电厂脱硝培训教材.docx

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1、第一章题奴化物的性质及形成2第一节NOx生成机理2第二节热力型的NOX形成3第三节瞬时型NoX的形成4第二章脱硝原理及分类5第三章选择性催化还原（SCR）脱硝技术5第一节SCR基本化学反应5第二节SCR还原剂6第三节SCR催化剂7第四节SCR催化剂的堵塞磨损8第五节SCR催化剂的失活和中毒10第六节SCR脱硝的优缺点11第七节SCR对空气预热器的影响11第四章液氨系统14第五章SCR系统的启动、运行与停止22第六章SCR系统故障处理24第一节系统故障24第二节催化剂故障25第七章脱销电气系统27第一节供配电系统27第二节控制与保护及火灾报警27第三节电动机技术要求28第八章脱销热控系统30附录

2、：SCR反应设备技术规范表31第一章氮氧化物的性质及形成第一节NOx生成机理燃煤在燃烧过程中生成的NOX主要有三种类型：热力型、燃料型、瞬态型。影响燃烧中NOx生成的因素有燃料特性如煤种、含氮量、含氮物质结构颗粒粒径等；运行条件如燃烧方式、负荷、温度、氧量、反应时间等。一、NOX包括：N2。、NO、N203NO2、N2O1N2O5o大气中NOX主要以NO、N(的形式存在其性质如下：1、NO2:单个分子的温室效应为C0?的200倍，并参与臭氧层的破坏，强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降，可溶于水2、N0：大气中N02的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分，难溶于水三种NO形成机理在煤燃烧过程中对

3、NOX排放总量第二节热力型的NOX形成NOX主要源于燃烧过程中温度高于1800K时,空气中的用被氧化成以No为主的NOx,其总反应机理如下：N+(X-NO(1)N01202NO2(2)上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响平衡时NO浓度随温度升高迅速增加。温度和用/。2初始浓度比NO平衡浓度的影响T/KNo平衡浓度1OfN2ZO2=4N2O2=401200210801500130050018004400165020008000295022001310048002400198007000同步反应N2+O2-NO和No+O2fNO2在各种温度下No和N02的平衡组成T/KNO106NoJ1

4、O-630011X1OF33x10-58000.770.1114002500.87187320001.8上述数据说明：1、室温条件下，几乎没有NO和N02生成，并且所有的No都转化为丽2O2、800K左右，No与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO?。3、常规燃烧温度(1500K)下，有可观的No生成，但NO?量仍然很小。燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx0燃料进入炉膛被加热后，燃料中的氮有机化合物首先被热分解成鼠(HCN)、氨(NH4)和CN等中间产物，它们随挥发份一起从燃料中析出，它们被称为挥发份N0挥发份N析出后仍残留在燃料中的氮化合物,被称为焦炭N。随着炉膛温

5、度的升高及煤粉细度的减小，挥发份N的比例增大，焦炭N的比例减小。挥发份N中的主要氮化合物是HCN和NH3,它们遇到氧后，HCN首先氧化成NCO,NCO在氧化性环境中会进一步氧化成N0,如在还原性环境中，NCO则会生成NH,NH在氧化性环境中进一步氧化成N0,同时又能与生成的NO进行还原反应，使NO还原成N2,成为NO的还原剂。燃料型NOX在煤粉燃烧NOX产物中占6080%。在烟气冷却过程中，根据热力学计算，NOX应主要以NO2的形式存在，但实际90%95%的NoX以NO的形式存在。NO分解和氧化在动力学上都受限制，155OK以下这些反应非常慢。第三节瞬时型NoX的形成在碳氢化合物燃料燃烧在燃料

6、过浓时，在低温火焰处会快速生成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N2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,生成量与炉膛压力的0.5次方成正比，与温度关系不大。瞬时型NOX生成量很少，在分析计算中一般可以不计，仅在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。热力型和瞬时型氮氧化物都不是烟气中NOx的主要部分。四、燃料型NoX燃料型NOX由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。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NOX的形成也由气相氮的氧化(挥发份)和焦炭中剩余氮的氧化(焦炭)两部分组成。燃料型NOX在煤粉燃烧

7、NOX产物中占6080%。第二章脱硝原理及分类烟气脱硝技术按照其作用原理不同，主要分为催化剂还原、吸收和吸附三类，按照工作介质不同可分为干法和湿法两类。由于NOX与SO,相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收。干法催化还原脱硝技术一般采用含有氨基的还原剂，与NOX反应生成总和H/0,脱销副产品无害和便与处理。而湿法脱销装置庞大，反应装置的防腐、副产品处理较难，技术尚未成熟应用。目前，大规模工业应用的脱销技术为：选择性催化还原（SCR）以及选择性非催化还原（SNCR）O一、选择性催化剂还原法（SCR）指在一定的温度和催化剂的作用下，以液氨或尿素作为还原剂，有选择地与烟气中的氮氧化物反应生成无毒无污

8、染的氮气和水。SCR脱销工艺采用催化剂使氮氧化物发生还原反应，反应温度较大低（300-450C）,其方法是将还原剂喷入装有催化剂的反应器内，烟气通过催化剂与之发生化学反应进行脱销。此工艺的效率可达90%以上，是目前国内外应用最多，技术最成熟的一种烟气脱硝技术。其工艺流程为：锅炉一省煤器f脱销反应器f空气预热器f除尘器f脱硫装置f引风机f烟囱二、选择性非催化剂还原反应（SNCR）是一种不用催化剂还原氮氧化物的方法。把含有NHX基的还原剂（如氨气、氨水、尿素等）喷入炉膛温度为800T200C的区域，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应生成用从而减少烟气中的NOx排放。此工艺脱销率在40-60

9、%之间，效率较低。SCR与SCNR技术比较如下表采用的技术脱硝效率%工程造价运行费用SNCR技术25-40低中等SCR技术80-90高中等第三章选择性催化还原（SCR）脱硝技术第一节SCR基本化学反应选择性（SCR）的概念：选择性催化还原（SCR）采用催化剂促进还原剂（氨水或尿素）与烟气中的NOX反应如下。催化剂通常为二氧化钛、五氧化二钮、三氧化鸨的混合物。4NO+4NH3O2-4N2+6H2O2N02+4NH3+O2-3N2+6H2OSCR脱销效率高达90%,但是其初投资和日常操作费用很高。主要原因是SCR系统中需要设置专门设计的反应器；为防止烟气中的飞灰造成催化剂失效，需要安装清洁和吹灰系

10、统，燃料中含有钠、钾、磷、锐、铭、碑等元素能造成催化剂中毒。催化剂需要周期性更换；催化剂十分昂贵。另外，催化作用提高SO2向SO,转换，未反应的氨与S03容易反应生成硫酸氢氨和硫酸镂，极易造成下游受热面的粘污。加与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂（如V2（VTiO2）的反应器，NOx与NHa在其中发生还原反应，生成反和上0。反应器中的催化剂分上下多层（一般为34层）有序放置。SCR装在省煤器后或空预器前，温度区间290400。下图所示即为典型的SCR系统布置图。SCR系统布置图第二节SCR还原剂对于SCR工艺，选择的还原剂有尿素、氨水和纯氨。尿素法是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后

11、将溶液泵送到水解槽中通过热交换器将溶液加热到反应温度后与水反应生成氨气；氨水法是将25%的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发形成氨气和水蒸气；纯氨法是将液氨在蒸发器中加热成氨气，然后与稀释风机的空气混合成氨气体积含氨量5%的混合气体后送入烟气系统。还原剂优缺点比较如下表氨的原料优点缺点液氨反应剂纯度最高、原料成本最低、设备成本最低高危险性的原料、运输和存储问题氨水(19%-29%)容易运输、浓度低于20%时不划分为高危险性的原料、比液氨危险性低需要更大的运输设备以及更频繁的运输需要更大的储存罐、蒸发成本尿素安全的原料（化肥）、干态或湿态容易运输工艺复杂、成本昂贵、存储的问题从脱销还原剂到氨站的安全

12、性、技术成熟性和应用广泛性，初投资和运行费用等方面对几种脱销还原剂进行比较，结果表明：纯氨法的建造运行成本较低，一般情况下，易采用纯氨为脱销还原剂。第三节SCR催化剂催化反应中装填的催化剂是SCR工艺的核心，催化原理是N&快速吸附在催化剂表面的B酸活性点与NO反应形成中间产物，分解成N2和H20,在02的存在下，催化剂的活性点很快得到恢复，继续下一个循环。催化剂反应步骤可分解为：1、NH3扩散到催化剂表面。2、NH3在催化剂上发生化学吸附。3、NO扩散到催化剂表面。4、No与吸附态的NH3反应，生成中间产物。5、中间产物分解成最总产物N2和H20。6、N2和H20离开催化剂表面向外扩散。催化剂

13、按照型式主要分为板式、蜂窝式、波纹式三种如下图，其中板式、蜂窝式是主流产品。板式催化剂蜂窝式催化剂波纹板式催化剂第四节SCR催化剂的堵塞磨损一、飞灰对催化剂的堵塞及磨损SCR突出的问题是烟气中的灰尘浓度普遍较高，高灰对SCR带来的最大的挑战是催化剂堵塞风险和磨损风险，无论何种形式的催化剂都有被高灰堵塞或磨损的可能。催化剂的磨损和各种因素有关，包括烟气中的含尘浓度、烟气流速、入射角、粒径、运行时间和催化剂的硬度。煤燃烧后所产生的飞灰绝大部分为细小灰粒，由于烟气流经催化反应器的流速较低,一般为6ms左右，气流呈层流状态，细小灰粒聚集于SCR反应器上游，到一定程度后掉落到催化剂表面，如下图所示。由此

14、，聚集在催化剂表面的飞灰就会越来越多，最终形成搭桥造成催化剂堵塞。烟气中除了细小灰粒，也可能存在部分粒径较大的爆米花状飞灰颗粒，一般大于催化剂孔道尺寸，会直接造成催化剂堵塞。为了防止飞灰搭桥堵塞催化剂孔道，可在每层催化剂上方安装吹灰器，还可在第一层催化剂上方安装隔栅网，用于拦阻、破碎大尺寸的爆米花状飞灰。飞灰的影响大颗粒:堵塞催化剂入口降低效率，增加压降通常较容易除掉小颗粒:堵塞傕化剂活性孔洞,较难除棹催化剂堵塞图示二、CaS04对催化剂的堵塞飞灰中的CaO和SO,反应生成CaSOi,从而导致催化剂微孔堵塞，该中毒机理分四步进行：第一步，CaO颗粒附着在催化剂的微孔上；第二步，SO?从烟气流中

15、扩散到CaO颗粒并且将其包裹；第三步，S(渗透到CaO颗粒内部；第四步，SOs扩散到CaO颗粒内部后，电厂除灰、脱硫、脱硝培训教材反应生成CaSO使颗粒体积增大大约14%,从而把催化剂微孔堵死，使N1和NO无法扩散到微孔内部，导致催化剂失活。三、防止催化剂堵塞磨损措施1、合理设计系统捕捉大粒径灰在烟道恰当的部位设置灰斗和挡灰屏，也可以通过控制烟气上升段气流流速适当控制大粒径灰。如在省煤器的灰斗中加装隔板、挡板和垂直屏，在垂直流动方向上，加装隔板和有角度的屏。2、选择合理的空塔流速在反应器中，如果烟气流速过高，则大粒径灰对催化剂端部的冲击也随之增大，同时对壁面的磨损也会增加，反之，如果烟气流速设计过低，当锅炉在低负荷运行时，则容易在烟道拐角处积灰，造成催化剂堵塞。3、确保流场分布均匀通过数值模拟和冷态模型试验对实际流场进行优化设计，以确保到达第一层催化剂的流场分布均匀。4、选