SCR脱硝技术在燃煤热电厂的应用

摘 要:针对我国燃煤热电厂100MW机组烟气脱硝环保项目,综述了SCR脱硝技术工艺原理,系统流程,并结合实际应用工程,对SCR脱硝技术进行说明。

关键词:烟气脱硝 SCR 催化剂

中图分类号:TM1 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-037-01

随着我国经济的快速发展,电力需求量越来越大,由于我国的电厂主要是以燃煤为主,从而带来了大量气体污染物的排放。燃煤电厂排放的气体污染物主要是硫氧化物和氮氧化物,SCR 是当前世界上公认的成熟控制氮氧化物技术,把氮氧化物还原成氮气,以达到减少氮氧化物排放的目的。

1SCR烟气脱硝技术工艺原理

烟气流经高低温省煤器后从低温省煤器下部适当位置引出进入SCR反应器,通过催化剂在含氧气氛下,以氨作为还原剂注入含NOX的烟气中,在金属催化剂的作用下,NOX被还原成N2和H2O,从而去除烟气中的NOx。

在绝大多数锅炉的烟气中,NO2体积分数只占NOx总量的很小一部分,在没有催化剂存在的情况下,这些反应只能在很窄的温度范围内进行,通过选择合适的催化剂,可以降低反应温度,并能保持比较高的脱硝效率。

化学反应原理:4NO+4NH3+O24N2+6H2O

6NO+4NH35N2+6H2O

2SCR烟气脱硝技术系统组成及工艺流程

SCR脱硝系统由三个子系统组成:SCR反应器及辅助系统,氨储存及处理系统,氨注入系统。

SCR工艺流程:还原剂(氨)用罐装卡车运输,以液体形态储存于氨罐中;液态氨在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化;气化的氨和稀释空气混合,通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中;充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中反应,利用催化剂将烟气中的NOx转化为氮气和水,去除NOx。

工艺流程如下图

3工程应用

北京高井热电厂始建于1959年,1974年全部竣工,为满足北京市环保要求,在降低NOx排放方面,高井热电厂先后在1～8号锅炉上采用了低NOx燃烧器,从一定程度上降低了NOx排放,为进一步降低NOx污染物的排放,高井热电厂600MW机组1～8号锅炉采用SCR烟气脱硝技术降低锅炉NOx排放,我公司主要承担了#7、8炉脱硝工程及#1~4炉和#7、8炉催化剂供货。

性能指标:NOx脱除效率:80% ;NH3逃逸率:3ppm;

SO2/SO3转化率:1%;压力损失(阻力):1000pa。

4设计特点

4.1反应器设计

建立了SCR反应器试验系统并进行物理模化试验,利用计算流体动力学(CFD)软件进行了数值模拟计算,优化反应器系统的设计结构,选择设计了倾斜顶结构反应器;

在脱硝系统与锅炉连接的进出口,设计加装折流板和导流板的方案,改善入口的浓度场和速度场分布,锅炉引出口的烟气流场较为合理,从而降低局部阻力;

对还原剂混合技术进行了试验测定,设计采用的还原剂加入方式和混合装置可以使反应器内有效截面上还原剂浓度标准偏差减小。

4.2烟道设计

烟道弯头采用了弧形结构和导流板,烟道均采用了长方形水平布置,避免两相流动不均并减少烟气流动阻力;

4.3催化剂设计、选取

设计选取蜂窝式催化剂,在同样比表面积量要求的条件下,可以减少催化剂使用量;该催化剂适用于锅炉含高烟尘的烟气,具有低-中等的SO2的氧化活性,通过对燃煤机组上的催化剂性能测试,SO2的氧化率都低于保证值。

4.4省煤器改造设计

根据SCR脱硝系统对温度窗的要求,综合考虑设计原则中各方面因素的影响进行了热力计算,给出了准确的低温省煤器切除比例,计算结果中给水温度变化与设计值相同,入口烟温为450℃时,出口烟温为360℃,能够满足SCR的运行要求;

改造设计方案优化汽水系统参数,提高加脱硝装置后机组运行的经济性。

5工程创新点

为了满足该工程脱硝系统的良好运行,以尽可能低的压损达到最佳的氨/烟气混合效果及进入催化剂层的最佳流动效果,在反应器及其烟道系统的设计中,引进了SCR三角翼专利技术,采用CFD数值计算辅助设计,并进行物理模型试验来优化设计。

(1) 氮氧化物(NOx)与氨(NH3)充分混合,混合距离短,混合后烟气进入反应器的速度最大偏差为平均值的5%;

(2) 混合后烟气进入催化剂前流动均匀,混合后烟气流向垂直于催化剂表面,即烟气入射催化剂的最大角度(与垂直方向的夹角)在0度以下;

(3) 能够同时实现NH3、NOx、温度和灰分的均匀分布,温度最大偏差:平均值的0℃

(4) 混合系统具有优越的变负荷调节能力;

(5) 混合系统具有很高的防堵塞性能。

6结语

综上所述,SCR脱硝技术,是高效烟气脱硝的主流技术,不仅能达到环保排放指标,还以尽可能低的压损达到最佳的氨/烟气混合效果及进入催化剂层的最佳流动效果,从而保证了NOx的排放量。考虑到国内现有环保排放标准和经济发展的水平,在现阶段采用SCR烟气脱硝技术是一种更为经济和合理的选择。

参考文献:

[1]宣小平,姚强等.选择性催化还原法脱硝研究进展[J].Vo1.25No.3 Jul.2002.

[2]孙克勤,钟秦.火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].北京:化学工业出版社, 2006.