SCR尿素熱解法脫硝系統(tǒng)主要參數(shù)及運行調(diào)整ppt課件

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SCR尿素熱解法脫硝系統(tǒng)主要參數(shù)及運行調(diào)整 運行部 1 目錄 第一部分 脫硝系統(tǒng)簡介第二部分 主要系統(tǒng)及參數(shù)控制第三部分 脫硝相關(guān)計算第四部分 SCR脫硝系統(tǒng)運行中常見問題及對策 2 一 脫硝系統(tǒng)簡介 氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一 通常所說的氮氧化物有多種不同形式 N2O NO NO2 N2O3 N2O4和N2O5 其中NO和NO2是主要的大氣污染物 我國氮氧化物的排放量中70 來自于煤炭的直接燃燒 電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶 因此火力發(fā)電廠是NOx排放的主要來源之一 NOX的產(chǎn)生是燃料燃燒過程中進行熱分解 進一步氧化生成的 控制NOx排放的技術(shù)指標可分為一次措施和二次措施兩類 一次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的NOx生成量 如采用低氮燃燒器 二次措施是將已經(jīng)生成的NOx通過技術(shù)手段從煙氣中脫除 如SCR SNCR 3 1 1 選擇性非催化還原法原理 選擇性非催化還原法 SNCR 是在無催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素 將NOx還原為N2和H2O 還原劑噴入鍋爐折焰角上方水平煙道 900 1000 在NH3 NOx摩爾比2 3情況下 脫硝效率30 50 在950 左右溫度范圍內(nèi) 反應(yīng)式為 4NH3 4NO O2 4N2 6H2O當溫度過高時 會發(fā)生如下的副反應(yīng) 又會生成NO 4NH3 5O2 4NO 6H2O當溫度過低時 又會減慢反應(yīng)速度 所以溫度的控制是至關(guān)重要的 該工藝不需催化劑 但脫硝效率低 高溫噴射對鍋爐受熱面安全有一定影響 存在的問題是由于溫度隨鍋爐負荷和運行周期而變化及鍋爐中NOx濃度的不規(guī)則性 使該工藝應(yīng)用時變得較復(fù)雜 在同等脫硝率的情況下 該工藝的NH3耗量要高于SCR工藝 從而使NH3的逃逸量增加 4 選擇性催化還原法是通過使用適當?shù)拇呋瘎?反應(yīng)可以在200 450 的范圍內(nèi)有效進行 在NH3 NOx為1 摩爾比 的條件下 可以得到80 90 的脫硝率 在反應(yīng)過程中 NH3有選擇性地和NOx反應(yīng)生成N2和H2O 而不是被O2所氧化 4NH3 5O2 4NO 6H2O選擇性反應(yīng)意味著不應(yīng)發(fā)生氨和二氧化硫的氧化反應(yīng)過程 然而在催化劑的作用下 煙氣中的一小部分SO2會被氧化為SO3 其氧化程度通常用SO2 SO3轉(zhuǎn)化率表示 在有水的條件下 SCR中未參與反應(yīng)的氨會與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨 NH4HSO4 與硫酸銨 NH4 2SO4 等一些不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)品 其副反應(yīng)過程為 2SO2 1 2O2 2SO32NH3 SO3 H2O NH4 2SO4NH3 SO3 H2O NH4HSO42 5 二 主要系統(tǒng)及參數(shù)控制 尿素熱解法脫硝系統(tǒng)包括尿素溶解罐系統(tǒng) 尿素溶液儲罐系統(tǒng) 計量分配模塊系統(tǒng) 尿素溶液熱解爐系統(tǒng) SCR反應(yīng)器系統(tǒng) 伴熱系統(tǒng) 水沖洗系統(tǒng)和加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng) 工藝流程SCR煙氣脫硝裝置的工藝流程主要由尿素溶液制備系統(tǒng) 尿素熱解爐系統(tǒng) 催化劑 煙氣系統(tǒng) 反應(yīng)器等組成 核心區(qū)域是反應(yīng)器 內(nèi)裝催化劑 外運來的尿素通過溶解后儲存在罐內(nèi) 通過熱解反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為氨氣 并將氨氣通過噴氨格柵 AIG 的噴嘴噴入煙氣中與煙氣混合 再經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后進入催化反應(yīng)器 當達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的煙氣氣流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時 氨氣與NOx發(fā)生催化氧化還原反應(yīng) 將NOx還原為無害的N2和H2O 在正常運行過程中最重要的運行參數(shù)是煙氣溫度 煙氣流速 氧氣濃度 SO3濃度 水蒸汽濃度 鈍化影響和氨逃逸等 煙氣溫度是選擇催化劑的重要運行參數(shù) 催化反應(yīng)只能在一定的溫度范圍內(nèi)進行 同時存在催化的最佳溫度 6 2 1催化劑 催化劑是SCR技術(shù)的核心 SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命 其使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度 催化劑的失活分為物理失活和化學(xué)失活 典型的SCR催化劑化學(xué)失活主要是堿金屬 如Na K Ca等 和重金屬 如As Pt Pb等 引起的催化劑中毒 堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面 金屬氧化物 如MgO CaO等 中和催化劑表面的SO3生成硫化物而造成催化劑中毒 砷中毒是廢氣中的三氧化二砷與催化劑結(jié)合引起的 催化劑物理失活主要是指高溫燒結(jié) 磨損和固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞 SCR催化劑類型及其使用溫度范圍 氧化鈦基催化劑270 400 現(xiàn)場使用的催化劑溫度范圍為300 400 正常運行溫度340 氧化鐵基催化劑 380 430 沸石催化劑 300 430 活性碳催化劑 100 150 7 SCR催化劑的選取是根據(jù)鍋爐設(shè)計與燃用煤種 SCR反應(yīng)塔的布置 SCR入口的煙氣溫度 煙氣流速與NOx濃度分布以及設(shè)計脫硝效率 允許的氨逃逸量 允許的SO2 SO3轉(zhuǎn)化率與催化劑使用壽命保證值等因素確定的 氧化鈦基催化劑的基體成分為活性TiO2 同時添加增強活性的V2O5金屬氧化物在需要進一步增加活性時通常還要添加WO3 此外還需添加一些其他組分以提高抗斷裂和抗磨損性能 根據(jù)煙氣中SO2的含量氧化鈦基催化劑中V2O5組分的含量通常為1 5 在燃用高硫煤時 為了控制SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率 V2O5的含量通常不超過2 催化劑中TiO2含量 75 催化劑中V2O5含量 1 5 催化劑中WO3含量 10 TiO2具有較高的活性和抗SO2的氧化性 V2O5是重要的活性成分 催化劑的V2O5含量較高時其活性也高 因此脫硝效率較高 但V2O5含量較高時SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率也較高 添加WO3則有助于抑制SO2的轉(zhuǎn)化 可將SO2的轉(zhuǎn)化率控制在1 以下 8 2 2反應(yīng)溫度 反應(yīng)溫度不同的催化劑具有不同的適用溫度范圍 當反應(yīng)溫度低于催化劑的適用溫度范圍下限時 在催化劑上會發(fā)生副反應(yīng) NH3與SO3和H2O反應(yīng)生成 NH4 2SO4或NH4HSO4 減少與NOx的反應(yīng) 生成物附著在催化劑表面 堵塞催化劑的通道和微孔 降低催化劑的活性 這種情況如果在短時間內(nèi)能回到正常運行的高溫區(qū) 硫酸氫銨會分解 催化劑性能會恢復(fù) 但如果長時間停留在低溫區(qū) 或在短期內(nèi)頻繁地陷入低溫區(qū)運行的話 即使再回到高溫區(qū) 性能也難以恢復(fù) 結(jié)果會使壽命縮短 因此 應(yīng)控制在300 400 之間運行 另外 如果反應(yīng)溫度高于催化劑的適用溫度 催化劑通道和微孔發(fā)生變形 導(dǎo)致有效通道和面積減少 從而使催化劑失活 溫度越高催化劑失活越快 9 2 3氨逃逸 SCR反應(yīng)器出口煙氣中未參與反應(yīng)的氨 NH3 稱為氨逃逸 氨逃逸量一般隨NH3 NOx摩爾比的增大與催化劑的活性降低而增大 因此 氨逃逸量的多少可反映出SCR系統(tǒng)運行性能的好壞及催化劑活性降低的程度 在很多情況下 可依據(jù)氨逃逸量確定是否需要添加或更換SCR反應(yīng)塔中的催化劑 SCR系統(tǒng)日常運行中監(jiān)測氨逃逸量的經(jīng)濟實用方法是對飛灰氨含量進行測試分析 氨逃逸會導(dǎo)致 生成硫酸銨鹽造成催化劑與空氣預(yù)熱器沾污積灰與堵塞腐蝕 煙氣阻力損失增大 飛灰中的氨含量增大 影響飛灰質(zhì)量 FGD脫硫廢水及空氣預(yù)熱器清洗水的氨含量增大 10 硫酸銨鹽的生成取決于NH3 NOx摩爾比 煙氣溫度與SO3濃度以及所使用的催化劑成分 在脫硝同時也有副反應(yīng)發(fā)生 如SO2氧化生成SO3 煙氣中SO3的生成量取決于2個因素 鍋爐燃燒形成的SO3以及SCR反應(yīng)塔中SO2在催化劑的作用下氧化形成的SO3 SCR設(shè)計中通常要求SO2 SO3轉(zhuǎn)化率小于1 氨的分解氧化 450 和在低溫條件下 300 C SO3與氨反應(yīng)生成NH4HSO3 而NH4HSO3是一種類似于 鼻涕 的物質(zhì)會粘附著在催化劑上 隔絕催化劑與煙氣之間的接觸 使得反應(yīng)無法進行并造成下游設(shè)備 主要是空預(yù)器 堵塞 11 2 4煙氣流量和流速 NOx的脫除率對催化劑影響是在一定煙氣條件下 取決于催化劑組成 比表面積 線速度LV和空速SV 在煙氣量一定時 SV值決定催化劑用量 LV決定催化劑反應(yīng)器的截面和高度 因而也決定系統(tǒng)阻力 煙氣中的飛灰造成催化劑機械磨損 SCR反應(yīng)器中的催化劑垂直布置 煙氣自反應(yīng)器頂部垂直向下平行催化劑流動 在較大煙氣流速下 煙氣中的大顆灰粒對催化劑造成較大磨損 其磨損程度主要受燃煤灰分的大小 灰粒的物理特性 催化劑孔道的煙速及催化劑的積灰情況等影響 催化劑的磨損與通過催化劑孔道的煙速立方成正比 圖5為某電廠催化劑堵灰造成局部煙氣流速增加導(dǎo)致催化劑的大面積磨損 脫硝效率下降 脫硝入口煙道磨損及氨逃逸率增加 12 2 5催化劑中毒 煙氣中的CaO 堿金屬及As2O3造成催化劑中毒 即鈣化物中毒 堿金屬中毒和砷中毒 1 飛灰中的CaO與SO3反應(yīng) 被催化劑表面所吸附形成CaSO4 CaSO4膜覆蓋在催化劑表面從而影響NOx與NH3的接觸反應(yīng) 2 飛灰中的堿金屬 最主要的為Na和K 能夠與催化劑的活性成分直接發(fā)生反應(yīng) 減少了催化劑的有效活性位 致使催化劑失活 堿金屬在水溶下的活性很強 將完全滲透進入催化劑材料中 因此避免水蒸氣在催化劑表面凝結(jié) 可有效避免此類情況發(fā)生 3 煙氣中As2O3隨粉塵在催化劑上凝結(jié) 覆蓋在活性成分上或堵塞毛細孔 煙氣中的As2O3氣體還很容易與氧氣以及催化劑中的活性成分五氧化二釩發(fā)生反應(yīng) 在催化劑表面形成五氧化二砷 導(dǎo)致催化劑活性成分被破壞 對于砷中毒 普遍采用向爐膛內(nèi)添加1 2 的石灰石 石灰石中的CaO與氣態(tài)As2O3反應(yīng)生成不會使催化劑中毒的固態(tài)CaAsO4 13 2 6反應(yīng)器壓差 反應(yīng)器內(nèi)催化劑的堵孔現(xiàn)象 在正常運行時是不會發(fā)生的 但是 如異常燃燒情況不斷地出現(xiàn) 由灰引起的堵孔偶爾也是可能的 所以有必要監(jiān)視催化劑層前后的壓差 如堵灰出現(xiàn) 壓差會緩慢上升 壓差上升超過規(guī)定最大值時 應(yīng)加強蒸汽吹灰和聲波吹灰頻次或延長吹灰時間 直至壓差恢復(fù)正常范圍 14 三 脫硝系統(tǒng)相關(guān)計算 3 1脫硝效率計算 脫硝效率 進口NOX濃度 出口NOX濃度 進口NOX濃度 100 15 3 2 氨氮比計算 氨氮比17 46 氨逃逸 入口NOX濃度 脫硝效率 100式中 17為氨的分子量46為氮氧化物分子量 16 3 3 NOX產(chǎn)生量 削減量 排放量計算 NOX產(chǎn)生量 燃煤量 NOX產(chǎn)污系數(shù) 1000NOX削減量 燃煤量 NOX產(chǎn)污系統(tǒng) 1000 1 1 低氮燃燒器效率 100 1 脫硝效率 100 NOX排放量 NOX產(chǎn)生量 NOX削減量 17 3 4 尿素溶液折算尿素計算 尿素溶液累計流量 60 1 14計算是要考慮尿素溶液溫度影響尿素水溶液密度濃度對應(yīng)關(guān)系 18 3 5 NOX濃度折標 NOX濃度折標NOX濃度 mg Nm 折算前 15 21 氧量 二氧化氮和一氧化氮換算系數(shù) 二氧化氮 一氧化氮 1 53 一氧化氮折算二氧化氮 一氧化氮 1 53 19 三 SCR脫硝系統(tǒng)運行中常見問題及對策 3 1熱解爐結(jié)晶問題及處理3 1 1現(xiàn)象 3 1 1 1運行過程中發(fā)現(xiàn)用于尿素熱解系統(tǒng)的一次風流量逐漸降低 3 1 1 2熱解爐內(nèi)壓力逐漸上漲 熱解爐尾部壓力逐漸降低 熱解爐壓差上漲超出正常值 3 1 1 3電加熱器出口風溫上漲 加熱器因超溫保護停止繼續(xù)加熱 3 1 1 4熱解爐內(nèi)和爐尾溫度逐步上漲 3 1 2處理 3 1 2 1運行中應(yīng)保持霧化空氣流量在設(shè)計值范圍內(nèi) 即18 25Nm3 h 發(fā)現(xiàn)噴槍壓縮空氣流量偏低時要及時檢查噴槍 管路是否有堵塞 及時處理 不允許隨意調(diào)低噴槍霧化壓縮空氣流量報警值或流量低退出噴槍的邏輯保護 3 1 2 2減少或完全切斷尿素溶液進入熱解爐的量 3 1 2 3提高熱解爐內(nèi)溫度和熱解爐尾溫度 3 1 2 4全部開啟混合風流量調(diào)節(jié)閥 提高混合風流量 3 1 2 5正常運行時 必須保證熱解爐尾溫度在340 以上 熱解爐內(nèi)溫度保證在420 以上 如采取以上措施仍無法使熱解爐壓差恢復(fù)正常值 應(yīng)采取退出熱解爐系統(tǒng)清理尿素結(jié)晶沉積物 20 熱解爐結(jié)晶照片 21 22 3 2聲波吹灰器堵塞問題及處理 3 2 1SCR脫硝系統(tǒng)運行工況特點 1 SCR反應(yīng)器處于省煤器和空預(yù)器之間 含塵量高 2 飛灰中的SiO2與Al2O3含量高 CaO含量較低 飛灰的粒徑較粗 3 煙氣設(shè)計溫度為300 400 4 空塔煙氣平均流速為4 5m s 3 2 2聲波吹灰器的布置及運行方式 每層安裝3個聲波吹灰器 分3組 同層內(nèi)每個聲波吹灰器為單獨一組 組內(nèi)的聲波吹灰器同時發(fā)聲 12臺聲波吹灰器 共4層 分12組 一組發(fā)聲10秒后 間隔40秒 下一組開始發(fā)聲10s 再間隔40秒 再下一組發(fā)聲 依次進行 循環(huán)反復(fù) 23 3 2 3聲波吹灰器堵塞的成因及運行調(diào)整注意事項 堵塞成因 1 聲波吹灰器壓縮空氣壓力低 正常運行中聲波吹灰器壓縮空氣壓力應(yīng)控制在0 48Mpa 0 62Mpa之間 過低的壓縮空氣壓力不能產(chǎn)生足夠的發(fā)聲頻率吹灰效果降低 導(dǎo)致聲波吹灰器喇叭口積灰堵塞 嚴重時會導(dǎo)致催化劑通道積灰堵塞造成反應(yīng)區(qū)壓差升高 2 單線圈膜片式電磁閥不動作 3 聲波吹灰頻次 吹灰時間設(shè)定不合理 吹灰效果差 不能有效將積灰清除干凈 4 壓縮空氣品質(zhì)差 運行調(diào)整注意事項 1 運行中要加強對聲波吹灰器壓縮空氣壓力的監(jiān)控 出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象是及時查找原因并進行處理 2 設(shè)置合理的吹灰頻次和時間確保吹灰效果 3 通過就地檢查聲波吹灰器發(fā)聲是否正常判斷吹灰效果 及時發(fā)現(xiàn)隱患 4 定期對壓縮空氣儲罐進行排空 確保壓縮空氣品質(zhì) 24 25