除尘脱硫脱硝系列
发布时间:2020-10-21
应用在工业锅炉上的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）、选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。
1.1 SNCR工艺：
在炉膛850～1000℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOX ，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：
NH3为还原剂：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
尿素为还原剂：
NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O
当温度高于1100℃时, NH3则会被氧化为：
4NH3+5O2→4NO+6H2O
不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区约900℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。
1.2 SCR工艺：
目前常用的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水。尿素法SCR与氨法SCR的不同点，是要先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器。它转换的方法需将尿素注入分解室中，此分解室提供尿素分解所需的混合时间、驻留时间及温度，分解出的氨基产物即成为SCR的还原剂，通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法（热解温度约400℃）和水解法，主要化学反应方程式为：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。典型的SCR反应原理示意图如下：
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。
在高温工业炉烟气中，NO2一般约占总NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
在绝大多数工业炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响不显著。某些熔窑燃烧温度接近1600℃，烟气中的NO约占NOX总量的95%。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有极少量氨不参与反应，而是作为氨逃逸离开了反应器。一般对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2、 工艺设计
2.1氨水法SNCR脱硝工艺流程简述
本工程的脱硝工艺系统可分为氨水储运系统、计量系统、氨水喷射系统、SNCR反应系统、脱硝烟道系统、电气仪表控制系统。
在工业炉或烟道内约900℃的较高烟气温度段，烟气中的NOx有一定的反应活性，按照SNCR反应的原理，喷入氨水后不需要催化剂，氨水可与部分NOx反应，将NOx还原为N2，但没有催化剂反应效率仅能达到约50%。原烟气小于400mg/Nm3的NOx浓度，仅经过SNCR反应段能达到200mg/Nm3以下的达标排放标准。
2.2 氨水法SNCR工艺系统的特点
本公司设计的氨水法SNCR系统工艺特点：
Ø 工艺中采用氨水直接注入方法，降低了投资运行费用，也节省安装费用和安装时间。
Ø 不产生二次污染。
2.3 系统组成
2.3.1氨水储存及供应系统
该系统氨区系统包括氨水储罐（50m3）、卸氨设施等。
输送系统包括氨水输送泵及循环管道、喷氨设施及电控仪表。
氨水由槽罐车运输到厂区，通过卸料泵（采用离心泵）向氨水储罐内注液。氨水卸车和储存设备按照就近原则在锅炉附近空地布置。设备间距满足施工、操作和维护的要求，卸料泵布置靠近道路，并配置快速接头。储罐及泵站模块可安装于混凝土围堰内。为避免罐内过压或真空，罐顶部安装真空阀并带有安全阀。运行期间，氨水罐液位可实现就地及远程连续监测。
氨水输送泵在0.6～0.8Mpa压力下向SNCR系统提供氨水。一定量的氨水循环往复，循环线路的压力由压力调节阀控制。脱硝所要求的氨水量由安装在SNCR系统计量模块的流量控制阀设定。
氨水系统对罐区及系统安全设计要求较高，我们在储罐设计上对安全性作了详细的设计。为了保证储罐的安全，储罐上配有的所有仪器仪表均是防爆仪表，在使用过程中不会产生电火花。储罐的设计也充分考虑了氨水蒸汽压高的特点，设有温度和压力监测，对储罐内的温度、压力进行实时监测。
配置罐顶氨气液封罐，将罐顶挥发出的氨气回收进入液封罐，避免氨气直接排入大气。
氨区设置氨气泄漏检测仪，如发生氨水泄漏，监测空气中氨气的浓度如果超标，则自控打开喷淋消防设施，吸收泄漏的氨水保证安全。
2.3.2计量分配系统
锅炉烟道上配置1套氨水计量分配系统。氨水溶液经由氨水输送泵、氨水管线供应。所需氨水量根据NOx控制排放数据所要求的数量、压力，由流量计控制、电动调节阀调节、压力计控制。
2.3.3 稀释水系统
为了适应锅炉烟气工况波动的特点，保证还原剂在炉膛内与烟气的充分混合，且局部氨浓度不会过高，将喷入炉膛内的氨水浓度控制在10%以下，尽可能提高系统的脱硝效率。
设置一台稀释水罐（10m3），四台锅炉共用。自锅炉的软水系统引入除盐水。
稀释水的输送通过稀释水泵来实现。每台锅炉设置两台稀释水泵，一用一备。
20%浓度的氨水溶液从储罐输出后，与稀释水进入静态混合器混合稀释，通过调节稀释水量和氨水溶液流量来调节最终的氨水浓度以满足锅炉不同负荷的要求。
稀释水罐和稀释水输送泵布置在氨水罐区邻近区域。
稀释水同时可作为氨水系统的反冲洗水。
2.3.4 喷射系统
还原剂喷射系统的设计，适应锅炉50％～100％负荷之间的任何负荷持续安全运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。喷射系统尽量考虑利用现有锅炉平台进行安装和维修。
氨水喷射系统需厂区供应净化压缩空气，每台锅炉SNCR脱硝使用量约2m3/min。
2.3.5 电气控制系统
• 脱硝装置控制方式与自动化水平
本脱硝装置的控制采用PLC实现。
• 控制系统的控制范围
本项目整套脱硝装置，包括还原剂储存及供应系统、计量分配和喷射系统以及相关的辅助设备。
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