脱硝SCR法(中低温)

第一章 脱硝技术介绍

    SCR 脱硝系统是利用催化剂，在一定温度下，使烟气中的NOx 与氨气供应系统注入的氨气混合后发生还原反应，生成氮气和水，从而降低NOx 的排放量，减少烟气对环境的污染。其中SCR 反应器中发生反应如下：

4NO + 4NH3 + O2  4N2 + 6H2O                  (1)

6NO2 + 8NH3  7N2 + 12H2O                     (2)

NO + NO2 + 2NH3  2N2 + 3H2O                  (3)

SCR 脱硝工艺系统可分为氨水储运系统、氨气制备和供应系统、氨/空气混合系统、氨喷射系统、烟气系统、SCR 反应器系统和废水吸收处理系统等。

其中由氨水槽车运送氨水，氨水由槽车输入储氨罐内，并依靠氨水泵将储氨罐中的氨水输送到氨水蒸发罐内蒸发为氨气，与稀释风机鼓入的稀释空气在氨/空气混合器中混合后，送达氨喷射系统。在SCR 入口烟道处，喷射出的氨气和来自焦炉出口的烟气混合后进入SCR 反应器，通过两层催化剂进行脱硝反应，最终通过出口烟道回至余热锅炉，达到脱硝的目的。

第二章 方案编制输入条件

1. 概述

1.1 编制依据

(1) 中华人民共和国国家标准GB 16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》和临汾大气污染防治文件。

    (2) 中华人民共和国的有关法律、法规、部门规章及工程所在地的地方法规；

    (3) 现行有关的国家标准、规范，行业标准、规范及自治区级有关标准、规范；

    (4)业主提供的设计资料。

1.2 主要设计原则

   （1）选择符合环保要求的最经济合适的烟气脱硝工艺方案，烟气脱硝系统不能影响系统正常运行；

   （2）烟气脱硝工程尽可能按现有设备状况及场地条件进行布置，力求工艺流程和设施布置合理、操作安全、简便，对原机组设施的影响最少；

   （3）对脱硝副产物的处理应符合环境保护的长远要求，尽量避免脱硝副产物的二次污染，脱硝工艺应尽可能减少噪音对环境的影响；

   （4）脱硝工程应尽量节约能源和水源，降低脱硝系统的投资和运行费用；

   （5）脱硝系统年运行小时数按8000小时，脱硝系统可利用率98%以上；

   （6）SCR装置按反应器出口NOx含量150mg/Nm3以下达到环保要求。

第三章 系统设计指标

1. NOx脱除率、氨的逃逸率、SO2/SO3转化率

在下列条件下，对NOx脱除率、氨的逃逸率、SO2/SO3转化率同时进行考核。

（1) 焦炉50%THA-100%BMCR负荷；

（2) 入口烟气中NOx含量；

（3) 脱硝系统入口烟气含尘量不大于50mg/Nm3(干基)； 

（4) NH3/NOx摩尔比不超过保证值 1时；

（5) 烟气入口温度：设计

脱硝装置在性能考核试验时的NOx脱除率不小于80%，氨的逃逸率不大于10ppm，SO2/SO3转化率小于1%；

脱硝装置在附加层催化剂投运前，NOx脱除率不小于70%，氨的逃逸率不大于10ppm，SO2/SO3转化率小于1%；

    出口NOx环保要求值为＜150mg/Nm3，入口NOx含量应该＜600mg/Nm3 。

脱硝效率定义：

C2——脱硝系统运行时脱硝出口处烟气中NOx含量（mg/Nm3）。

氨的逃逸率是指在脱硝装置出口的氨的浓度。

2. 压力损失

从脱硝系统入口到出口之间的系统压力损失不大于1000Pa（100%BMCR工况，并考虑附加催化剂层投运后增加的阻力）。

3. 脱硝装置可用率

脱硝整套装置的可用率在最终验收前不低于98%。

脱硝装置的可用率定义：

A：脱硝装置统计期间可运行小时数。

B：脱硝装置统计期间强迫停运小时数。

C：脱硝装置统计期间强迫降低出力等效停运小时数。

4. 催化剂寿命

催化剂寿命为脱硝装置首次注氨后不低于24000小时，机械寿命40000小时。

催化剂寿命是指催化剂的活性能够满足脱硝系统的脱硝效率不低于第1条指标条件时催化剂的连续使用时间。

第四章 SCR系统设计

1. 方案设计原则

1.1 技术要求

为了与焦炉运行匹配，脱硝装置的设计必须保证在焦炉负荷波动时将有良好的适应特性。

脱硝装置必须满足如下运行特性：

（1）将能适应焦炉50%THA工况和100%BMCR工况之间的任何负荷，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。装置和所有辅助设备将能投入运行而对焦炉负荷和焦炉运行方式不能有任何干扰。而且脱硝装置必须能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行。

（2）整套系统及其装置将能够满足整个系统在各种工况下自动运行的要求，系统的的启动、正常运行监控和事故处理将实现完全自动化。

（3）在电源故障时，所有可能造成不可挽回损失的设备，将同保安电源连接。

（4）对于容易损耗、磨损或出现故障并因此影响装置运行性能的所有设备，即使设有备用件，也将设计成易于更换、检修和维护。

（5）烟道和箱罐等设备将配备足够数量的人孔门，所有的人孔门使用铰接方式，且能容易开/关。所有的人孔门附近将设有维护平台。

（6）所有设备和管道，包括烟道、膨胀节等在设计时必须考虑设备和管道发生故障时能承受最大的温度热应力和机械应力。

（7）设计选用的材料必须适应实际运行条件，包括考虑适当的腐蚀余量。

（8）所有设备与管道等的布置将考虑系统功能的实现和运行工作的方便。

（9）所有电动机的冷却方式不采用水冷却。

1.2 脱硝工艺系统设计原则

脱硝工艺系统设计原则包括:

（1）脱硝系统设置烟气旁路系统。

（2）脱硝反应器布置在锅炉前。

（3）吸收剂为氨水。

（4）采用蜂窝式催化剂。

（5）脱硝设备年利用小时按8500小时考虑。

（6）脱硝装置可用率不小于98%。

（7）装置服务寿命为30年。

1.3 脱硝装置主要布置原则 

    （1） 总平面布置

根据厂区总平面布置的规划，脱硝剂制备区域布置待定。

    （2） 管线布置

有汽车通过的架空管道净空高度为5米，室内管道支架梁底部通道处净空高度为2.2米。

2 SCR区主要设备

2.1 烟道

烟道将根据可能发生的最差运行条件进行设计。

烟道设计将能够承受如下负荷：烟道自重、风荷载、地震荷载、灰尘积累、内衬和保温的重量等。

烟道最小壁厚至少按5mm设计，烟道内烟气流速不宜超过15m/s。

在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处等，以及根据烟气流动模型研究结果要求的地方，将设置导流板。

为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别要注意考虑烟道系统的热膨胀，热膨胀将通过膨胀节进行补偿。

烟道将在适当位置配有足够数量测试孔。

2.2 SCR反应器

至少包括：

配套的法兰；反应器流场优化装置；进气和排空罩；反应器罩上的隔板；整流装置；催化剂层的支撑（包括预留层）；催化剂层的密封装置；催化剂吊装和处理所需的结构；在线分析监测系统等；

SCR反应器的设计将充分考虑与周围设备布置的协调性及美观性。反应器将设计成烟气竖直向下流动，反应器入口将设气流均布装置，反应器入口及出口段将设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位将设计必要的防磨措施。反应器内部各类加强板、支架将设计成不易积灰的型式，同时必须考虑热膨胀的补偿措施；

    反应器将设置足够大小和数量的人孔门；

反应器将配有可拆卸的催化剂测试元件；

在喷氨格栅处设置取样口测量浓度和烟气流速；

反应器上游和催化剂各层设置取样口，不间断测量NOX、O2、NH3等；

反应器出口设有取样口（每个催化剂模块设有一个）；

为了正常运行、开车和完成测试等工作设置足够数量的开孔；

反应器设计还将考虑内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置。

2.3 催化剂

  根据工况条件、催化剂的活性、用量进行SCR反应器内催化剂层数、种类和结构型式的设计，使其在任何工况条件下将氨的逃逸率控制在10ppm以内， SO2氧化生成SO3的转化率控制在1%以内。

催化剂的型式采用蜂窝式，根据飞灰的特性合理选择孔径大小并设计有防堵灰措施，以确保催化剂不堵灰，同时，催化剂设计将尽可能的降低压力损失。

    催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。催化剂各层模块一般将规格统一、具有互换性。

催化剂设计考虑燃料中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。

在加装新的催化剂之前，催化剂体积将满足性能保证中关于脱硝效率和氨的逃逸率等的要求。同时，乙方必须考虑预留加装催化剂的空间。

催化剂采用模块化设计以减少更换催化剂的时间。

催化剂模块采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊。

注：目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于320-450℃的中温催化剂，当反应温度低于300℃时，在催化剂表面会发生副反应，NH3与S03和H20反应生成（NH4）2S04或NH4HSO4减少与NOx的反应，生成物附着在催化剂 表面，堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性。另外，如果反应温度高于催化剂的适用温度，催化剂通道和微孔发生变形，从而使催化剂失活。因此，保证合适的反应温度是选择性催化还原法（SCR）正常运行的关键。

   因（NH4）2S04熔点(℃)： 230-280℃，NH4HSO4沸点350℃，故在工程设计中需加装烟气升温装置(或引用高温烟气），催化剂每运行1-2个月必须用高温烟气（350℃以上）对催化剂进行高温冲刷，防止铵盐的堵塞。

2.4 氨喷射系统

入口烟道设置一套完整的氨喷射系统，保证氨气和烟气混合均匀，喷射系统将设置流量调节阀，能根据烟气不同的工况进行调节。喷射系统将具有良好的热膨胀性、抗热变形性和和抗振性。

氨喷射系统使用喷氨格栅，保证氨气和烟气混合均匀。喷入反应器烟道的氨气为空气稀释后的含氨气的混合气体，每台炉配备二台稀释风机（一运一备），风机靠近脱硝装置布置。

2.5 吹灰系统

(1) 设计原则

按每台SCR反应器设置一套吹灰系统进行设计。

(2) 技术要求

为避免产生积灰堵塞催化剂对脱硝系统性能产生影响，本工程选择空气吹灰器进行清灰。每个反应器设置6个吹灰器进行吹灰(含备用层)，每层催化剂布置2个吹灰器。空气吹灰器所需空气参数如下： 

空气压力：0.7MPa

3. 脱硝剂存储、制备、供应系统

本工程采用氨水来制备脱硝剂。 

氨水储存、制备、供应系统包括储氨罐、氨水蒸发罐、废水罐、废水泵等。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。储槽中的氨水输送到氨水蒸发罐内蒸发为氨气，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入废水罐中，再通过废水泵打到污水处理场处理。

本工程共用脱硝剂存储、制备、供应系统，布置1个氨区。氨水储存和制备区域成岛布置，在全厂总平面的布置中由乙方统一设计。 

氨水贮存、制备系统主要设备。 

（1）氨水储罐 

氨水储罐的容量，7天的用量进行设计，本期工程设置1台氨水储罐。氨水储罐设有防太阳辐射措施，四周安装有事故喷淋管线及喷嘴，当氨水储罐罐体温度、压力过高时自动淋水装置启动，对罐体自动喷淋减温降压；

（2）氨水蒸发罐 

氨水蒸发所需要的热量采用热空气加热来提供。热空气通过空气换热器获得。

  （3）废水泵 

废水排到废水池，并通过废水泵排到厂区污水处理场系统。废水泵共设2台（一用一备）。 

  （4）氨气输送管道 

焦炉提供一根氨气输送厂区管道，由氨水贮存区到SCR区后送至反应器的喷氨格栅。

4. 烟气加热系统

因本项目烟气温度较低（大约280℃），考虑到中低温催化剂的脱硝运行成熟稳定、催化剂的成本及脱硝运行成本，故增设一套烟气加温装置。

    烟气加热系统主要包括：煤气燃烧器、煤气排水罐、煤气分配控制阀、煤气管道等。

5. 检修、起吊设施

对于催化剂的安装、更换及其它检修和维护需要的部位，设计全部的起吊设施和必要的轨道。

起重设施包括电动葫芦，安装在工字轨道或桥式轨道上。

电动葫芦为永久安装，提升能力为2t及以上（满足安装及检修最大的起吊重量要求）。

6. 仪表和控制系统

6.1 技术要求

SCR反应系统分别由DCS系统控制，控制盘柜就近找房间布置。同时，两者和单元机组DCS系统设有冗余双向通讯接口，运行人员通过脱硝DCS操作员站对氨区系统被控对象及工艺参数进行控制和监视，最终实现远方控制，就地无人值班。

第五章 附件

主要工艺设备（但不限于此）