脱硝系统原理、运行与控制.ppt

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1、脱硝系统原理、运行与控制,二O一二年三月,目录,第一章 SCR脱硝第一节 SCR脱硝的工作原理第二节 SCR脱硝系统的脱硝效率如何控制第三节 SCR脱硝设施安装应注意的问题第四节 SCR脱硝系统的常见故障及处理第五节 液氨区的设施运行、维护、安全管理第二章 低氮燃烧器第一节 低氮燃烧器的工作原理第二节 低氨燃烧器设计时应注意事项第三节 低氮燃烧器对节能的影响第四节 低氮燃烧器控制,第一节 SCR脱硝系统工作原理,SCR脱硝系统就是用氨气与烟气中的氮氧化物在催化剂的环境下进行反应，生成氮气和水。反应主要的因素有：氨气、催化剂、化应时的温度。反应的外在因素主要：氨气与氮氧化物在催化剂时反应时间、氨

2、气与氮氧化物的混合程度、催化剂的活性、烟气的粉尘含量。一、反应的化学方程式 4NH3+4NO+O24N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2 3N2+6H2O,第一节 SCR脱硝系统工作原理,SCR的设备布置图,SCR脱硝系统的副反应：选择性反应意味着不应发生氨和二氧化硫的氧化反应过程。然而在催化剂的作用下,烟气中的一小部分SO2 会被氧化为SO3,其氧化程度通常用SO2/SO3 转化率表示。在有水的条件下,SCR 中未参与反应的氨会与烟气中的SO3 反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4)与硫酸铵(NH4)2SO4)等一些不希望产生的副产品。其副反应过程为:2SO2+1/2O2 2SO3 2NH3

3、+SO3+H2O(NH4)2SO4 NH3+SO3+H2O NH4HSO4 所以我们选择了SCR选择性催化还原法。但严格控制氨的逃逸率。,第一节 SCR脱硝系统工作原理,脱硝系统的安装是脱硝能否长期安全，稳定运的关键。如果现在正在安装时，必须把一此建成的设施建好，防止以后再进行大动。1、脱硝系统催化剂一般设置为2+1，1+2，也可以布置为4层，主要根据自已脱硝入口的氮氧化物浓度进行设计。2、脱硝系统安装时的烟气导流板设计与安装很重要，直接影响后面的脱硝性能。3、安装时应把空预器的底层改为搪瓷的传热元件，防止空预器腐蚀和堵塞。4、选择催化剂的型式很重要，主要根据粉尘量来选择是用平板式还是用蜂窝式

4、。5、选择合理的吹灰方式。,第二节 SCR脱硝系统安装应注意的问题,SCR的脱硝效率控制，应从根据脱硝反应的因素要控制，主要有以下几点：1、喷氨量 喷氨量的多少决定了脱除的氮氧化物多少，根据化学方程，氨气量和氮氧化物反应的量是成正比的，如果有多少的氮氧化物浓度，就可以计算出氨气的用量，但如果大于最大喷氨量要根据催化剂的用量来计算。不能超量，否侧就会形成氨不能化应到空预器及烟气以后的设备中，造成后部设备的腐蚀。喷氨量的计算：需下降NO浓度烟气量1730=喷氨量 但由于催化剂的原因，下降NO的浓度是有限的。所以必须考廖,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,2、脱硝催化剂的活性。催化剂的活性决定

5、了氨气和氮氧化物反应的最终效果。催化剂的活性一般厂家是保证3年，但并不是说就不能用了，由于催化剂的活性变化比较慢，每年进行一次活性试验，可以计算出每年最大的喷氨量，这样可以减少资金。催化剂的活性减退的因素。主要有阻塞催化剂、中毒、钝化。防止此现象，就必须控制反应区的温度和差压。催化剂通过直接吸收烟气中气相物质直接发生中毒，典型的有磷、砷、硒、坨等化合物质，也有四氟化硅。这些中毒可以通过添加石灰加以补救。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,2、脱硝催化剂的活性。其它催化剂中毒，是通过液相形式扩散进入催化剂的活性中心，通常是通过与水和酸的露点的发生反应。烟尘黏附在催化剂的表面使催化剂中毒，典

6、型的例子是通过碱金属和碱土金属化合物，如钠、钾、镁和钙盐。这些可通过避免露点进行补救或将通过露点的时间减少到极小，短暂停顿期间可设反应器旁路使烟气从旁路通过，这是最有效的措施。烟气中大量的HCL（盐酸）可导致矾矿物质中CL与催化剂发生化学反应，从而导致催化剂钝化并使催化剂失去活性。当超出催化剂的最大允许温度，会使盐结晶并且材料结构发生改变，这将导致催化剂产生不可逆转的钝化。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,3、反应器的运行温度 一般催化剂的反应活性温度范围在320-420 之间，所以反应器都安装在省煤器和空预器之间。如果在机组启动和停机过程中，反应器的温度还达不200 时，就不允许进行

7、喷氨，主要是为了防止氨不能反应造成后面设备的腐蚀和避免催化剂量的中毒。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,4、烟气流速 烟气在反应器通过的时间是脱硝效率的一个重要因素，反应器的流速越慢，反应的催化时间就越长，反应时间越充分。控制这一方面有的措施有；4.1 吹灰器 对反应器进行吹灰。可以扩大烟气通过催化剂的通流面积，有较地延长氨气与烟气在反应器的停留时间，提高脱硝较率，保证反应器不会有堵塞现象。所以在运行过程中必须多监视反应器的压差。4.2 烟气导流板 他是让烟气的流动速度均匀布置，防止烟气局部流动过快和过慢，影响脱硝效率。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,5、烟气与氨气的混合 反

8、应器喷氨格栅是为了让氨气与烟气尽量的混合，防止混合不均匀，造成氨气局部超标和局部NOX没有氨气反应，影响脱硝效率。所以喷氨先分支路，再进行分小支路进行混合。进烟道时一般有近100个支路进入，每个支路在烟道中每300mm就有一个喷嘴。这都是为了让烟气与氨气充分混合。每条支路上都安装了一个流量计，用来监视每条支路是否通畅。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,6、液氨的纯度 液氨的纯度真接影响运行调整喷氨量，因为在反应器里只有氨气和NOX进行反应，如果氨气浓度不度，造成运行人员的误解，造成脱硝效率达到设计值的现象。7、NOX的量 由于脱硝效率是用进口NOX浓度减去出口NOX浓再除以进口NOX浓

9、度。所以进口的NOX浓度的大少，直接影响脱硝效率。如果进口是700mg/Nm3，要达到50%，就要脱去350mg/Nm3。如果进口是300mg/Nm3，达到50%就只要150mg/Nm3。所以考虑脱硝性能不能单看脱硝效率，最主要是他能脱除多少NOX的量。,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,小结：脱硝效率的控制应从以下几个方面着手：1、喷氨量是否达到脱硝量的要求；2、反应区的温度是否达到要求；3、催化剂活性是否已失效；4、烟气的流速是否过快，烟气流速是否分布不均匀；5、氨气与烟气是否充分混合；6、入口氮氧化物浓度是否太高；7、氨气的纯度；,第三节 SCR脱硝系统脱硝效率如果控制,SCR系统

10、主要存在的安全问题有以下几个方面：1、氨的逃逸率过大造成空预器堵塞和腐蚀。2、反应器积灰，造成压差过大，造成机组灭火。3、反应器积煤粉和油，造成反应器区域再燃烧。4、氨气混合比太大，造成氨气爆炸。5、氨气管道泄漏，造成锅炉房氨气爆炸。,第四节 SCR脱硝系统安全隐患及预防,一、SCR系统运行应注意事项：1、喷氨量与氮氧化物的摩尔比；2、反应区进出口差压，如果差压过大应加强吹灰；3、反应区的温度，主要防止催化剂的中毒和钝化；4、喷氨区各支管路的流量；5、氨气混合比；6、脱硝效率、进出口NOX浓度，烟气量；7、氨逃逸率；8、吹灰器的运行状况.压力是否足够；9、氨气是否泄漏；,第五节 SCR脱硝系统

11、运行中应注意的参数,一、SCR系统检修时应做的主要工作：1、反应器积灰检查及清理。2、喷氨喷嘴的清理，喷嘴是朝上布置，停炉过程中容易造成喷嘴积灰，所在在启炉前和停炉后8小时都不允许停止稀释风机。3、反应区的导流板和混流器是否变形。4、反应区内部的支撑和钢架是否牢固，最大的危险就是把空预器卡死。5、稀释风机的检查，各阀门的检查。6、吹灰器的检查，如果是声波吹灰器，应定期检修管道中的积水，应定排污，检修清理喇叭口的积垢情况。如果是蒸汽吹灰，应定期加清，定期检查喷口的方向 7、管道的防静电跨接，管道的固定情况。8、一年做一次催化剂的活性实验，计算出最大喷氨量，最大的效率，为以后的运行安全和效率提前做

12、好准备。,第六节 SCR脱硝系统检修中做的工作。,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,（一）液氨区的设备运行流程 液氨供氨系统主要有液氨储罐、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、稀释槽、压缩机、氮气置换管道和液氨罐喷淋设施。主要流程为，由氨罐车卸氨到液氨罐，液氨从灌底部流入蒸发槽，在蒸发槽加热后形成氨气进入缓冲槽，缓冲槽稳压后由于压差输送到锅炉喷氨系统。1、卸氨过程抽液氨罐上部的氨气，把氨罐车内压力上升，把氨罐车上液氨压入液氨罐。2、由于液氨的沸点为-33，在环境温度下液氨罐的液氨自已蒸发，形成压力，低部的液氨自行地压入蒸发槽中。3、蒸发槽为了使其液氨蒸发成氨气提供热量。再进入缓冲槽。使其压力平衡。4、

13、工缓冲槽后通过调节阀给反应区提供衡定压力的氨气。5、在每个反应区有一道调门，给反应提供不同流量的氨气。,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,（二）氨区的主要辅组设备 1、稀释槽 是设备检修时或安全阀动作时，为防止氨气外漏而且水稀释的设备。2、废水泵 把稀释槽中水、喷淋水和蒸发槽中的排走的设备。3、喷淋 是为了降低液氨罐中液氨的温度和在氨泄漏时对氨气进行稀释。4、氮气站 是为了检修时对设备中的氨气排出，在设备投运前把设备中的空气排出的设备。5、风向标 是为了发生泄漏，根据风向标确认上向方向逃脱。6、氨气分析仪 是为了检测氨区是否泄漏设备。7、洗眼器 如果发生氨气进入眼中，对眼睛进行清洗。,第七

14、节 液氨区的运行、维护及安全管理,氨区流程图,三、氨区的安全管理 氨区由于他的储存量及氨的性质，被定为国家级重大危险源，所以他的安全管理不容轻视。（一）、氨的性质：认识氨的性质才能去防止安全事故发生。燃爆危险：本品易燃，有毒，具有刺激性。危险特性：与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起 燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。有害燃烧产物：氧化氮、氨。物理性质：外观与性状：无色、有刺激性恶臭的气体。,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,熔点():-77.7沸点():-33.5相对密度(水=1):

15、0.82(-79)相对密度(空气=1):0.6饱和蒸气压(kPa):506.62(4.7)临界温度():132.5临界压力(MPa):11.40引燃温度():651爆炸下限(V/V):15.7爆炸上限(V/V):27.4最大爆炸压力(MPa):0.580,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,（二）、氨区的主要安全管理1、氨区的各项制度健全。2、氨区的设备台账及技术标准健全3、氨区设备标识牌键全4、氨区每个季度进行一次事故演练（新出的指导意见）5、氨区应采用围栏封闭6、氨区应配有风向标，而且在氨区任何位置能观察到，7、氨区应在四周配有氨气泄漏检测器8、氨区应有避雷措施9、氨区设备布置合理，通道

16、通畅，而且四周都有逃离通道。10、氨区卸氨车最少离液氨储罐10米。,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,（二）、氨区的主要安全管理 11、液氨罐下方应有围堰。12、供氨管道应每20米有一处接地线，而且定期测量电阻。13、氨区内地面应硬化，防止杂草引起火情。14、氨区必须有环形的消防水系统。而且最少在两则能够单独控制消防水系统。15、氨区接卸氨位置有明显的接地装置，而且氨区常配有接地线 16、氨区所有法兰连接都必须进行防静电跨接。17、氨区的阀门都应采用气动闭锁阀。,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,四、液氨区的目常维护项目1、喷淋的定期试验。2、稀释槽定期换水工作。3、氨气泄漏仪的定期校

17、验4、设备接地线的电阻测量5、安全门的定期校验6、缓冲槽的定期排污,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,五、氨区的运行监视 1、液氨罐的压力、温度、液位 2、供氨压力。3、液氨区的氨泄漏值 4、蒸发槽的温度、液位。5、稀释槽的氨浓度 6、氮气站的压力。7、废水池的水位。8、缓冲槽的液位 9、正压呼吸器的压力,第七节 液氨区的运行、维护及安全管理,五、常见的问题 1、卸氨软管的泄漏，起包等现象，现可以采用金属鹤管来解决此问题。防止卸氨软管的爆漏现象。2、蒸发槽的防冻措施。我公司出现过三次把蒸发槽的水位冻结的现象，后来把蒸发槽中的介质更换成了乙二醇，解决了冬季的蒸发槽的结冻现象。3、喷淋水的冬季

18、无法做试验的现象，也可采用把控制系统的门安装在室内。解决冬季的喷淋水管理结冻的现象，但由于氨区不能进入伴热带，最好在安装时对喷淋水管理加装蒸汽伴热。4、冬季由于气温低，氨自行蒸发产生的压力不足，导致供氨量达不到要求，在北方的设备最好都安装卸氨泵。,第二章 低氮燃烧器,降低氮氧化物的排放，单采用脱硝的方法是不够的，如果锅炉的燃烧控制不好，脱硝入口的氮氧化物量将增加脱硝的运行压力，加上脱硝现行的能力和运行费用，对燃煤电力企业的经营压力很大。通过近年来的低氮燃烧器的成熟发展，脱硝入口氮氧化物量是可以控制在一定范围内。低氮燃烧器的优点：维护量少，长期投资少，运行费用低，可以同时解决锅炉的结焦现象，降锅

19、炉的排烟损失等。低氮燃烧器的缺点：增加不完全燃烧损失，易造成水冷壁腐蚀等,第一节 低氮燃烧器降氮原理,一、锅炉燃烧的氮氧化物的产生。煤在锅炉中进行燃烧，煤中的N元素，氮氢化合物在高温和氧气充足的情况下进行化学反应生成NO、NO2。生成氮氧化物的主要条件是就燃烧时氧的浓度、煤中N元素的成份和高温燃烧。如果要控制氮氧化物的产生就降低锅炉燃烧的氧量和降低锅炉燃烧的最高温度，控制煤中的N元素与氧反应。煤主要成分是碳、碳氢化合物、氮氢化合物和碳氧化合物，如果过量空气系量a1时，煤不能完全燃烧，已燃烧生成的氮氧化物与碳、碳氢化合物、氮氢化合物和碳氧化合物在高温下反应。生成氮气和水。,第一节 低氮燃烧器降氮

20、原理,一、低氮燃烧技术的原理。煤主要成分是碳、碳氢化合物、氮氢化合物和碳氧化合物，如果过量空气系量a1时，煤不能完全燃烧，已燃烧生成的氮氧化物与碳、碳氢化合物、氮氢化合物和碳氧化合物在高温下反应，生成氮气和水。NO+CH4=N2+CO2+H2ONO+H=N2+H2ONO+C=N2+CO NO+CO=N2+CO2NO+NHX=N2+H2ONO+CxHX=N2+CO+H2O 这也是SCNR的反应原理。,第二节 低氮燃烧产生的安全问题及处理方案,一、低氧燃烧稳燃情况 问题：低氧燃烧最主要问题是稳燃，容易造成锅炉灭火。解决方法：采用使用浓淡分离的方法进行燃烧，让易燃烧的淡粉包围着浓粉进行燃烧。二、给焦

21、情况 由于氧量的减少和分级燃烧，造成主燃烧器的温度下降，氧量下降，有效地克致了锅炉的结焦。三、水冷壁的腐蚀情况 由于氧量的减少，燃烧区的碳氢化合物、硫氢化合物，氮氢化合物等活性气体的增多，增加了锅炉水冷壁的腐蚀。解决方法：在二次风喷口加装贴水冷壁的二次风，有效缓解活性气体的接触水冷壁。抑制水冷壁的腐蚀。,第三节 低氮燃烧带来的节能问题及处理方案,一、不安全燃烧。欠氧燃烧肯定会造成燃烧不允分，但通过采用燃烬风可以把没有主燃烧器没有充分燃烧的气体和飞灰进行再次燃烧。针对低部的不完全燃烧，可以开大下部的二次风。二、由于氧量的控制，烟气量相对就会减少，可以加强尾部的热量吸收。整体来说：锅炉的排烟损失会降低，化学、气体、炉碴的不完全燃烧损失会加大，但由于排烟损失是最大的，控制好可以提高锅炉效率。,第三节 低氮燃烧应运行注意的方面,一、四角切圆的偏差二、二次风风门的开度是否一致三、四角的一、二次风的风速是否平衡四、各风门是否调节灵活；五、运行时氧量的控制六、在负荷变化时的氧量控制七、再热器温度的控制八、炉膛给焦的情况,