脱硝运行培训教材（#1炉部分）河北西柏坡发电有限责任公司发电部2013年7月西柏坡电力#1锅炉脱硝运行培训教材（发电部）前言为确保我公司#1锅炉脱硝改造项目按时投产，满足生产调试、环保项目运行工作的需要，控制氮氧化物排放，改善环境质量，保障人民健康，规范运行操作和设备维护工作，保证人身和设备安全，促进我公司#1锅炉脱硝改造项目持续、健康发展，发电部锅炉专业特编写了本运行维护手册。
本教材主要依据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《火电厂大气污染物排放标准》、《火力发电机组烟气脱硝系统运行维护管理标准》、《防止电力生产重大事故的25项重点要求》等相关内容，及河北西柏坡发电有限责任公司#1锅炉脱硝改造项目设计资料、设备制造/供应方提供的使用、安装、运行维护操作说明书，同时参考其它发电企业脱硝系统的相关资料进行编写。
考虑到脱硝系统的特殊性和脱硝系统正在全国范围大面积普及这两方面实际，本教材在描述脱硝系统运行、维护等规范性内容的同时，对脱硝常识亦进行了详尽阐述。
本手册的编写得到了博奇有关技术人员的支持，提供了部分设计资料，在此表示感谢！受编者水平限制，加之资料不完整、编写时间紧，手册中存在有不妥或错误，希理解，并希望在实际执行、运行中提出改进、修改意见，以期逐步完善本手册。
本运行维护手册仅作为发电部各岗位培训使用。
本手册解释权在发电部。
编写人：韩国志高立涛审核人：郭强2013.07目录第一章烟气脱硝工艺概述 (1)1.1 脱硝工艺一般性原理 (1)1.2 SCR工艺描述 (4)第二章脱硝系统介绍 (10)2.1 脱硝系统设计技术依据 (10)2.2 影响SCR脱硝因素 (10)2.3 脱硝系统设计参数 (11)2.4 装置的工艺流程 (18)第三章脱硝系统运行操作与调整 (21)3.1 系统概述 (21)3.2 氨区主要设备介绍 (21)3.3 SCR区设备 (27)3.4 脱硝装置的启停及正常操作 (29)3.5 脱硝装置试运行规定 (33)第四章日常检查维护 (42)4.1 警报指示检查 (42)4.2 脱硝装置控制台检查 (42)4.3 观察记录器 (42)4.4 观察化学分析装置 (42)4.5 巡检的检查项目 (43)4.6 检修时的注意事项 (44)4.7 定期检查和维护 (44)第五章常见故障分析 (47)5.1 警报及保护性互锁动作 (47)附件部分 (48)附件一#1炉锅炉脱硝运行规程(试行) (49)附件二：SCR区域逻辑说明书 (66)附件三：空预器改造内容简介 (71)附件四：#1炉低氮燃烧改造介绍 (74)附件五：#1炉脱硝系统布置图 (77)附件六：#1炉脱硝系统流程图 (78)附件七：#1炉脱硝系统蒸汽吹灰系统图 (79)附件八：#1炉脱硝系统声波吹灰系统图 (80)第一章烟气脱硝工艺概述1.1 脱硝工艺一般性原理1.1.1氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。
通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N 2O3、N2O4和 N2O5，其中NO和NO2是重要的大气污染物。
我国氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx 排放的主要来源之一。
研究表明，煤中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx。
控制NOx排放的技术措施可分为一次措施和二次措施两类：一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量（如采用低氮燃烧器）；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除（如SCR）。
从NOX的生成机理来讲，其可以分为三类，即燃料型、热力型、快速型。
燃料型NOx（Fuel NOx）产生位置在火焰锋面，由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。
由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。
在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx 。
由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化两部分组成。
其生成主要取决于空燃比，温度影响较小。
生成和还原机理非常复杂，至今不完全清楚。
煤中氮化合物存在形式，挥发分氮，是一种不稳定的杂环氮化合物，燃烧受热易分解，当煤种的挥发分析出一部分后，挥发分氮才开始析出，随煤热解温度和加热速率的增加而增加。
焦炭氮，相对稳定的氮化合物，是在挥发分氮析出后残存于焦炭中的燃料氮，以氮原子状态与各种碳氢化合物结合成氮的环状化合物或链状化合物。
对于高挥发分的煤种，挥发分氮多；对于低挥发分的煤种，焦炭氮多。
热力型（Themal NOx）产生位置在燃烧后期，燃烧时空气中氮在高温下氧化产生。
随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。
当T<1500℃时,NO的生成量很少,而当T>1500℃时,T每增加100℃,反应速率增大6-7倍。
热力NO占15-25%另一种说法是1350 ℃以下时，很少，当温度达到1600 ℃时可占炉内总量的25-30%。
控制方法：降低燃烧温度，降低氧气浓度。
换句话说就是避免产生高温区域，降低高温区域的氧浓度，使燃烧在远离理论空气量的条件下进行，还有一条是缩短在高温区的停留时间。
瞬时反应型(快速型)（Prompt NOx）产生位置在燃烧火焰，在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，与炉膛压力0.5次方成正比,与温度的关系不大。
氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。
烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法，应用较多的有选择性催化还原法（Selective catalytic reduction，以下简称SCR）和选择性非催化还原法（Selective non-catalytic reduction，以下简称SNCR）。
其中，SCR的脱硝率较高。
SCR的发明权属于美国，日本率先于20世纪70年代实现其商业化应用。
目前该技术在发达国家已经得到了比较广泛的应用。
日本有93%以上的烟气脱硝采用SCR，运行装置超过300套。
我国火力发电厂普遍采用SCR技术进行脱硝。
烟气中NOx主要含量为NO，有极少量的NO2。
环保监测以NO2的排放为重点。
1.1.2选择性非催化还原法（SNCR），是在无催化剂存在条件下向炉内喷入还原剂氨或尿素，将NOx还原为N2和H2O。
还原剂喷入锅炉折焰角上方水平烟道（900℃～1000℃），在NH3/NOx摩尔比2～3情况下，脱硝效率30％～50％。
在950℃左右温度范围内，反应式为：4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O （式1——1）当温度过高时，会发生如下的副反应，又会生成NO：4NH3+5O2→4NO+6H2O （式1——2）当温度过低时，又会减慢反应速度，所以温度的控制是至关重要的。
该工艺不需催化剂，但脱硝效率低，高温喷射对锅炉受热面安全有一定影响。
存在的问题是由于温度随锅炉负荷和运行周期而变化及锅炉中NOx浓度的不规则性，使该工艺应用时变得较复杂。
在同等脱硝率的情况下，该工艺的NH3耗量要高于SCR工艺，从而使NH3的逃逸量增加。
1.1.3对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨等多种还原剂（CH4、H2、CO和NH3），可以将NOx还原成N2，尤其是NH3可以按下式选择性地和NOx反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （式1——3）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O （式1——4）通过使用适当的催化剂，上述反应可以在200～450℃的范围内有效进行。
在NH3/NOx为1（摩尔比）的条件下，可以得到80%～90%的脱硝率。
在反应过程中，NH3有选择性地和NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化。
4NH3+5O2→4NO+6H2O （式1——5）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（式1——6）2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4（式1——7）NH3+SO3+H2O→NH4HSO4（式1——8）1.2 SCR工艺描述1.2.1 SCR烟气脱硝装置的工艺流程主要由氨区系统、氨喷射系统、催化剂、烟气系统、反应器等组成。
核心区域是反应器，内装催化剂。
外运来的液氨储存在氨储存罐内，通过氨蒸发槽蒸发为氨气，并将氨气通过喷氨格栅（AIG）的喷嘴喷入烟气中与烟气混合，再经静态混合器充分混合后进入催化反应器。
当达到反应温度且与氨气充分混合的烟气气流经SCR反应器的催化层时，氨气与NOx发生催化氧化还原反应，将NOx还原为无害的N2和H2O。
1.2.2 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、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，但氧浓度不能过高；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。
1.2.3催化剂催化剂是SCR技术的核心。
SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。
催化剂的失活分为物理失活和化学失活。
典型的SCR催化剂化学失活主要是碱金属（如Na、K、Ca等）和重金属（如As、Pt、Pb 等）引起的催化剂中毒。
碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物（如MgO、KaO 等）中和催化剂表面的SO3生成硫化物而造成催化剂中毒。
砷中毒是废气中的三氧化二砷与催化剂结合引起的。
催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂活性破坏。
