烟气脱硝系统组成
后石电厂烟气脱硝SCR系统包括氨气制备系统和脱硝反应系统两部分组成
1.脱硝反应系统。脱硝反应系统由催化反应器、氨喷雾系统、空气供应系统所组成。SCR反应器位于锅炉省煤器出口烟气管线的下游,氨气均匀混合后通过分布导阀和烟气共同进入反应器入口,烟气经过脱硝过程后经空气预热器回收后进入静电除尘器。反应器采用固定床平行通道形式,催化剂底部安装气密装置,防止未处理过的烟气泄漏。SCR系统所采用的催化剂形式为平板式,烟气平行流过催化剂。后石电厂烟气脱硝催化剂床层由三层催化剂所组成,反应器内装填有380m3的催化剂。
氨和空气在混合气和管路内充分混合后,导入氨气分配总管内。氨/空气喷雾系统含供应函箱,喷雾管格子和喷嘴等。每一供应函箱安装一个节流阀及节流孔板,可使氨/空气混合物在喷雾管格子达到均匀分布。
每台机组的烟气脱硝反应系统的控制都在本机组的DCS系统上实现。SCR烟气脱硝控制系统利用固定的NH3/ NOX摩尔比来提供所需的氨气流量,进口NOX浓度和烟气流量的乘积产生NOX流量信号,此信号乘上所需NH3/NOX摩尔比就是基本氨气流量信号。氨气流量可依温度和压力修正系数进行修正。
稀释空气利用风门来手动操作,一旦空气流调整后空气流就不需随锅炉负荷而调整。氨气和空气流设计稀释比***大为5%,稀释空气由送风机出口管路引出。
2.液氨贮存及供应系统。液氨贮存和供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨贮槽、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽及氨气稀释槽、废水泵、废水池等。液氨的供应由液氨槽车运送,利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨贮槽内,贮槽输送出的液氨于液氨蒸发槽内蒸发为氨气,经氨气缓冲槽送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排放至排放氨气稀释槽中。经水的吸收排入废水池,再经由废水泵送至处理厂处理。
其中卸料压缩机为往复式压缩机,压缩机抽取液氨槽车中的液氨,经压缩后将槽车的液氨推挤入液氨贮槽中。
六台机组脱硝共设计三个贮槽,一个液氨贮槽的存储容量为122m3。一个液氨槽可供应一套SCR机组脱硝反应所需氨气一周。贮槽上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀作为贮槽液氨泄漏保护作用。贮槽四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴,贮储槽槽温度过高时自动淋水装置启动,对槽体自动喷淋减温。
液氨蒸发槽为螺旋管式,管内为液氨管外管为温水浴,以蒸气直接喷入水中加热至常温40℃,再以温水将液氨汽化,并加热至常温。蒸气流量受蒸发槽本身水浴温度控制调节。在氨气出口管线上装有温度检测器,当温度低于10度时切断液氨进料,使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力。蒸发槽也装有安全阀,可防止设备压力异常过高。
从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲槽,通过调压阀减压成1.8Kg/cm2,再通过氨气输送管线送达锅炉侧的脱硝系统。
氨气稀释槽为容积6m3的立式水槽。液氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽底部进入,通过分散管将氨气分散入稀释槽水中,利用大量水来吸收安全阀排放的氨气。
液氨贮存及供应系统周边设有6只氨气检测器,以检测氨气的泄漏,并显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时,在机组控制室会发出警报,操作人员采取必要的措施,以防止氨气泄漏的异常情况的发生。
液氨贮存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统,将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池,再经由废水泵送至废水处理厂。
液氨贮存及供应系统保持系统的严密性,防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸***关键的安全问题。因此,该系统的卸料压缩机、液贮氨槽、氨气温水槽、氨气缓冲槽等都备有氮气吹扫线。在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫,防止氨气泄漏和与系统中残余的空气混合造成的危险。
脱除效果
设计NOX入口浓度为308mg/m3,出口浓度为185mg/m3,脱硝率不小于40%。实际脱硝率在44%-46%之间,实际排放浓度在120-160mg/m3之间。
SCR脱硝技术的优点
在所有干法脱硝技术中,SCR具有占地面积小,脱硝效率高,技术成熟,运行可靠性好,技术进步快等优点,使它在众多的脱硝技术比较中脱颖而出,获得了业主们的广泛青睐。
SCR脱硝系统的缺点
一次性投资造价高,运行费用高,据2007年相关刊物报道SCR系统造价为每千瓦300元,运行费用NOX/T5400.19元。配套设备多而且复杂,有造成爆炸的危险性,有大量废水产生造成二次污染,清理空气预热器内的赌塞物时需停炉影响正常发电造成不必要的经济损失。
SCR脱硝效率的主要影响因素
SCR反应器布置在锅炉的省煤器与空气预热器之间,优点是利用进入反应器烟气的温度200-500℃,多数催化剂在此温度范围内有足够的活性,烟气不需加热可获得好的NOX净化效果。但催化剂处于高温和高尘烟气中,寿命及脱除率受诸多因素的影响。
1.反应器温度的影响。在蜂窝型管式固定床SCR反应器中,采用V2O5/TiO2催化剂,试验研究表明反应温度对NOX脱除效率的影响,结果在200-310℃范围内。随着反应温度的升高,NOX脱除率急剧增加,升至310℃时,达到***大值(90%),随后NOX脱除率随温度的升高而下降。在反应过程中温度的影响存在两种趋势,一方面是温度升高使脱除NOX反应速率增加,NOX脱除效率升高,另一方面,随着温度的升高达到350℃以上时产生NH3分解反应 2NH3→N2+3H3- 91.9KJ和NH3氧化为NO的反应4NH3 +5O2 →4NO +6H2O +907.3KJ ,温度上升到450℃时开始激烈反应。温度下降在300℃以下时仅有NH3氧化为N2 的副反应发生4NH3+3O2→2N2+6H2O+1267.1KJ使NOX脱除率下降,因此SCR反应器在使用V2O5/TiO2催化剂时的***佳温度为310℃,但是当温度超过350℃时将氨氧化为氮氧化物,不但没有脱除污染物,反而增加了氮氧化物的浓度。
2.氨、氮比对NOX脱除率的影响。在310℃以下,NOX脱除率随NH3/NOX的增加而增加,氨、氮比小于0.9时,NOX的脱除受到限制而减少,若氨投入量超过需要量,氨的氧化副反应速率将增大,从而降低了NOX脱除率,同时也增加了净化气中未转化NH3的排放浓度,造成二次污染。
3.催化剂的烧结。当催化剂长时间暴露于***佳工作温度范围以上时,高温环境可引起催化剂活性位置(表面积)的烧结,导致催化剂颗粒增大,表面积减小,催化剂活性降低。
4.水的毒化。水在烟气中以水蒸气的形式出现,水蒸气在催化剂表面的凝结,一方面会加剧K、Na等碱金属可溶性盐对催化剂的毒化,另一方面凝结在催化剂毛细孔中的水蒸气,在温度增加的时候,会汽化膨胀,损害催化剂细微结构,***终导致催化剂破裂。
5.碱金属使催化剂中毒。烟尘中含有Na等腐蚀混合物直接与催化剂活性组分反应,致使它们失去活性,这是由于Na等可溶性碱金属盐的碱性比NH3的大,碱金属盐与催化剂活性成分反应,造成催化剂的中毒。碱金属的存在改变了催化剂表面的酸碱性,使吸附态NH3以高选择性进行氧化反应生成NOX,从而导致高温下催化剂的脱硝活性降低。
6.钙的毒化。烟尘中游离的CaO和SO3反应,可吸附在催化剂表面形成CaSO4,CaSO4覆盖在催化剂表面的微孔上(一般深20-30μm),催化剂表面被硫酸钙包围,即结垢,这种结垢尤其易发生在固体排渣锅炉中,因为固体排渣锅炉中的游离钙浓度几乎是液体排渣锅炉中的两倍。硫酸钙沉积在催化剂表面,阻止了反应物向催化剂表面的扩散及扩散进入催化剂内部,从而影响催化剂的催化效果。
7.砷使催化剂不可逆的中毒。催化剂是SCR系统的关键组成部分,它的性能直接影响到SCR系统的整体脱硝效果。目前我国催化剂通常1-2年就要更换一次,催化剂的寿命决定着SCR系统的运行成本,催化剂更换费用约占总运行费的50%。在实际工况中,砷中毒是引起催化剂钝化的常见原因之一。
砷首先在催化剂表面发生反应,然后渗入催化剂内部,形成一个砷的饱和层,砷饱和层几乎没有活性,即催化剂表面活性被砷完全破坏。
典型砷中毒是由于烟气中含有气态As2O3的引起的,As2O3分散到催化剂中并固定在活性、非活性区域,使反应气体在催化剂内的扩散受到限制,且毛细管遭到破坏。实验表明这种由相变引起的催化剂中毒是不可逆的,对SCR运行影响巨大。