SCR脱硝反应器总装图
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scr反应器大型、高温、轻型SCR反应器的设计开发2008-01-29 22:37:28火电厂烟气脱硝(NO)是继烟气脱硫之后又一新兴的环保产业。
目前投x入工程应用的NO减排技术主要有选择性催化还原(SCR)技术、选择性x非催化还原(SNCR)技术、活性碳吸附技术、低NO燃烧器等。
到目前为x止,对于大型的火电机组,只有SCR技术可以有效控制90%的NO排放,x3[1][2]也是唯一可使NO排放浓度低于50mg/Nm的脱硝技术。
专家预测,未x 来5~10年,SCR法将一直是火电厂NO减排的主流技术。
xSCR脱硝技术以氨作还原剂,在340~400ºC温度范围内氨与烟气中的NO发生还原反应,产物为N和HO。
该技术在国外已经比较成熟,但国内x22 的脱硝尚处于起步阶段,主要依赖国外的技术支持。
目前见于报导的已投运的SCR脱硝装置仅有福建后石电厂的6X600MW机组(日本技术)的脱硝2装置和江苏苏源环保工程股份有限公司利用自主研发的“OI-SCR”脱硝技术承建的国华太仓发电有限公司2X600MW机组的烟气脱硝装置。
迄今为止,对于SCR反应器的结构设计国内还没有规范可循,能检索到的相关文2献也很少。
笔者曾主持了苏源环保“OI-SCR”脱硝技术”的开发,本文拟仅就SCR反应器本体结构的设计开发要点作一总结介绍,与业内同行交流。
1(概述SCR反应器是烟气脱硝系统的核心设备,其主要功能是承载催化剂,为脱硝反应提供空间,同时保证烟气流动的顺畅与气流分布的均匀,为脱硝反应的顺利进行创造条件。
除催化剂本身的因素外,反应器设计的优劣是SCR系统能否顺利完成脱硝功能的决定因素。
国内的烟气脱硝工程以旧机组改造为主,一般没有为脱硝装置的建设预留充足的条件。
新建机组一般在空预器或电除尘器上方预留脱硝空间,距地面高度20m以上。
因此,反应器的设计与布置是在现场既定的诸多约束条件下进行的,为适配现场条件,有时甚至不得不采用削足适履的技术方案。
SCR脱硝系统主要由SCR催化反应器、氨气注入系统、烟气旁路系统、氨的储存和制备系统等组成。
SCR催化反应器的布置方式,目前国内外一般采用高尘布置方式,即布置在省煤器和空预器之间的高温烟道内。
在该位置,烟气温度能够达到反应的最佳温度。
因此本期工程脱硝装置拟采用高尘布置方式。
烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路,每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR 反应器里,即每台锅炉配有二个反应器,烟气经过均流器后进入催化剂层。
在烟气进入催化剂层前设有氨气注入系统,烟气与氨气充分混合后进行催化剂反应,脱去NOX。
反应后的烟气进入空预器、电除尘器、引风机和脱硫装置后,排入烟囱。
SCR反应器布置在空预器上方。
SCR脱硝系统流程图:
整个系统配置可分为两层:
第一层:集中监控层。
由一台电脑所组成。
集中监控层完成对生产工艺个部分的运行监视、数据采集和控制调度功能。
该层是整个监控系统的核心。
第二层:现场设备层。
现场温度、流量压力等仪表实时监测并将采集的数据传送给监控层显示记录(该系统所用仪表均为我公司品牌)。
现场照片:
SCR脱硝系统监控软件
PLC控制柜
设备以及仪表。
SCR脱硝技术大全我国氮氧化物的排放情况:氮氧化物的危害随着我国经济的发展,能源消耗带来的环境污染也越来越严重,大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人民生存的四大杀手。
其中烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源近年来,氮氧化物(NOx,包括N2O、NO、NO2、N2O3、N2O和N2O5等多种化合物)的治理已经成为人们关注的焦点之一。
在高温燃烧条件下,NOx主要以NO的形式存在,最初排放的NOx中NO约占95%。
但是,NO在大气中极易与空气中的氧发生反应,生成NOx,故大气中NO普遍以NO的形式存在。
空气中的NO和NO2通过光化学反应,相互转化而达到平衡。
在温度较大或有云雾存在时,NO2进一步与水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分——硝酸(HNO3),在有催化剂存在时,如加上合适的气象条件,NO2转变成硝酸的速度加快。
特别是当NO2与SO2同时存在时,可以相互催化,形成硝酸的速度更快。
此外,NOx还可以因飞行器在平流层中排放废气,逐渐积累,而使其浓度增大,此时NO再与平流层内的O3发生反应生成NO2、O2,NO2与O2进一步反应生成NO 和O2,从而打破O3平衡,使O3浓度降低导致O3层的耗损。
我国氮氧化物的排放情况在我国,二氧化硫、氮氧化物等有害物质主要是由燃煤过程产生的。
随着我国经济实力的增强,耗电量也将逐步加大。
目前,我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目,但烟气脱硝还未大规模的开展。
有研究资料表明,如果继续不加强对烟气中氮氧化物的治理,氮氧化物的总量和在大气污染物中的比重都将上升,并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。
我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一 ,据统计 ,我国67%的氮氧化物(NOx)排放量来自于煤炭的燃烧。
据国家环保总局统计预测 , 2005年和2010年我国火电厂煤炭消耗量分别占全国总量的 56%和 64%,火电厂NOx产生量占全国总量的50%。
SCR系统SCR反应器中发生反应如下:4NO + 4NH3 + O2催化剂4N2 + 6H2O (1)6NO2 + 8NH3催化剂7N2 + 12H2O (2)NO + NO2 + 2NH3催化剂2N2 + 3H2O (3)SCR脱硝工艺原理示意图见图2。
图2 SCR脱硝工艺原理示意图SCR脱硝工艺系统可分为尿素制氨的制备供应系统、氨稀释风机及氨/空气混合系统、氨/烟气混合均布系统、烟气系统、SCR反应器系统、给排水系统和废水吸收处理系统等。
SCR脱硝工艺流程:尿素粉末储存于储仓,由螺旋给料机输送到溶解罐里,用去离子水将干尿素溶解成40~50%质量浓度的尿素溶液,通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。
尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解器内分解,生成NH3、H2O和CO2,分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统中由催化剂填充的催化反应器,热分解炉采用电加热。
在催化剂作用下,NOx和NH3发生还原反应,生成副产物N2和H2O。
经过最后一层催化剂后,烟气中的NOx浓度将被控制在排放限值以下。
SCR脱硝工艺系统不设置旁路,通过断开省煤器出口至空预器入口的烟道,改造成两个接口,使烟气从省煤器出口的改造接口进入反应器,反应后的烟气直接接入空气预热器入口的烟道改造接口,在省煤器出口和反应器之间的烟道上设有喷氨格栅、静态混合器及气流的导流装置,均布气流和加强混合。
每台锅炉配置两台反应器,每个反应器设置2+2层催化剂层,初装两层,运行24000小时后安装备用催化剂层。
吹灰系统采用蒸汽吹灰器方式设计,每层催化剂及备用层均配3台蒸汽吹灰器,防止由于顶层气流均布原因引起积灰。
定期进行蒸汽吹扫,有效保证吹灰的效果。
省煤器底部原设置有灰斗装置,故本次脱硝装置反应器入口不设置输灰系统。
出口的烟道布置最大可能减少水平烟道的布置形式,防止积灰。
还原剂采用尿素,已经制备的尿素溶液通过尿素溶液输送泵送至尿素热解系统,分解后的尿素溶液生成氨气,再通过自身的压力通往反应区,与出口的空气混合成浓度5%以下的氨/空气混合气体,经过喷氨格栅喷入烟道,与烟气混合。
在各种脱硝工艺中,选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)法脱硝效率高、运行稳定、无二次污染,是目前世界上应用最为广泛、成熟的一种烟气脱硝技术。
本课题以某电站锅炉的SCR 脱硝系统的改造设计为主要内容,对SCR 脱硝系统进行了CFD 数值模拟及冷态模型实验研究。
深入交流,可以联系我。
NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂(如V2O5-TiO2)的反应器,NOx与NH3在其中发生还原反应,生成N2和H2O。
反应器中的催化剂分上下多层(一般为3—4层)有序放置。
该方法存在以下问题:催化剂的时效和烟气中残留的氨。
为了增加催化剂的活性,应在SCR前加高校除尘器。
残留的氨与SO2反应生成(NH4)2SO4,NH4HSO4 很容易对空气预热器进行粘污,对空气预热器影响很大。
在布置SCR 的位置是我们应多反面考虑该问题。
图FLUENT通过计算得到的NO浓度分布图SCR反应器总体结构
图反应器网格划分图速度分布云图图氨分布云图。