毒、失活
相同
相同
相同
抗腐蝕
相同
相同
相同
抗磨損
相同
相同
相同
煙溫的適應(yīng)性
290～420℃
290～420℃
290～420℃
4.2 脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)選型
4.2.1 脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器尺寸及體積確定需要考慮以下因素；
確定催化劑的層數(shù)；一般設(shè)計(jì)是按三層催化劑設(shè)計(jì)，預(yù)留安裝一層催化劑的位置，可預(yù)留最上層或最下層，現(xiàn)在預(yù)留最上層的較多，是考慮煙氣進(jìn)入反應(yīng)器的催化劑層時(shí)氣流分布更均勻。
確定反應(yīng)器截面積尺寸；催化劑組裝為模塊型，反應(yīng)器截面能將模塊裝下并且確保反應(yīng)器的煙氣流速在4～7m/s范圍，流速的選取主要取決于催化劑類型、催化劑活性、粉塵濃度、及催化劑耐磨性及防堵塞沉積等因素。
反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要考慮蜂窩式、板式、波紋板式催化劑的互換性，由于在同等條件下各個(gè)催化劑比表面積不同、活性不同，體積也不同。
考慮每層催化劑之間高度以便人員檢修、更換催化劑以及吹灰器的吹灰效果。
在反應(yīng)器的具有代表性的位置設(shè)置催化劑的采樣塊。
根據(jù)催化劑的空速和面速來(lái)確定反應(yīng)器中的催化劑體積，使NOX與催化劑有一定的煙氣停留時(shí)間和催化反應(yīng)時(shí)間。
4.2.2脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器氣流分布及噴氨裝置（格柵或渦流混合器）的設(shè)計(jì)：這是反應(yīng)器設(shè)計(jì)比較主要的環(huán)節(jié)。一般要求在反應(yīng)器第一層催化劑的上部截面的平均速度最大標(biāo)準(zhǔn)偏差±15%；氨/氮摩爾比的最大標(biāo)準(zhǔn)偏差±10%；溫度的最大偏差±10℃。一般通過(guò)導(dǎo)流板、整流格柵等調(diào)整手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。
導(dǎo)流板、整流格柵等煙氣調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)和位置通過(guò)相應(yīng)軟件模擬計(jì)算和小型模型試驗(yàn)來(lái)確定。
4.2.3設(shè)置吹灰器和灰斗；反應(yīng)器設(shè)置高粉塵區(qū)域，每層催化劑均置吹灰器，吹灰器有聲波吹灰器和蒸汽吹灰器。為防止蒸汽吹灰器故障造成蒸汽或凝結(jié)水對(duì)催化劑產(chǎn)生負(fù)面影響，所以選擇聲波吹灰器相對(duì)多一些。
根據(jù)飛灰量在反應(yīng)器底部或反應(yīng)器煙道拐彎處設(shè)置灰斗，收集的飛灰一般并入干除灰系統(tǒng)輸送。
4.2.4 確定是否安裝脫硝系統(tǒng)旁路煙道：脫硝系統(tǒng)設(shè)置有煙氣旁路煙道和省煤器高溫旁路煙道。
4.2.4.1 設(shè)置煙氣旁路煙道的作用；
鍋爐運(yùn)行時(shí)隔離反應(yīng)器在線檢修。
條件不具備投入脫硝系統(tǒng)時(shí)可節(jié)約引風(fēng)機(jī)的電耗。
鍋爐低負(fù)荷。
冷啟動(dòng)時(shí)不使催化劑受到損害。
4.2.4.2 設(shè)置省煤器旁路作用；
鍋爐低負(fù)荷由于催化劑反應(yīng)溫度低從省煤器旁路引入高溫?zé)煔饧右曰旌咸釡貪M足催化劑的反應(yīng)溫度。
已安裝的SCR脫硝系統(tǒng)基本不設(shè)置旁路煙道主要考慮以下因素：
a在鍋爐正常運(yùn)行條件下，脫硝系統(tǒng)不運(yùn)行，停止噴氨煙氣，煙氣穿過(guò)催化劑沒有任何影響。
b維護(hù)或更換催化劑盡可能與鍋爐停爐檢修同時(shí)進(jìn)行。
c設(shè)置旁路煙道的會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題如布置難度加大；鍋爐煙道鋼結(jié)構(gòu)的承重；旁路擋板堵塞等問(wèn)題。
d 脫硝系統(tǒng)旁路煙道一般是50％負(fù)荷的小煙道，真正脫硝系統(tǒng)出問(wèn)題，煙氣走旁路鍋爐也帶不了滿負(fù)荷。
4.3 存儲(chǔ)、卸料及蒸發(fā)系統(tǒng)
發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)所使用的液氨、氨水、尿素（有水解或熱解裝置）在化工企業(yè)是作為基本化工原料，脫硝系統(tǒng)的存儲(chǔ)及卸料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本可參照化工企業(yè)，還原劑存儲(chǔ)及卸料系統(tǒng)地點(diǎn)要遠(yuǎn)離機(jī)組及人員聚集的地方，有良好通風(fēng)條件，滿足國(guó)家安全監(jiān)察部門的規(guī)定要求。
總之，燃煤發(fā)電廠脫硝裝置的設(shè)計(jì)選型是脫硝系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，并同時(shí)抓好設(shè)備選型、運(yùn)行管理、安全措施等，使我們?nèi)济弘姀SSCR脫硝系統(tǒng)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。
目前我國(guó)的電站鍋爐逐步安裝脫硝系統(tǒng)，尤其大唐國(guó)際發(fā)電股份公司所屬北京地區(qū)的電廠在舉辦奧運(yùn)會(huì)前基本安裝完畢，在對(duì)原有鍋爐改造安裝脫硝系統(tǒng)，在工程中摸索總結(jié)出許多的經(jīng)驗(yàn)。
