脱硝系统简介
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脱硝系统简介. 目录. 一:原理及工艺流程………………. 3  二: 系统组成……………………… 5 三:催化剂…………………………. 7 四: SCR 简介………………………. 9 五:氨区简介……………………… 21 六:运行情况……………………….22 七:检修情况………………………. 24 八:优化建议……………………... 26. 一:原理及工艺流程. 在 SCR 脱硝工艺中,氮氧化物在催化剂作用下被氨还原为无害的氮气和水,不产生任何二次污染,反应通常可在温度250~450 o C 下进行,其化学反应如下:

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脱硝系统简介


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目录

  • 一:原理及工艺流程……………….3 

  • 二:系统组成………………………5

  • 三:催化剂………………………….7

  • 四:SCR简介……………………….9

  • 五:氨区简介………………………21

  • 六:运行情况……………………….22

  • 七:检修情况……………………….24

  • 八:优化建议……………………... 26


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一:原理及工艺流程

在SCR脱硝工艺中,氮氧化物在催化剂作用下被氨还原为无害的氮气和水,不产生任何二次污染,反应通常可在温度250~450oC下进行,其化学反应如下:

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O

SCR脱硝系统的工艺流程示意图如下图所示。脱硝系统的工艺装置主要组成部分包括两个装有催化剂的反应器、两个液氨存储罐及一套氨气注入系统。来自存储罐的液氨靠自身的压力进入蒸发器中,被热水加热蒸发成氨气。从氨气积压器出来的氨气经由稀释风机来的空气在氨气/空气混合器混合稀释,通过注入系统被注入到烟气中,被稀释的氨气和烟气在SCR前被充分混合均匀后进入两层催化剂,进而产生化学反应,氮氧化物就被脱除。


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一:原理及工艺流程


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二:系统组成

1 、SCR反应器及辅助系统

SCR反应器和辅助系统是脱硝系统的核心部分,主要由带膨胀节的进出口烟道、导流板、均流板、灰斗、立式反应器催化剂的方形支撑、注氨格栅、催化剂和吹灰装置组成

2 、液氨卸载和存储系统

液氨卸载和存储系统用于把液氨从槽车上卸载下来,并存储在液氨存储罐内。系统有两台卸料压缩机、两个储氨罐、一个废氨稀释罐、氨气泄漏检测仪和报警系统等组成。

3 、注氨系统

注氨系统包括液氨蒸发槽、氨气积压器、稀释风机、氨控制阀、氨气/空气混合器、注氨格栅以及相应的辅助设施。

4、安全辅助设施

由于液氨和氨气均是危险的化学制品,无水氨和空气混合后的浓度在


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二:系统组成

16 %~25%(V/V)遇火源容易发生燃烧和爆炸。人体如果与氨直接接触,会刺激皮肤,灼伤眼睛,并导致头痛、恶心、呕吐等,严重的话还会中毒死亡。因此如果出现氨泄漏将会极易引起事故。在氨卸载和存储系统、注氨系统均配置一些安全辅助设施。

在整个氨存储和制备区域安装有消防喷淋系统,四个氨泄漏检测仪。

在氨存储和制备区域还安装有一套氮气吹扫系统,氮气储存在储存罐中。

另外,在氨存储和制备区域还安装有淋浴设备和洗眼器,水源来自电厂生活水系统。

5 、压缩空气系统

脱硝系统安装有两台25m3/min的空压机,主要是用于脱硝系统的干除灰系统的输送用气。脱硝系统的仪用压缩空气由机组的仪用压缩空气提供。

6、干除灰系统

在每个SCR反应器,有3个灰斗,靠自重下来的飞灰沉积在灰斗,然后通过干除灰输送系统用压缩空气把飞灰输送至机组的4号或6号粗灰库。


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三:催化剂

  • 台山项目使用的是丹麦托普索公司生产的DNX-864型催化剂,适用于烟尘含量高的环境。特别是对燃煤锅炉的SCR系统。DNX-864催化剂的水力直径为6.4 mm,相当于孔径7.2mm。

  • 托普索公司脱硝催化剂是以加强纤维的TiO2为载体,催化剂本身有许多渗孔。载体被均匀地浸渍上SCR的活性成分WO3和V2O5。具有高表面积、多孔结构的催化剂使活性成分均匀地散布在所有表面上,从而具备更大面积的活性。运用独特的生产工艺,催化剂具备良好定义和绝佳控制的孔径分布,从而带来一种非常高且有同样性质的催化剂。重量上,纤维加强型催化剂比传统的板式或挤压形催化剂轻很多。

  • 催化剂有VE422EE和VE422EES两种模块,包括16个催化盒。模块的尺寸大约为L×W×H=1.88m×0.95m×1.45m ,重量大约为900kg。模块包括一个顶部钢丝网栅格,此栅格由足够的强度支撑步行。


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三:催化剂

  • 日常运行中主要关注以下几个参数:

  • 反应器入口/出口氮氧化物的量;

  • 脱硝催化剂的入口温度;

  • 通过反应器的阻力降;

  • 氨消耗的控制;

  • 反应器氨逃逸的量;

  • 氧含量;

  • 烟气流量或其他决定操作速度;

  • 吹灰情况;


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四:SCR简介

  • 脱硝加装于锅炉省煤器至空预器之间的烟道上,整体布置在送一次风机上部。系统不设置旁路烟道,进出口无挡板门。

  • SCR分为AB两侧,两侧烟道独立,对称布置,烟道内部采用导流板降低系统阻力。

  • 在SCR入口处有喷氨格栅和星型混合器,氨气和稀释风经过喷氨层喷嘴进入烟道内部,然后经过星型混合器产生扰流来加强与烟气的混合均匀程度。

  • 经过两个90度烟道弯头后,混合均匀的烟气进入催化剂上层的均流板。均流板为500mm高垂直布置的蜂窝状通道,起到稳流和均布烟气作用,并且保证烟气垂直进入催化剂。


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四:SCR简介

  • 经过均流板后进入两层催化剂,然后经出口烟道进入空预器。催化剂有一层预留安装位置。

  • 在每侧每层催化剂上有4台耙式吹灰器,采用辅汽进行吹扫。现安装了16吹灰器。

  • 在脱硝催化剂底部水平烟道上有灰斗和输灰系统,对积存的灰进行定期输送。输灰系统设置有两台空压机。两侧共6台输灰仓泵,公用一根母管输灰。

  • 在出口烟道平台中间位置安装有两台稀释风机,一用一备,主要是用于稀释纯氨,喷入烟道。

  • 脱硝入口有温度表、压力表、脱硝出口设置两台氨分析仪、氮氧化物分析仪、氧表、温度表、压力表、催化剂差压表。


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星型混合器

上图为星型混合器示意图:


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喷氨喷嘴

喷氨喷嘴,停运后检查喷嘴口有积灰,但是喷口均无堵塞情况


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星型混合器及喷氨层

星型混合器

氨气喷嘴

烟气流向


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催化剂入口均流板

第一层催化剂入口的均流板,高度为500mm,下部即为吹灰器


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催化剂试样盒

催化剂试样盒安装在烟道壁面,定期取样送检。


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催化剂表面积灰

局部区域有少量积灰,类似这种情况在催化剂表面小修中发现有两处,分析为顶部导流板上大量灰同时落下,未及时吹扫干净,因为吹灰器喷嘴未发现堵塞,也未发现沿途有堵塞。


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催化剂

催化剂结构,采用的是直通型流道,不易堵灰。波纹板和平板间隔布置。


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脱硝入口导流板

脱硝导流板采用角钢支架螺栓固定,局部点焊固定,在入口流速高的情况下,导流板的强度不高,则容易导致振动,焊口开裂,螺栓松脱,最终导致导流板断裂。喷氨层入口导流板断裂则将导致喷氨区烟气流速分布不均。今年性能试验时就由于导流板断一个后,流速变化,注氨门均进行了调整。我们采用了增加支架,满焊的措施加固。


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密封片

上部为耙式吹灰器的喷嘴管,下部为催化剂模块之间的密封片,检查中发现部分密封片有松脱,导致内部积灰,烟气走旁路。


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吹灰器

一个吹灰器吹灰管覆盖两个催化剂模块,离催化剂表面500mm高度,催化剂表面有钢丝网,模块间有密封片,减少旁路烟气流通。


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五:氨区简介

  • 氨区设置两台卸氨压缩机,参数为36ton/hr, 30HP

  • 氨区设置两台液氨罐,尺寸为Φ3.5mx13.178mL,每个储氨罐的实际储存容量为79m3(22.2 kg/cm, 55 ℃),并且锅炉BMCR工况下纯氨的消耗量可以满足10天(20小时/天)的用量。储氨罐的上部至少留有全部容量的15%的汽化空间。

  • 液氨从液氨罐经两台蒸发器将液氨蒸发为气态,蒸发器蒸发量为500kg/hr,蒸发器用辅汽进行加热。

  • 气态氨再汇集到缓冲槽,经过稳压后由氨气管道输送到SCR区的氨混合器。缓冲槽参数为1.280mDx2.732mH, 3.3m3, 22kg/cm2

  • 各部分的废氨汇集到一个10m3氨稀释槽,稀释槽内用工业水进行稀释,稀释后的废水进入地坑,由地坑泵送至除灰渣回水系统。

  • 氨区还设置有4台漏氨检测仪,一套消防喷淋系统。


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六:运行情况

  • 按照催化剂的使用说明,进入催化剂内部任意一点的温度均要超过280度(低温喷氨容易形成硫酸氢氨、即ABS),要达到这个值,则必须保证进入催化剂表面的平均温度不能低于290度。设计温度为365度,最高温度不超过400度(高报警),到430度时高高报警(此时停止注氨),300度为低报警,290度为低低报警(此时停止注氨)。运行执行标准为高于317度后才能喷氨。从日常曲线可以看出,降负荷至460MW负荷时,烟气温度就已经降到了317度,此时喷氨也停止。升负荷过程则不相同,运行一般到510MW至550MW左右才能将烟气温度升高至320度以上。所以脱硝的投运情况与系统负荷直接相关。另一方面也说明锅炉的效率设计应当考虑到脱硝系统对温度的要求,综合送一次风及锅炉排烟温度多方因素进行考虑。

  • 催化剂两层总压降报警值为50H2O(即500Pa),当差压上升而无法降低时说明催化剂有堵塞情况,而堵塞可能有灰渣堵塞、硫酸氢氨黏附、催化剂本体损坏等原因。台电5号机小修前脱硝A/B侧压


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六:运行情况

降显示基本维持在20到40之间,但是小修后到最近,差压最高基本都是在45Pa左右,整体差压有升高,说明催化剂表面情况有恶化,需要提示运行人员增加吹灰时间或频率。另一方面也说明小修停运后,潮气及冷风进入催化剂,使部分飞灰黏附加剧,致使启动后差压有所上升。说明机组停运时的催化剂保养至关重要。

  • 氨逃逸率是在催化剂下游安装的氨气浓度检测来测量。当氨气浓度大于2ppm时报警,当大于5ppm时要求停止喷氨。从投运至今的情况来看,氨逃逸率超过5ppm的情况非常少,但是由于脱硝入口没有氨分析仪,所以无法对实际效率及催化剂实际状态进行有效的评估。因为只有在保证实际效率超过设计值时氨逃逸率不超标才能说明催化剂状态良好。


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七:检修情况

1、烟道导流板断裂,脱落:脱硝入口烟道由于烟道尺寸小,风速高,导流板受力大,加上烟气中含粉尘量大,对导流板及烟道支撑均产生严重磨损。而导流板的损坏则导致进入喷氨层烟气流场流速偏差大,流场偏差大则又导致喷氨层各部位喷氨量不能均匀混合,从而降低脱硝效率。

2、氨泄漏:投产至今主要发生了两类氨泄漏,一处为液氨罐温度套管焊接部位泄漏,主要是由于温度套管选型不当,密封不良,后将此套管与温度计焊接后安装,投运正常。另一处则为氨管路上一排污阀短管焊接部位泄漏,主要是焊接工艺差造成。另一类则是密封材料受氨冷热变化后造成变形不能恢复,密封效果变差后泄漏,主要是阀门内的O型圈,后更换为硬质四氟乙烯板后正常。另外氨区的各部位连接螺栓锈蚀严重,对法兰连接强度是一个隐患,建议投产前就全部采用不锈钢螺栓进行连接。液氨罐泄漏是重点要防止的,主要是从系统上采用可以倒罐的管道布置,另外则是对密封材料及锈蚀螺栓定期更换。


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七:检修情况

3、灰管道磨损:我厂脱硝系统投产后,灰管多次发生磨损泄漏事件,由于灰管与氨管并列布置,动火风险大,所以一直是难题。主要问题在两个方面,一是输灰压力太高,二是管道全程焊接,无法兰连接或伸缩节,灰管弯头部位磨损后只能补焊或做耐磨层修补。治理措施主要是对输灰压力进行调整,保证能正常输送则可。管道弯头部位采用耐磨陶瓷弯头,并且弯头采用法兰连接安装,即使损坏也便于拆卸焊接。

4、催化剂模块密封板变形、部分催化剂堵灰:停运时检查时发现部分不锈钢密封板变形,催化剂模块之间形成旁路,造成部分模块之间积灰。另外催化剂表面有局部区域有积灰,无法清通,从而形成永久性堵塞。催化剂的小人孔部位有大量的积灰,每次停运进入之前应当人工清理出来,而不能直接将冷灰直接推入催化剂表面,这样将导致冷灰将催化剂局部堵塞。催化剂上层烟道导流板上设计有吹灰管道,运行中应当定期投入吹扫,避免积灰过多后瞬间大量灰落到催化剂表面,形成局部堵灰。同时建议大修中将催化剂表面用防雨布遮盖,这样可以避免灰块落到催化剂表面。


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八:优化建议1

1、硝入口加装一套氮氧化物分析仪:

由于AB两侧同样来自锅炉尾气,烟气中的氮氧化物含量不会偏差多少,所以在脱硝喷氨层之前加装一套氮氧化物分析仪表对脱硝的实际效率将会有一个准确的评定,对催化剂的实际使用情况也将有一个动态的掌握,对催化剂的使用寿命和再生的周期可以提供一个很好的依据。对氨逃逸率的分析也有利。


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八:优化建议2

2、脱硝出口加装烟气取样枪:

一般的脱硝出口取样均在尾部水平烟道上,此处位置不能正确的反应催化剂各个部位的真是情况。而由于脱硝催化剂层烟道纵深有近9米,所以只用一般的采样枪无法对催化剂下部的烟气流场和烟气成分按照网格法进行细致的划分取样,不能正确的反应催化剂各个位置的使用情况,因此需要在催化剂最底层加装多台取样枪,如此以来,则可很方便的在日常运行中对出口烟气进行取样和分析。此枪我厂已经画图定制,预计在明年大修中安装。


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八:优化建议3

3、加装除湿机:

托普索公司的说明书上建议在停机检修期间,保持催化剂空间内相对湿度低于70%,这样可保证催化剂内和表面的灰尘颗粒不会变硬和黏附。因为变硬的灰尘颗粒会堵塞催化剂表面及内部微孔,导致催化剂活性降低。而我厂位处沿海,空气相对湿度较大,特别是在春夏之际,梅雨季节持续时间较长,如果在此期间进行大小修,整个环境湿度经常高于90%以上。如此高的湿度,对催化剂的保养是极其不利的。在5号机小修而期间属于南方雨季,空气湿度大,小修结束后,催化剂层整体差压已经上升了50Pa。通过可行性方案对比,我们认为在催化剂底部通入热干燥风,再在催化剂上部覆盖防雨布,使催化剂部分的空间维持一个干燥状态,如此则可保证催化剂不受潮。


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八:优化建议4

4、催化剂内部加模块型试样盒

催化剂的使用寿命都是需要催化剂生产厂家对其催化性能进行定期检测,而试样一般都安装在烟道壁面,并且为片状存放。试样无法存放在有代表性的位置,因此对其进行检验不能很好的说明整个催化剂层的状况。因此我们要求厂家制作新型的试样(一个大模块,中间含有9个小模块,可以分批此取出检验),此试样可以安装在催化剂模块中间,与催化剂模块一道接触烟气、飞灰、及吹灰器的蒸汽。如此工况相同后,定期取一个返厂检验,并且要求厂家建立所供货催化剂的使用情况跟踪台帐,由催化剂厂家来对我们的催化剂进行寿命管理。


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八:优化建议5

5、定期试验,对入口烟气流速进行测量,对喷氨阀门进行调整。

定期试验可以找到我们系统的阴性缺陷,比如说导流板损坏造成的流速不均等。


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八:优化建议6

6、锅炉设计时考虑脱硝的投运温度

我厂脱硝系统就由于温度限制而不能在低负荷时正常投运,这与锅炉换热面积有关,5号机组换热面积有增加,排烟温度相对低,脱硝投运温度无法正常使用。此问题需要脱硝设计人员与锅炉设计人员共同解决。


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八:优化建议789

7、烟道导流板加强,入口支撑采用防磨护板,各易磨损部位采用补强:

8、对输灰管道进行改造,采用法兰连接,更换陶瓷弯头,优化输灰压力,减轻输灰对管道的磨损。

9、密封材料:液氨罐密封材料定期更换,比如一个大修周期全部解体更换。螺栓采用不锈钢螺栓。不能采用冷热变形过大的密封材料。由于管道法兰垫片损坏发生过多次泄漏,因此只要是接触氨气的管道应当杜绝使用橡胶垫片做法兰垫片。


2007 9 5

谢谢!--国华台电 2007.9.5


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