SCR脱硝原理及工艺SCR脱硝原理及工艺 NOXNH3 N2H2O 4 NO + 4 NH3+ O24 N2+ 6 H2O 3 N2+ 6 H2O4 NO2+ 2 NH3 + O2 基本反应方程式基本反应方程式 副作用方程式副作用方程式 SO2+ 1/2 O2 NH3+ SO3+ H2O SO3 NH4HSO4 SCR脱硝原理 SCR脱硝效率的主要影响因素 1. 催化剂 ? 催化剂的活性 ? SCR反应选择性 ? 催化剂的钝化 2. 反应温度 3. n(NH3)/n(NOx) NH3/NOx摩尔比与氨泄漏、脱硝率的关系 4. 接触时间 5. Sv值 ? Sv即空速(h-1)，指烟气流量与催化剂体积之 比。 a) 高含灰布置方案高含灰布置方案 选择性催化还原法(选择性催化还原法( SCR)常规布置方式SCR)常规布置方式 b) 低含灰低含灰/尾部布置方案尾部布置方案 高含尘布置方案的技术特点高含尘布置方案的技术特点 ?烟气未经过除尘，烟气未经过除尘，烟气中重金属，烟气中重金属，SO2等等 含量较高，对催化剂的活性存在不利影含量较高，对催化剂的活性存在不利影 响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。响，容易造成下游设备和反应器本体堵灰。 ?反应温度比较合适反应温度比较合适(300400)，运行费，运行费 用较低用较低 ?对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加对于高含尘烟气，催化剂烟气通道必须加 大以避免堵灰，这样会降低催化剂的比面大以避免堵灰，这样会降低催化剂的比面 积，从而会增大催化剂的用量。积，从而会增大催化剂的用量。 ?钢材耗量较大。钢材耗量较大。 a) 高含灰布置方案高含灰布置方案 低含尘布置方案的技术特点低含尘布置方案的技术特点 ?飞灰含量小飞灰含量小，适用于场地无法按照高含尘方，适用于场地无法按照高含尘方 式布置的改造项目或烟气中毒性物质过高的式布置的改造项目或烟气中毒性物质过高的 情况。情况。 ?烟气温度低于反应温度，烟气温度低于反应温度，需要辅助热源进行需要辅助热源进行 烟气再热烟气再热，可以采用蒸汽加热或二次燃烧加，可以采用蒸汽加热或二次燃烧加 热，一般再热系统需要增加约热，一般再热系统需要增加约3%的厂用电率。的厂用电率。 ?由于大部分毒性物质和灰尘已经在除尘和脱由于大部分毒性物质和灰尘已经在除尘和脱 硫装置中脱除，所以硫装置中脱除，所以催化剂寿命可以大大延催化剂寿命可以大大延 长。长。 ?可以选用较小的催化剂烟气通道，大大提高可以选用较小的催化剂烟气通道，大大提高 催化剂的比面积，从而催化剂的比面积，从而降低催化剂的整体用降低催化剂的整体用 量，降低初投资和催化剂更换运行费用。量，降低初投资和催化剂更换运行费用。 b) 低含灰低含灰/尾部布置方案尾部布置方案 省煤器 混合器 液氨蒸发槽 氨气缓冲罐 空预器 锅炉 脱硝装置 稀释风机 液氨储罐 选择性催化还原法(选择性催化还原法( SCR)系统工艺流程SCR)系统工艺流程 系统主要组成: SCR反应器及催化剂 烟道系统 氨储存供应系统 氨喷射及混合系统(AIG) 控制系统 电气部分 演示演示 氨区主要设备组成 卸料压缩机 储氨罐 氨蒸发槽 氨气缓冲罐 氨稀释槽 废水池 管道及阀门等附件 省 煤 器 混合器 液氨蒸发 槽 氨气缓冲罐 空预 器 锅炉 脱硝装置 稀 释 风 机 液氨储罐 SCR工艺系统氨区（一）工艺系统氨区（一） ?无色、有强烈刺激性气味的气体；无色、有强烈刺激性气味的气体； ?在标准状况下，密度（在标准状况下，密度（ 0.7708 kg/m3）小于空气；0.7708 kg/m3）小于空气； ?易液化，在常压下冷却至33.5或在常温下加压至易液化，在常压下冷却至33.5或在常温下加压至 700kPa800kPa气态氨就液化成无色液体,液氨常用700kPa800kPa气态氨就液化成无色液体,液氨常用 作制冷剂；作制冷剂； ?属于有毒类化合物，接触要小心；属于有毒类化合物，接触要小心； ?极易溶于水（1：700），溶液是碱性物质极易溶于水（1：700），溶液是碱性物质 氨的一般性质氨的一般性质 氨区设计遵循的标准和规范氨区设计遵循的标准和规范 国家有关标准和规范：国家有关标准和规范： 建筑设计防火规范建筑设计防火规范GB50016-2006 GB50016-2006 石油化工企业设计防火规范石油化工企业设计防火规范GB50160-1992 GB50160-1992 石油化工储运系统罐区设计规范石油化工储运系统罐区设计规范SH3007-1999 SH3007-1999 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-1992 GB50058-1992 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3063-1999 危险化学品重大危险源辨识危险化学品重大危险源辨识GB18218-2009GB18218-2009 氨区布置原则氨区布置原则 布置的原则布置的原则 （1）区域规划（全年最小频率风向的上风侧）（1）区域规划（全年最小频率风向的上风侧） （2）确定罐区与周边建筑物的防火间距（2）确定罐区与周边建筑物的防火间距 （3）确定罐区与厂内主要道路及次要道路的防火间距（3）确定罐区与厂内主要道路及次要道路的防火间距 （4）确定罐区内设备的防火间距（4）确定罐区内设备的防火间距 （5）罐区要设防火堤（5）罐区要设防火堤 （6）罐区要设遮阳蓬（6）罐区要设遮阳蓬 （7）罐区要设冷却喷淋（7）罐区要设冷却喷淋 （8）罐区要设消防通道（8）罐区要设消防通道 SCR系统工艺流程液氨SCR系统工艺流程液氨 液氨储罐液氨储罐 蒸发器内部结构蒸发器内部结构 氨气缓冲罐氨气缓冲罐 氨蒸发槽氨蒸发槽 氨稀释槽氨稀释槽 卸料压缩机卸料压缩机 SCR系统工艺流程尿素SCR系统工艺流程尿素 还原剂比较还原剂比较 项目液氨液氨氨水氨水尿素尿素 反应剂费用便宜1.0较贵1.50最贵1.50 运输费用便宜贵便宜 安全性有毒有害无害 存储条件高压常压常压，干态 储存方式液态液态微粒状 初投资便宜贵贵 运行费用 便宜，需要 蒸发液氨 贵，需要高热量蒸 发水和氨 贵，需要高热量水 解尿素和蒸发氨 设备安全要求有法律规定需要基本上不需要 SCR工艺系统氨与稀释风的混合（二）SCR工艺系统氨与稀释风的混合（二） 稀释风与氨气的混合作用稀释风与氨气的混合作用 ?将氨稀释到浓度为将氨稀释到浓度为5； ?使氨气分布更加均匀；使氨气分布更加均匀； ?增加动能，提高氨气的扩散能力。增加动能，提高氨气的扩散能力。 我的爆炸浓度范围为我的爆炸浓度范围为 1528%,请让我远离请让我远离 这个数值吆！这个数值吆！ 混合器 液氨蒸发槽 氨气缓冲罐 空预器 锅炉 脱硝装置 稀释风机 液氨储罐 稀释风从送风机出口选取稀释风从送风机出口选取 ?降低造价降低造价 ?现场布置简单现场布置简单 氨/空气混合器氨/空气混合器 ?保证氨和烟气的均匀混合保证氨和烟气的均匀混合 ?NHNH3 3/NOx沿烟道截面均匀的分布/NOx沿烟道截面均匀的分布 氨喷射格栅(AIG)氨喷射格栅(AIG) NH3喷射格栅 SCR工艺系统喷氨系统（三）SCR工艺系统喷氨系统（三） 调整氨的流量分配阀门调整氨的流量分配阀门 NHNH3 3/NOx分布不均匀状况的调节/NOx分布不均匀状况的调节 恶劣的流速分布将导致恶劣的流速分布将导致 NH3/NOxNH3/NOx 的严重不均匀的严重不均匀 通过注氨量的局部微调通过注氨量的局部微调 达到达到 NH3/NOx的均匀分布NH3/NOx的均匀分布 CV=44% CV=8% Center of boiler Center of boiler 端部阀门调节端部阀门调节后后 端部阀门调节前端部阀门调节前 SCR工艺系统烟道部分（四）工艺系统烟道部分（四） 烟道布置和作用烟道布置和作用 烟道布置要简洁、流场通顺；烟道布置要简洁、流场通顺； 有利于氨与烟气的自然混合；有利于氨与烟气的自然混合； 烟气阻力降小；烟气阻力降小； 烟道内布置混合器、导流板等。烟道内布置混合器、导流板等。 烟道的组成烟道的组成 反应器入口烟道；反应器入口烟道； 反应器出口烟道；反应器出口烟道； 省煤器旁路烟道；省煤器旁路烟道； 反应器旁路烟道。反应器旁路烟道。 省煤器旁路省煤器旁路 省煤器旁路省煤器旁路 作用：作用： 机组在低负荷运行时，保证SCR入口机组在低负荷运行时，保证SCR入口 烟气温度。一般对SCR入口温度的要烟气温度。一般对SCR入口温度的要 求求大约是大约是300300400400 。 缺点：缺点： 系统复杂，增加控制的复杂性；系统复杂，增加控制的复杂性； 需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。 需要设置密封风机，增加厂用电。需要设置密封风机，增加厂用电。 反应器旁路反应器旁路 反应器旁路反应器旁路 作用：作用： 用来在锅炉启动和停止期间或紧急状况用来在锅炉启动和停止期间或紧急状况 下隔离SCR反应器，使催化剂不受到损害；下隔离SCR反应器，使催化剂不受到损害； 机组在长期不脱硝时隔离SCR装置以节约机组在长期不脱硝时隔离SCR装置以节约 引风机的电耗。引风机的电耗。 。 缺点：缺点： 系统复杂，增加控制的复杂性；系统复杂，增加控制的复杂性； 需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。需要设置旁路烟道和挡板门，增加投资。 需要设置密封风机，增加厂用电。需要设置密封风机，增加厂用电。 烟气流场的要求: 氨气与烟气的充分混合和流场均匀性是保证脱硝装置性能的关键氨气与烟气的充分混合和流场均匀性是保证脱硝装置性能的关键 ?确保NOX/NH3分布均匀 ?确保烟气速度均匀 ?减小烟气温度偏差 ?获得最小的烟气压降 ?防止积灰 在反应器第一层催化剂的上部条件是： 速度最大偏差：平均值的15% 温度最大偏差：平均值的10 NH3/NOx混合不均匀性：5 烟气入射催化剂角度（与垂直方向）：10 空预器 锅炉 脱硝装置 SCR工艺系统工艺系统 CFD和实物模型试验（五）和实物模型试验（五） 氨与烟气均匀混合措施氨与烟气均匀混合措施 ? 氨与稀释风的混合设计（混合器） ? 喷氨格栅设计（AIG） ? 反应器入口设计（筛网平板） ? 烟道内部件设计（导流板，静态混合器等） ? 计算机流场模拟（CFD）和实体物理模型试验（Flow model） 最终混合措施的确定依据；所有SCR工程都需要做CFD Flow model 烟道内的导流/混合装置烟道内的导流/混合装置 氨和烟气的混合装置：氨和烟气的混合装置： 通过烟道自然混合；通过烟道自然混合； 使用烟道结构件进行混合，使用烟道结构件进行混合， 如导流板、静态混合器等如导流板、静态混合器等 混合装置混合装置 CFD软件（Computational fluid Dynamics）是计算 流体力学软件的简称，是专门用来进行流场分析、 流场计算、流场预测的软件，相当于虚拟地在计算 机上做试验，用以模拟仿真实际的流动状态。 CFD = 流体力学热学数值分析计算机科学 流体力学：层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体 热学：热力学和传热学 数值分析：解析计算方程 计算机科学：计算机语言、图形技术、图表 计算机计算机CFD模拟流场的建立模拟流场的建立 ?确保NOX/NH3分布均匀 ?确保烟气速度均匀 ?减小烟气温度偏差 ?获得最小的烟气压降 CFD设计示例（黄岛电厂）设计示例（黄岛电厂） 均匀的流场有利于： 氨与NOx充分反应，保证脱硝效率； 降低氨的逃逸率，减少氨对灰分 和环境的影响； 减少催化剂出现局部磨损； 降低烟气阻力。 实体物理模型（