SCR 脱硝技术在广州恒运热电厂300MW
机组上的应用
刘学军
( 广州恒运集团公司, 广东广州510730)
摘要: 近年来国家环保总局已批复20 个左右的电厂要求安装烟气脱硝装置, 采用的工艺有SCR、SNCR和SNCR+SCR 组合, 但使用较多的还是SCR 工艺。结合广州恒运热电厂的SCR 脱硝项目, 介绍了SCR 工艺的原理、流程、技术特点和运行成本分析等, 阐述了SCR 工艺具有技术成熟、运行易于控制、安全可靠、脱硝率高、运行成本比较低等优点, 针对SCR 工艺存在的空气预热器积盐堵塞提出了预防措施: ( 1) 降氨气逃逸量, 严格控制在3×10- 6 以下; ( 2) 采用低SO2/SO3 转化率的脱硝催化剂; ( 3) 降低飞灰含碳量;( 4) 选择合适的空气预热器和吹灰系统; ( 5) 采用低过量空气燃烧方式。
关键词: 火电厂; 烟气脱硝; SCR 脱硝; 氨气; 蒸汽吹扫
中图分类号: X51 文献标识码: B 文章编号: 1004-9649( 2006) 03-0086-04
收稿日期: 2005-08-25; 修回日期: 2005-12-25
作者简介: 刘学军( 1968-) , 湖南临武人, 工程师, 从事电厂大气污染控制技术工作。E-mail:wenxygz@163.com
广州恒运热电厂扩建2 台300MW燃煤发电机
组, 根据国家环境保护总局环审[ 2005] 292 号文件
要求, 该项目要同步建设烟气脱硫和脱硝装置, 配套的烟气脱硝工艺是引进德国鲁奇能捷斯集团的选择性催化还原法( SCR) 全烟气脱硝。
1 脱硝原理
脱硝装置采用高尘布置的方式: SCR 反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间。在反应器中, 喷入的氨气与烟气中NOx 在催化剂和280～420 ℃温度作用下, 发生如下脱硝反应:
4NO+ 4NH3 +O2 = 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 +O2 = 3N2 + 6H2O
6NO+ 4NH3 = 5N2 + 6H2O
6NO2+ 8NH3 = 7N2 + 12H2O
脱硝产物是气态N2 和H2O, 随烟气排向大气,不会造成二次污染。
2 工艺流程及设计参数
2.1 工艺流程
每台300 MW 机组配置2 个脱硝反应器, 2台300 MW 机组共用1 套氨系统, 其工艺流程见
图1。
烟气从锅炉省煤器出来后分2 路, 每路烟气进入一个脱硝反应器, 在反应器中完成脱硝反应, 进入空气预热器, 经脱硫、除尘烟气净化处理后排入大气。每个脱硝反应器设有旁路, 烟气可以从省煤器出来后经旁路直接进入空气预热器。
脱硝用的氨气是由液氨储存罐中液氨经加热蒸发产生的浓氨气, 与稀释空气风机送来的风在混合器中稀释混合后, 喷入脱硝反应器。
脱硝反应器中采用蜂窝状催化剂, 这种催化剂比表面积大, 有利于氨气与烟气中的氮氧化物进行充分反应。由于脱硝反应器采用高尘布置, 运行中在催化剂表面会积灰, 必须采用蒸汽定期吹扫。每层催化剂都布置蒸汽吹扫装置, 吹扫蒸汽取自锅炉吹扫蒸汽系统。
2.2 设计参数
300MW机组脱硝系统设计参数如表1 所示。
3 运行控制
3.1 氨气投加控制
液氨经过加热器蒸发产生氨气, 在混合器中被空气稀释成氨气体积分数为5%的气体, 喷入反应器中进行脱硝反应, 稀释的氨气质量浓度是根据纯氨气给料来控制的。氨气投加量根据反应器进出口NOx 质量浓度差来调整控制, 氨气系统设有反应器低温、高温保护以及反应器进出口压差保护, 当温度低于280 ℃或高于420 ℃时, 氨气停止投加; 当反应器进出压差超过设定值时, 氨气也要停止投加。
3.2 吹灰控制
吹灰采用蒸汽吹扫方式, 吹灰频率根据反应器进出压差来调整控制。
4 工艺特点
4.1 无固体废物和废水产生
氨与烟气中的氮氧化物在催化剂作用下完成脱硝反应, 反应产物是气态N2 和H2O, 随烟气排向大气。反应过程在气相中进行, 反应温度为280～420 ℃, 无水参与反应, 也没有气态水冷凝。所以,SCR 烟气脱硝工艺无固体废物和废水产生。
4.2 脱硝反应充分、氨气逃逸少
反应器壳体为长方体, 垂直布置, 烟气沿垂直方向自上而下流至空气预热器。在壳体内水平布置多层蜂窝状催化剂, 烟气沿催化剂孔隙穿流而过, 这样使烟气在反应器内均匀布置。氨气从反应器进口喷入, 随烟气经过反应器入口导流板、均流器后, 进入催化剂层, 使氨气在烟气中混合均匀。氨气与烟气中的氮氧化物充分接触, 反应完全, 脱硝率高达80%以上; 残留氨气少, 可控制氨气逃逸率在3×10-6 以下。
4.3 与主机锅炉联系密切
反应器布置在省煤器与空气预热器之间, 设有旁路, 可以实现SCR 烟气脱硝装置的在线检修和催化剂更换。从结构上讲, 支撑脱硝装置的钢架与锅炉钢架连在一起, 而且, 脱硝装置的运行与主机锅炉运行也密切相关, 因此, 控制系统可以做在一起, 这样使运行管理既方便又安全可靠。
4.4 催化剂要定期更换
反应器中催化剂长时间运行后, 催化反应的效能会慢慢下降, 直至失效。SCR 烟气脱硝装置运行引起催化剂失效原因有化学和物理2 个方面因素。
煤在锅炉中燃烧会产生重金属, 随烟气进入脱硝反应器, 与催化剂发生置换反应, 引起催化剂化学中, 这是化学方面的原因。催化剂表面积灰, 也会引起失效, 这就是物理方面的原因。
4.5 工艺简单、易于控制
在锅炉左侧、右侧排烟各装1 个反应器, 2 台锅炉共4 个反应器, 4 个反应器共用1 套氨气系统, 工艺简单。脱硝反应过程仅需要投加氨气, 运行中定期吹灰, 加氨和吹灰比较容易控制。
5 运行中注意事项
5.1 防止空气预热器积盐堵塞
氨气是碱性物质, 与烟气中的酸性物质发生中和反应生成盐类物质, 如硫酸氢铵、硫酸铵等。
SO2+1/2O2=SO3
NH3+SO3+H2O=NH4HSO4
2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4
化学反应产物随烟气进入空气预热器后, 烟气与冷空气发生热交换, 温度降低, 达130 ℃, 硫酸氢铵、硫酸铵在空气预热器换热板上冷凝析出晶体物质与烟尘粘结一起沉积在空气预热器, 造成空气预热器堵塞。防止堵塞主要措施有: ( 1) 降低氨气逃逸量,严格控制在3×10-6 以下; ( 2) 采用低SO2/SO3 转化率的脱硝催化剂; ( 3) 降低飞灰含碳量; ( 4) 选择合适的空气预热器和吹灰系统; ( 5) 采用低过量空气燃烧方式。
5.2 防止氨气爆炸和泄漏
氨是有毒、有气味、爆炸性物质, 熔点- 77.75 ℃,


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