脱硝装置SCR区运行操作培训教材20汇总Word文件下载.docx
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二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。
降低NOx排放主要有两种措施。
一是控制燃烧过程中NOx的生成,即低NOx燃烧技术;
二是对生成的NOx进行处理,即烟气脱硝技术。
●低NOx燃烧技术
为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原则为:
(1)降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺氧条件下燃烧;
(2)降低燃烧温度,防止产生局部高温区;
(3)缩短烟气在高温区的停留时间等。
低NOx燃烧技术主要包括如下方法。
空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。
低氮燃烧技术的脱硝效率仅有25~40%,#4炉在大修期间将进行低氮燃烧器改造。
单靠这种技术已无法满足日益严格的环保法规标准。
●烟气脱硝技术
由于炉内低氮燃烧技术的局限性,对于燃煤锅炉,采用改进燃烧技术可以达到一定的除NOx效果,但脱除率一般不超过60%。
使得NOx的排放不能达到令人满意的程度,为了进一步降低NOx的排放,必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。
目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法三类。
其中干法包括选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(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。
就目前而言,干法脱硝占主流地位。
其原因是:
NOx与SO2相比,缺乏化学活性,难以被水溶液吸收;
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,主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)。
我厂二期采用干法选择性催化还原法(SCR)脱硝技术。
第二节烟气脱硝SCR装置流程及生产原理
在众多的脱硝技术中,选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高,最为成熟的脱硝技术。
其NOx的脱除率可达到80~90%。
SCR方法已成为目前国内外电站脱硝比较成熟的主流技术。
如图1所示,我厂采用选择性催化还原法(SCR)脱硝系统,脱硝还原剂的有效成份为NH3。
SCR技术是还原剂(NH3)在催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2所氧化,故称为“选择性”。
烟气脱硝SCR系统流程图:
图1、烟气脱硝SCR系统流程图
SCR系统包括催化剂反应器、氨储运系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。
SCR工艺的核心装置是脱硝反应器,有水平和垂直气流两种布置方式,如图2所示。
在燃煤锅炉中,烟气中的含尘量很高,#4炉采用垂直气流方式。
(a)垂直气流(b)水平气流
图2、反应器布置方式
按照催化剂反应器在烟气除尘器之前或之后安装,可分为“高飞灰”或“低飞灰”脱硝。
采用高尘布置时,SCR反应器布置在省煤器和空气预热器之间。
优点是烟气温度高,满足了催化剂反应要求。
缺点是烟气中飞灰含量高,对催化剂防磨损、堵塞及钝化性能要求更高。
对于低尘布置,SCR布置在烟气脱硫系统和烟囱之间。
烟气中的飞灰含量大幅降低,但为了满足温度要求,需要安装烟气加热系统,系统复杂,运行费用增加,故一般选择高尘布置方式。
●脱硝的基本反应方程式:
4NO+4NH3+O2--→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3---→2N2+3H2O
●影响SCR脱硝因素:
在SCR系统设计中,最重要的运行参数是烟气温度、烟气流速、氧气浓度、SO3浓度、水蒸汽浓度、钝化影响和氨逃逸等。
烟气温度是选择催化剂的重要运行参数,催化反应只能在一定的温度范围内进行,同时存在催化的最佳温度,这是每种催化剂特有的性质,因此烟气温度直接影响反应的进程;
而烟气流速直接影响NH3与NOx的混合程度,需要设计合理的流速以保证NH3与NOx充分混合使反应充分进行;
同时反应需要氧气的参与,当氧浓度增加催化剂性能提高直到达到渐近值;
氨逃逸是影响SCR系统运行的另一个重要参数,实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射进入系统,反应后在烟气下游多余的氨称为氨逃逸,NOx脱除效率随着氨逃逸量的增加而增加,在某一个氨逃逸量后达到一个渐进值;
另外水蒸气浓度的增加使催化剂性能下降,催化剂钝化失效也不利于SCR系统的正常运行,必须加以有效控制。
▲烟气温度:
脱硝一般在280℃~410℃范围内进行,此时催化剂活性最大。
所以SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间。
▲飞灰特性和颗粒尺寸:
烟气组成成分对催化剂产生的影响主要是烟气粉尘浓度、颗粒尺寸和重金属含量。
粉尘浓度、颗粒尺寸决定催化剂节距选取,浓度高时应选择大节距,以防堵塞,同时粉尘浓度也影响催化剂量和寿命。
某些重金属能使催化剂中毒,例如:
砷、汞、铅、磷、钾、钠等,尤以砷的含量影响最大。
烟气中重金属组成不同,催化剂组成就不同。
▲烟气流量:
NOx的脱除率对催化剂影响是在一定烟气条件下,取决于催化剂组成、比表面积、线速度LV和空速SV。
在烟气量一定时,SV值决定催化剂用量。
LV决定催化剂反应器的截面和高度,因而也决定系统阻力。
▲中毒反应:
在脱硝同时也有副反应发生,如SO2氧化生成SO3,氨的分解氧化(>
450℃)和在低温条件下(<
280°
C)SO2与氨反应生成NH4HSO3。
而NH4HSO3是一种类似于“鼻涕”的物质会附着在催化剂上,隔绝催化剂与烟气之间的接触,使得反应无法进行并造成下游设备堵塞。
催化剂能够承受的温度不得高于420℃,超过该限值,会导致催化剂烧结。
▲氨逃逸率:
氨的过量和逃逸取决于NH3/NOx摩尔比、工况条件、和催化剂的活性用量。
应控制在3ppm以内。
▲SO3转化率:
SO2氧化生成SO3的转化率应控制在1%以内。
▲催化剂结构型式:
脱硝装置中脱硝催化剂采用了结构形式上最常见的蜂窝型。
蜂窝型催化剂的特点:
表面积大,体积小,机械强度大、阻力较大。
▲防爆:
SCR脱硝系统采用的还原剂为氨(NH3),其爆炸极限(在空气中体积%)15%~28%,为保证氨(NH3)注入烟道的绝对安全以及均匀混合,需要引入稀释风,将氨浓度降低到爆炸极下限以下,一般应控制在5%以内。
第三节催化剂还原剂的选择
SCR系统中的重要组成部分是催化剂,当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。
平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成;
蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型;
波纹状催化剂外形如起伏的波纹,从而形成小孔。
加工工艺是先制作玻璃纤维加固的TiO2基板,再把基板放到催化活性溶液中浸泡,以使活性成份能均匀吸附在基板上。
各种催化剂活性成分均为WO3和V2O5。
对于SCR工艺,选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。
我厂采用纯氨法是将液氨在蒸发槽中加热成氨气,然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含量为5%的混合气体后送入烟气系统。
第四节SCR装置的工艺流程
SCR区工艺流程:
自脱硝剂制备区域来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合。
氨的爆炸极限(在空气中体积%)15%~28%,为保证安全和分布均匀,稀释风机流量按100%负荷氨量的1.15倍对空气的混合比为5%设计。
氨的注入量控制是由SCR进出口NOx,O2监视分析仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量(由燃煤流量换算求得)来控制的。
为保证氨不外泄,稀释风机出口阀设有故障连锁关闭,并发出故障信号。
混合气体进入位于烟道内的氨注入格栅,在注入格栅前设有手动调节阀和流量指示,在系统投运初期可根据烟道进出口检测NOx浓度来调节氨的分配量,调节结束后可基本不再调整。
混合气体进入烟道通过氨/烟气混合器再与烟气充分混合,然后进入SCR反应器,SCR反应器操作温度可在320℃~410℃,SCR反应器的位置位于省煤器与空预器之间,温度测量点位于SCR反应器前的进口烟道上,出现320℃~410℃温度范围以外的情况时,温度信号将自动连锁关闭氨进入氨/空气混合器的快速切断阀。
在SCR反应器内氨与氧化氮反应生成氮气和水,反应方程式如下:
4NO+4NH3+O2→6H2O+4N2
NO+NO2+2NH3→3H2O+2N2
反应生成水和氮气随烟气进入空气预热器。
在SCR进口设置NOx,O2、烟气温度监视分析仪,在SCR出口设置NOx,O2、NH3监视分析仪。
NH3监视分析仪监视NH3的逃逸浓度小于3ppm,超过则报警。
在氨气进装置分管阀后设有氮气预留阀及接口,在停工检修时用于吹扫管内氨气。
SCR内设置吹灰器,吹扫介质为蒸汽,脱硝装置的吹灰器采用耙式吹灰器。
吹扫根据SCR压差以及运行周期决定。
第二章SCR脱硝装置设备规格
●本工程SCR脱硝设计条件
SCR入口烟气参数
序号
项目
单位
工况(设计煤)
BMCR
100%THA
1
体积流量(湿态)
Nm3(wet)/h
2
省煤器出口处烟气温度
℃
3
省煤器出口处烟气压力
Pa
4
O2
Vol-%(dry)
5
CO2
6
N2
7
SO2
8
H2O
Vol-%
SCR入口烟气中污染物成分(标准状态,干基,含氧量6%)
数据
烟尘浓度
g/Nm3
NOx(以NO2计)
mg/Nm3
450
SO3
主要性能指标
项目名称
单位
数据
总压损(含尘运行)
·
催化剂
全部烟道
NH3/NOx
mol/mol
NOx脱除率,性能验收期间
%
NOx脱除率,加装附加催化剂前
-装置可用率
%
消耗品
-纯氨(规定品质)
t/h
-工业水
-电耗(所有连续运行设备轴功率)
kW
-压缩空气
m3/h
-蒸汽
-其他N2
m3/年
SCR出口污染物浓度(6%O2,标态,干基)
-NOx
-SO2
-SO3
-HCl以Cl表示
-HF以F表示
-烟尘
-NH3
ppm
噪音等级(最大值)
-设备(距声源1米远处测量)
dB(A)
●脱硝设备规格
1反应器:
编号:
(待定)
形式:
气流垂直流向固定床
数量:
2台/锅炉
瞬间防爆设计压力:
±
9800Pa
设计温度:
365°
C
催化剂层数:
2层+预备层
催化剂支承结构:
框架
基本尺寸:
7.98m×
11.58m×
10.6m(L×
W×
H)
材质:
Q235
1.1反应器本体:
1.1.1反应器本体是脱硝装置最重要的部分,外型为矩形立方体,四壁为侧板,并形成壳体,催化剂分2层布置在壳体内。
另外设置了一个预备层。
1.1.2烟气中的氮氧化物(NOx)与在反应器的上游注入的氨气(NH3)一起通过催化剂层,并将(NOx)分解为水汽(H2O)和氮气(N2)。
1.1.3为了使反应器内的烟气均匀流过催化剂层,在烟气进口处设置了导流板,在催化剂层的上方设整流装置。
1.1.4反应器内的催化剂框架底部,设有烟气密封的结构。
1.1.5反应器本体有足够的强度,可充分地承受催化剂重量、自重和内部压力等负荷。
1.1.6反应器会因烟气温度升高而引起热膨胀。
所以在支承反应器的钢支架上,设有可滑动的支座,以消除膨胀引起的内应力。
1.2催化剂搬出入装置:
1.2.1.催化剂预先在催化剂供应商工厂装入框篮内,成组件后运到现场。
催化剂框篮用专用吊具搬运。
1.2.2.催化剂框篮运到触媒起吊口下部时,先用吊(铲)车将催化剂框篮放吊至反应器出入口所在的平台,再用临时设置的水平滚道送到壳体出入口的内侧。
通过反应器内单轨横行的手动葫芦,将催化剂框篮送进反应器内指定的位置。
1.2.3.脱硝吹灰器
每层反应器设置了3台脱硝吹灰器,在检修平台上设有吹灰器支吊。
吹灰器主要参数:
型号:
RK-AT
行程(mm):
2900
吹扫角度:
垂直向下
吹灰管行走速度(m/min):
0.5
吹灰管旋转速度(rpm)-
吹扫时间(s):
678
工作时间(s):
698
蒸汽耗量(kg/min)(单台):
~105
电动机型号:
M2QA90L6A
功率(kW):
1.1
转速(rpm):
900
绝缘等级:
F
防护等级:
IP55
吹扫压力(MPa)(表压):
-----
汽源接口法兰口径:
DN100
反应器开孔直径:
168
1.3催化剂:
1.3.1催化剂单元的形状尺寸如下:
平板式催化剂参数如下:
每一机组的反应器数量:
2
催化剂床层数:
3(初装2层)
催化剂类型:
平板式
催化剂基材:
不锈钢
尺寸板厚mm:
0.7~0.8
开孔(opening)mm:
-
孔间距(pitch)mm:
6.3~6.0
催化剂单元截面长度mm:
464x464
催化剂单元长度mm:
500~550
物理性质催化剂单元截面尺寸mm×
mm:
464x464
催化剂单元的高度mm:
孔数:
几何比表面积m2/m3:
314~331
孔体积cm3/g:
0.25-0.3
密度kg/m3:
500
重量比表面积m2/g:
70-80
轴向抗压强度:
kg/cm2---;
径向抗压强度:
kg/cm2-----
耐磨强度:
---
催化剂模块:
每一模块的催化剂元件数:
16
模块截面尺寸mm×
1882x954
模块高度mm:
1220~1320
每一层的模块阵列:
6x8
模块重量吨/模块:
1.3
每台反应器中的催化剂量m3:
169.5
每一机组中的催化剂量m3:
339
每层的压降Pa:
170
初装两层的压降Pa:
340
最终装三层的压降Pa:
510
比速度(SV)h-1:
3435
线速度(LV)m/s:
4.9
操作温度℃:
404
最高允许温度℃:
420
最低允许温度℃:
320
1.3.2催化剂框篮的尺寸、数量
形式钢板制、矩形
数量:
198个/台炉
尺寸:
1882mm×
954mm×
1220~1320mm(L×
材质:
Q235
2.烟气整流装置
设置部位在反应器进口处支撑樑内形式方形钢管平列式。
3.注氨装置
3.1氨-空气混合器
型式:
圆筒型
1个/台反应器
20
尺寸:
φ325×
8mm
3.2注氨喷嘴
节流孔板内置喷射扩散式
324只/台反应器
1Cr18Ni9Ti
孔径:
φ12mm
3.3注入管
棋盘孔排列喷嘴型
54根/台反应器
φ89
4.稀释风机
每台炉稀释风机按二用一备(或一运一备)配置,具体参数如下:
风机型号:
2985A/220
风机入口容积流量Nm3/h:
3500
风机入口质量流量kg/h:
4200
风机出口全压Pa:
8150
风机出口静压Pa:
7500
风机轴功率kW:
10
风机全压效率%:
79%
风机转速r/min:
2930
第三章脱硝SCR区装置开、停工及正常操作
由于#4炉SCR装置不设旁路烟道,即使未启动本装置,烟气仍要通过;
SCR装置的启动和投运是指打开氨气阀门,使氨进入烟气内,装置开始对烟气进行脱硝处理。
SCR烟气脱硝装置在现场正确安装后,必须按照所提供的调整试运行大纲规定进行严格的调整和试运行,只有在试运行测试项目全部合格通过后,本装置才允许正式投入运行。
1.试运行准备
试运行前,氨系统已经通过1.5倍水压试验、系统管路的吹扫合格、系统的严密性试验合格。
1.1巡检时的一般注意事项
对装置各部进行巡检时,为了防止灾害,务必注意以下各项危险源:
1.1.1巡检人员进入烟道时,为防止发生缺氧事故,应使用氧气浓度计。
确认烟道内空气中氧含量在18%以上。
●巡检人员进入反应器等密闭部位时,也要注意缺氧。
必须用氧气浓度计检测。
确认氧在含量18%以上才可进入。
另外,在单人进入内部时,必须有另一人在外部监视,以防不测。
绝不容许单人进入任何密闭容器或烟道内。
1.1.2必须确认氨,氮,蒸气等管道的阀门已全部关闭。
●氨系统泄漏的氨有引起爆炸的可能.氨系统的周围必须挂出“严禁烟火”标志。
●氨气是有毒气体。
在泄漏场合,工作人员接触和吸入氨气会危害身体,甚至导致死亡。
所以内部巡检前,必须确认氨气的阀门已经关闭,氨气源(氨切断阀后)处用盲板隔绝,并且内部环境包括混合气体管道空气已经氮气置换更新。
●设备内部巡检时,氮气流出时会导致局部缺氧的重大危险事故。
巡检前必须确认氮气阀门已经关闭(氮气系统与本体脱开),内部环境中氧气浓度﹥18%。
1.1.3进入烟道内部,会遇到飞灰。
必须戴上防护眼罩和口罩。
●注意烟道内有的地方存在高温积灰,可能引起烧伤事故.所以必须在充分冷却后,再打开人孔门进入内部巡检。
1.2反应器及烟道
在反应器内巡检时,必须查明,催化剂表面有无异物及催化剂周围的密封材料是否正常。
●反应器及烟道内不设巡检用的专用平台,在内部巡检时有可能造成跌落和碰撞。
所以在内部巡检时,必须设置临时的照明,必要时设临时脚手架在可能跌落的地方设置临时安全扶手。
1.3确认管路内已彻底清洁
氨气、稀释空气、氮气、仪表空气及其它公用设施管道内,不允许有垃圾、焊渣,飞溅等杂物存在。
在管路装好后,必须用气体吹扫管道,并确认已彻底清洁干净。
1.3.1氨系统检漏试验的确认
氨管路系统必须进行规定的耐压试验,确认没有泄漏。
1.3.2烟道的人孔
烟道的人孔开启过后,必须确认已经完全可靠关闭。
●关闭烟道的人孔时,必须仔细查看确认内部确实无人后再关闭。
另外,人孔门锁紧力不足时会引起烟气泄漏和中毒事故,必须可靠关紧。
在运行时必须经常巡检有无泄漏。
特别在初次投运时,应随时拧紧人孔门以制止泄漏。
1.3.3注氨喷嘴
烟道内注氨喷嘴,将能均匀地向烟道内注入氨气。
要保証喷嘴孔不堵塞,应通过注入处附近的平衡压力表加以检查和确认。
注:
在停止注氨而锅炉未停止运行时,应确保稀释风机正常运行,以免引起注氨喷嘴的堵塞。
1.4阀的检查
1.4.1所有调节阀(用于调节NH3、流量、稀释空气流量等),应先做好动作检查,开关应灵活、可靠、有效。
1.4.2手动阀也必须检查开关动作是否灵活。
1.4.3调节阀必须有优异的技术性能,调节灵活可靠、寿命长。
1.5公用管路的检查:
氨气、氮气、仪表空气、稀释空气等各公用管路的管道安装的正确性,并检查管内压力,应确认与设计值一致。
1.6氨管路的检查(见巡检检查项目)
1.7供氨管路中,控制用的仪表空气的供给,必须确认无异常。
1.8电源及操作程序的确认
1.8.1电源:
注意防止触电。
需要检查端子时,必须将电源切断。
1.8.2必须确认装置的动作状况与顺序处于正常状态。
1.9设备的动作试验
要确认分析仪器(指进、出口的NOx分析仪,NH3分析仪)的动作处于常态。
仪表、电气及自动化的详细操作见仪表、电气及自动化装置相关说明书。
试运行前必须保证上述仪表、电气及自动化装置已进入正常工作状态。
2.试运行
2.1运行时的注意事项
设备运行时,必须注意以下各点:
2.4.1脱硝装置的启,停控制应执行自动化操作方式。
2.4.2不用手直接接触装置的转动部
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