选择性催化还原技术在超超临界燃煤机组脱硝的应用

2012-07-28徐灏

应用能源技术 2012年6期

徐灏

(浙江天地环保工程有限公司，杭州 310003)

0 引言

火电在我国装机总容量中占有相当大的比例。大气中的NOX有90%来自燃烧产物，其中火电厂的排放量约占总量的50%。NOX的大量排放将形成温室气体、酸雨、光化学烟雾，严重污染环境，威胁人类健康。NOX排放控制可以分为低NOX燃烧技术和烟气脱硝技术两类。低NOX燃烧技术已经广泛应用于大多数燃煤锅炉，在环保排放要求日益严格的情况下，以选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)为代表烟气脱硝工艺具有脱硝效率高、技术成熟的特性，大量应用于燃煤电站脱硝。

浙能乐清发电厂二期#3、#4机组采用上海锅炉厂660 MW超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉。为满足环保要求，该工程采用SCR脱硝装置，与主体工程同步设计、施工、投产。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况(BMCR)、处理100%烟气量条件下，脱硝系统设计脱硝效率不小于65%，并预留80%脱硝效率空间。

1 SCR脱硝原理

通常以NH3作为还原剂，在300～420℃温度范围内，在催化剂的作用下，烟气中的NOx被选择性还原成氮气和水。主要反应机理如下:

2 设计参数

乐清发电厂二期SCR脱硝系统设计参数见表1:

表1 SCR脱硝系统设计参数

3 工艺流程及关键设备

3.1 工艺流程

工程脱硝还原剂采用纯度为99.6%以上的液氨。液氨储罐中的液氨经蒸发器加热后蒸发为氨气，经氨气管道输送到SCR区域，与空气混合成体积浓度小于5%混合气体，由喷氨格栅(AIG)喷入入口烟道。来自锅炉省煤器出口的烟气进入脱硝系统烟道，在烟道内与氨气充分混合均匀后进入SCR反应器。在反应器内，烟气中的氮氧化物与氨在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成氮气和水，从而完成脱硝过程。脱硝后的净烟气从反应器底部流出，经出口烟道进入下游的空气预热器。该系统工艺流程见图1。

图1 烟气脱硝装置工艺流程

3.2 关键设备

3.2.1 烟道及反应器

工程SCR反应器采用高尘布置方式，布置在省煤器出口与空预器入口之间。一台机组设置两台SCR反应器，反应器前入口烟道上布置有网格状的喷氨格栅。

通过运用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)进行数值模拟，对脱硝系统烟道中的导流装置进行优化设计，使喷氨格栅及催化剂层入口的烟气流场满足设计要求，系统阻力降也在设计范围之内。经过CFD优化后，第一层催化剂入口处的NH3/NOX摩尔比偏差小于5%，速度偏差小于15%，流场分布趋于均匀。速度矢量图见图2。

图2 CFD优化后的速度矢量图

每台SCR反应器宽10 m、长16 m、高14.2 m，设计成烟气竖直向下流动。反应器采用通用型结构设计，能满足蜂窝式、平板式及波纹板式等任何形式催化剂的安装要求。反应器是标准的板箱式结构，辅以各种加强筋和支撑构件，以满足防震、承载催化剂、承受其它荷载和抵抗热应力的要求，并且与外界隔热。

催化剂的各模块间、催化模块与反应器墙壁间装设有密封装置，可保证烟气全部流经催化剂，避免烟气短路。

反应器进口设置均流格栅，以保证进入催化剂表面的进口烟气流场分布均匀，减少积灰和磨损。

每台反应器布置12台声波吹灰器(不含预留层)。

整个烟气系统不设省煤器旁路和反应器旁路，不设灰斗，烟道在适当位置配有足够数量和大小的人孔门和清灰孔，以便于烟道的维修和检查。SCR烟道及反应器布置见图3。

图3 SCR烟道及反应器布置图

3.2.2 催化剂

工程催化剂采用蜂窝式，在反应器内为2+1层布置，上面2层装设催化剂，下面1层为预留层。催化剂孔距7.1 mm，壁厚1.0 mm，每台炉初装两层催化剂，总用量约为337 m3。催化剂基材为TiO2，占催化剂组成的80%左右，活性物质为V－W－Mo，约占催化剂组成的10%。催化剂机械寿命不小于10年，化学寿命不低于24 000小时。

3.2.3 喷氨格栅

AIG布置在截面为3.8 m×11.2 m的入口烟道中，其布置面与烟气流动方向相垂直，与下游催化剂之间保持足够的混合距离。AIG布置见图4。