火电厂SCR烟气脱硝工艺

火电厂烟气脱硝工艺设计李海辉　

火电厂烟气脱硝工艺设计　李海辉　（湖南永清环保股份有限公司研究设计院，长沙４１０００５）　摘要：　ＮＯ　作为一种致命的环境污染物，是引起温室效应和光化学反应、酸雨产生的重要危害物质之一。　ＮＯ　最主要排放源就是火电厂。由于传统火电厂的低氮燃烧技术已无法满足氮氧化物的排放标准。在此情　况下，烟气选择性催化还原技术（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｓｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，简称ＳＣＲ）诞生了，这项工艺的发明有效地降低　电厂氮氧化物对环境所带来的负面影响。　关键词：　火电厂；脱硝技术；ＳＣＲ反应器　中图分类号：Ｘ７０１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—０３７０（２０１２）０１—０１３９—０１　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｌｉ　Ｈａｉｈｕｉ　（Ｈｕｎａｎ　Ｙｏｎｇｑｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｍｐａｎｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇ　Ｓｈａ　４１０００５）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＯｘ　ｍａｉｎ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ＮＯｘ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ—　ｇＹ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｎａｂｌｅ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｏｘｉｄｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｃａｓｅ，ＳＣＲ　ｗａｓ　ｂｏｒｎ，ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅ—　ｄｕｃｅｓ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｏｘｉｄｅｓ　ｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ．　．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＳＣＲ　ｒｅａｃｔｏｒ　现阶段主要脱硝手段有以下几种：低氮燃烧脱硝、选　择性催化还原法（ＳＣＲ）和非选择性催还还原法　（ＳＮＣＲ）　。ＳＣＲ脱硝系统的核心是催化剂，成本约占脱　硝装置总成本３０％一４０％，催化剂的性能决定了脱硝的　效率，选择高活性、长寿命的催化技术对企业更具优势。　１　ＳＣＲ工艺设计原理　１．１　ＳＣＲ脱硝工艺的反映原理是氨与ＮＯ　在催化剂表　面上进行催化氧化还原反应，生成氮气和水，反应的过程　不会造成二次污染物　。在正常情况下，此反应发生要　在９００—１　ｌｏ０℃条件下才能发生。而如果安装催化剂，　化学反应发生温度达到２８０—４３０％即可。　１．１．１在催化剂作用下，向温度２８０—４３０％烟气中喷　人氨，将ＮＯ和ＮＯ：还原成Ｎ　和Ｈ：０。化学方程式如　下：　４ＮＯ＋４ＮＨ３＋０２—　Ｎ２＋６Ｈ２０　６ＮＯ＋４ＮＨ　Ｎ，＋６Ｈ，０　６ＮＯ２＋８ＮＨ３　ＮＯ２＋１２Ｈ２０　２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋０２—｝３Ｎ２＋６Ｈ２０　ＳＣＲ法烟气脱硝反应原理图如图１所示：　●　■　Ｎ１－１３　。　脱俏催化剂　塑气＾　《・　｝Ｉ，　Ｉ　Ｉ　。，　９　Ｎ　＝＝＝　ｏ．◆　《ｏ　ｌ　ｌ　０　Ｎ２　《●　．　ｌ　ｌ　０Ｎ２ｏ　ｏ　Ｉ　一　囝Ｎ３　《●ＮＨ，　．芭＇　１．１．２工艺条件及技术指标（依ＨＪ５６２—２０１０国家环　境保护标准）催化剂类型包括：板式、波纹板式、蜂窝式除　氮催化剂。催化剂中各活性成分含量以及催化剂用量一　般应根据具体烟气工况，灰质特性和脱硝效率来确定。　稀释空气量应按设计中较大氨量、稀释后混合气体中氨　（下转第１４２页）

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目 录

1 总论 .................................................................... 5

1.1前言 .................................................................. 5

1.2设计依据 .............................................................. 5

1.3标准规范 .............................................................. 5

1.4建设进度 .............................................................. 6

1.5设计供货范围与分工 .................................................... 6

2 设计条件 ................................................................ 8

2.1工程概况 .............................................................. 8

2.2环境条件 .............................................................. 8

火力发电厂选择性催化还原（SCR）法脱硝技术

目前，我国发电装机容量已突破4亿kW，绝大多数为燃煤机组。以火电厂为主排放的SO2和NOx不断增加。尽管NOx所带来的危害有目共睹，但目前我国火电厂环保措施主要集中于脱硫处理，而在控制NOx排放方面则刚刚起步，与世界先进国家相比尚有很大差距，主要原因是这项技术发展较晚，需要的投资较大；另一方面，我国目前对NOx排放的要求较低，新建火电厂锅炉燃烧器只需采用低NOx燃烧技术就可以达到国家排放标准，故脱硝技术在整个火电厂环保措施中所占的比重较小。针对这些问题，我国已着手进行烟气脱硝示范工程，要求已建和新建火电机组要逐渐把脱硝系统列入建设规划，到2010年，从目前的新建火电厂规模考虑，排除采用其他方式脱硝的机组。专家估测认为，至少有2亿kW的机组容量需要建设脱硝系统，在脱硝项目上会形成可观的市场规模。脱硝领域正在迅速形成一个总量达到1 100亿元的大市场。它将是继火电厂脱硫技术后，又一个广阔的极具爆发性增长的市场。从2004年底的“环保风暴”到2005年初的《京都协议书》正式生效、从国家不断发布扶持政策鼓励电力环保到大手笔的拨款资助，表明国家对电力环保产业化发展的支持力度越来越大，而烟气脱硝产业正是在此背景下进入快速发展时期。

烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制火电厂污染物排放的又一个重点领域。2004年7月，我国公布并实施《火电厂大气污染物排放标准》，对火电厂NOx排放要求有了大幅度的提高，并将成为控制火力发电厂大气污染物排放、改善我国空气质量和控制酸雨污染的推动力。今后，国家将对重点火电企业以发电污染物排放绩效为基础，制定全国统一的火电行业SO2和NOx排放总量控制指标分配方法，并由国家统一分配30万kW以上火电企业的排放总量控制指标。从“十一五”开始，国家与省级环保部门将对30万kW以上的火电企业的SO2、NOx排放总量控制指标实施共同监控。

目前应用的火电厂锅炉脱硝技术中，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction简称SCR）法脱硝工艺被证明是应用最多且脱硝效率最高、最为成熟的脱硝技术，是目前世界上先进的火电厂烟气脱硝主流技术之一。1975年在日本Shimoneski电厂建立了第一个SCR系统示范工程，其后SCR技术在日本得到了广泛应用，大约有170套装置，接近100 GW容量的电厂安装了这种设备。在欧洲已有120多台大型装置的成功应用经验，其NOx的脱除率可达到80％～90%。美国政府也将SCR技术作为主要的电厂控制NOx技术。 SCR法是一种燃烧后NOx控制工艺，关键技术包括将氨气喷入火电厂锅炉燃煤产生的烟气中；把含有NH3(气)的烟气通过一个含有专用催化剂的反应器；在催化剂的作用下，NH3(气)同NOx发生反应，将烟气中的NOx转化成H2O和N2等过程，脱硝效率≥90%。目前，利用该项技术的产品在全球占有率高达98%，居世界发达国家烟气脱硝技术首位。

SCR脱硝技术及其脱硝催化剂生产工艺

1、概述

SCR(selective catalytic reduction)是烟气选择性催化还原法脱硝技术的简称，是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3）“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。

也就是说SCR工艺的实质就是燃煤锅炉排放烟气中的NOx污染物与喷入烟道的还原剂NH3，在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成无害的N2和H2O。该工艺于20世纪70年代末首先在日本开发成功，80年代和90年代以后，欧洲和美国相继投入工业应用，现已在世界范围内成为大型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺。为避免烟气再加热消耗能量，一般将SCR反应器布置在锅炉省煤器出口与空气预热器之间，即高飞灰布置。此时烟气温度（300℃-430℃）正好是催化剂的最佳活性温度窗口。氨气在加入空气预热器前的水平管道上加入，与烟气混合，NOx在催化剂的作用下被还原为N2和H2O。目前常规应用的SCR技术为中温催化剂(280℃-420℃)，而现在正在研究开发的低温催化剂，可应用于200℃以下的烟气温度。

2、SCR反应过程

SCR技术是在金属氧化物催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中的残余的O2反应，而如果采用H2、CO、CH4等还原剂，它们在还原NOx的同时会与O2作用，因此称这种方法为“选择性”。主要反应方程式为：

4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O (1)

NO+NO2+2NH3 ─>2N2+3H2O (2)

3、SCR系统设计条件

• 烟气流量

• 烟气温度

• 烟气成分和灰分成分

• 烟气入口NOx浓度

• 脱硝效率

• 空间速率

• NH3/NOx摩尔比

• SO2转化率

• NH3逃逸率

• 反应器运行压降

4 、SCR脱硝系统主要装置

• 氨存储和供应系统