一、工程概況

1.1、工程概況

現有1臺不銹鋼加熱爐，煙氣量為75000m3/h，煙氣溫度180℃，運行時測得煙氣中的氮氧化物排放量可達到300mg/Nm3，隨著環(huán)保形勢日趨嚴峻，現在環(huán)保部門要求達到排放標準，需要對鍋爐煙氣進行脫硝處理，新增加一套爐外SCR脫硝系統，安裝在除塵器后面，脫完硝后的煙氣通過煙囪排入大氣。滿足環(huán)保要求，達標排放。

1.2、 不銹鋼加熱爐參數

2.3煙氣排放標準

2.4 不銹鋼加熱爐煙氣環(huán)保設備方案選擇

我公司根據貴公司鍋爐煙氣環(huán)保項目的要求，通過現場踏勘并與有關技術人員交流，按照總承包方式即“交鑰匙”工程，參照公司多年的工程實踐經驗，完成本技術方案。

方案簡介如下：

考慮到不銹鋼加熱爐煙氣成分復雜，該方案脫硝裝置布置在脫硫、除塵的后面，低溫低塵布置，排煙溫度為180℃，采用低溫催化劑，SCR設計布置2層催化劑，催化劑采用蜂窩狀催化劑。改造后保證達標排放。

環(huán)保、社會效益：

該項目建成后，鍋爐每年可減少大量的污染物排放，將有效改善當地的大氣環(huán)境質量，對減少環(huán)境污染，美化自然環(huán)境具有重要作用。體現了企業(yè)的責任和擔當，有顯著的環(huán)境效益和社會效益。

該項目的建成，在該行業(yè)能夠起到示范效應，促進企業(yè)循環(huán)經濟的發(fā)展，帶動企業(yè)落實清潔生產，建設環(huán)境友好型企業(yè)的進程，實現可持續(xù)發(fā)展，其社會效益是巨大的。

排污減少、環(huán)境質量的改善，對于改善與周圍群眾的社會關系，推動和諧社會的建設都具有十分重要的作用。

二、設計方案說明

2.1、SCR脫硝技術方案

目前國內普遍采用的NO_x控制技術有兩類：一種是低氮燃燒技術（LNB），另一種是煙氣脫硝技術。單獨通過低氮燃燒技術無法滿足達標排放，在燃油燃氣及大型鍋爐上常采用此技術作為預處理，通過減少爐內的NOx生成量來降低煙氣脫硝裝置的投資和運行成本。

煙氣脫硝技術主要有SCR選擇性催化還原法、SNCR選擇性非催化還原法和SCR+SNCR聯合脫硝法以及煙氣氧化脫硝法等脫硝工藝。

為保證在不同工況下，加熱爐煙氣脫硝長期穩(wěn)定的達標排放，降低運行費用，該項目脫硝工藝采用脫硫除塵后布置一套煙氣低溫SCR脫硝系統，煙氣溫度在180℃左右，催化劑采用常規(guī)的蜂窩狀催化劑，采用氨水溶液作為SCR的還原劑，大大降低投資費用，滿足不同運行狀況下煙氣脫硝要求。

實際運行時，可根據檢測氮氧化物排放濃度調節(jié)脫硝劑噴入量。脫硝劑噴入量可根據在線監(jiān)測參數實時調整，為降低運行費用，劑量以滿足達標排放為準。最大限度的降耗節(jié)能。

2.2、爐外煙氣SCR脫硝系統介紹

2.2.1、煙氣SCR脫硝工作原理

選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)的原理是在催化劑作用下，還原劑 NH3 在300-400℃下有選擇的將 NO 和 NO2 還原成 N2，而幾乎不發(fā)生 NH3 與 O2 的氧化反應，從而提高了 N2 的選擇性，減少了 NH3 的消耗。其中主要反應如下：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

8NH3+6NO2=7N2+12H2O

4NH3+3O2=2N2+6H2O

4NH3+5O2=4NO+6H2O

2NH3 可逆生成 N2+3H2

SCR 系統由氨供應系統、氨氣/空氣噴射系統、催化反應系統以及控制系統等組成。如下圖:

催化反應系統是 SCR工藝的核心，設有 NH3 的噴嘴，煙氣順著煙道進入裝載了催化劑的SCR反應器，在催化劑的表面發(fā)生NH3催化還原成N2。催化劑是整個SCR系統關鍵，催化劑的設計和選擇是由煙氣條件、組分來確定的，影響其設計的三個相互作用的因素是 NOx 脫除率、NH3 的逃逸率和催化劑體積。普遍使用的是商用釩-鈦系催化劑，如 V2O5/TiO2 和 V2O5-WO3/TiO2。在形式上主要有板式、蜂窩式和波紋板式三種。該工藝于20世紀70年代末首先在日本開發(fā)成功，80年代以后，歐洲和美國相繼投入工業(yè)應用。在 NH3/NOx 的摩爾比為1時，NOx 的脫除率最高可達 90%，NH3 的逃逸量控制在 5 mg/L 以下。不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。

催化劑圖片：

目前世界上流行的SCR 工藝主要分為氨法SCR和尿素法SCR兩種。此兩種方法都是利用氨對NOX的還原功能，在催化劑的作用下將 NOX(主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的 N2和水。還原劑都是 NH3，其不同點則是在尿素法SCR中，先利用一種設備將尿素轉化為氨之后輸送至SCR觸媒反應器。它轉換的方法是將尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合時間，駐留時間及溫度，由此室分解出來之氨基產物即成為SCR的還原劑通過觸媒實施化學反應后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有熱解法和水解法，主要化學反應方程式為：

NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

在整個工藝的設計中，通常是先使氨蒸發(fā)，然后和稀釋空氣或煙氣混合，最后通過分配格柵噴入 SCR 反應器上游的煙氣中。典型的 SCR 反應原理示意圖如下：

在 SCR 反應器內，NO 通過以下反應被還原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

當煙氣中有氧氣時，反應第一式優(yōu)先進行，因此，氨消耗量與 NO 還原量有一對一的關系。在鍋爐的煙氣中，NO2 一般約占總的 NOX 濃度的 5%，NO2 參與的反應如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面兩個反應表明還原 NO2比還原 NO需要更多的氨。在絕大多數鍋爐煙氣中，NO2 僅占 NOx總量的一小部分，因此 NO2的影響并不顯著。SCR系統 NOx 脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和 NOx 反應。有一小部分氨不反應而是作為氨逃逸離開了反應器。一般來說，對于新的催化劑，氨逃逸量很低。但是，隨著催化劑失活或者表面被飛灰覆蓋或堵塞，氨逃逸量就會增加，為了維持需要的 NOx 脫除率，就必須增加反應器中 NH3/NOx 摩爾比。當不能保證預先設定的脫硝效率和（或）氨逃逸量的性能標準時，就必須在反應器內添加或更換新的催化劑以恢復催化劑的活性和反應器性能。從新催化劑開始使用到被更換這段時間稱為催化劑壽命。

3.2.2、爐外SCR脫硝系統

該項目加熱爐設計一套SCR脫硝反應器系統，催化劑布置方式為2層布置，即安裝2層催化劑。本工程SCR反應器采用低溫布置方式。反應器設計流速一般不超過6.0m/s，SCR反應器設計安裝2層催化劑。催化劑采用蜂窩式催化劑，本系統設計直接將20%左右的氨水溶液高效霧化后噴入催化劑進口高溫煙氣中，不再設計熱解氣化系統，這樣設計將大大的降低投資及運行費用，節(jié)約能源。

3.3、SCR脫硝系統組成

本項目SCR系統主要組成部分：

脫硝劑儲存輸送系統，霧化噴射系統，SCR反應器鋼構系統，催化劑系統，煙道系統，電氣儀表控制系統。

3.3.1、脫硝劑儲存輸送系統

脫硝劑儲存系統主要包括不銹鋼儲罐，卸氨泵，以及輸送泵等設備。箱罐和容器應符合《鋼制壓力容器》(GB150-1998)及其質量體系內相關標準的規(guī)定。我方提供所有箱罐和容器的設計和試驗標準。

所有箱罐和容器的設計應包括必需的連接件、就地儀表與測量裝置、人孔門、排水/排空措施，以及運行和維護必需的通道樓梯和欄桿。箱罐、容器、坑和溝道的設計應適合于介質特性和使用條件。

3.3.2、脫硝劑霧化噴射系統

脫硝劑溶液經計量、輸送管道后通過不同區(qū)域噴槍噴入高溫煙氣內，為了更好的霧化，采用0.5MPa壓縮空氣（或蒸汽）作為脫硝劑的分散源。

本方案采用的噴槍為我公司自主研發(fā)的高霧化噴槍，能夠高效的將脫硝劑進行霧化，使其與鍋爐煙氣進行充分混合，迅速氣化，從而有利于氮氧化物與脫硝劑進行反應。提高脫硝效率。

噴槍采用壓縮空氣霧化、脫硝劑采用多級泵輸送。系統要求不得有泄露現象，安全性能高，計量輸送準確，流量可以從零到最大定額值范圍能任意調節(jié)。

泵類材料選用防腐蝕材料，所有材料和設備是新的，質量可靠，充分考慮脫硝劑溶液的腐蝕影響，在使用時遇到的條件和溫度、壓力變化情況不會造成過度的腐蝕、變形、老化或疲勞，而且也不會對可能影響裝置效率和可靠性的任何部件產生過度應力和應變。

系統所需的所有管道、閥門、儀表、控制設備和附件等使用防脫硝劑腐蝕的不銹鋼材質。

管道設計安裝時，滿足放空的要求。在最低點設置放空點，設備停運時能夠放空。

所有閥門的設計選型應適應介質特性和使用條件，規(guī)格應盡量統一。在打開位置和滿負荷工作壓力下，所有閥門都應是密封的。所有閥門關鍵部位采用不銹鋼材質制造。

3.3.3、SCR反應器鋼構系統

反應器鋼構主要包括反應器本體，煙道及膨脹節(jié)、擋板門，噴氨系統，均流格柵，平臺扶梯，人孔門，檢查門，以及催化劑更換吊裝設備。

反應器本體采用Q235材質，噴氨系統采用不銹鋼材質。確保工程安全運行。

反應器本體的進口段安裝有煙氣導流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射系統，在反應器的豎直段裝有催化劑床。

反應器采用固定床垂直通道型式，安裝2層。脫硝效率按85%設計，反應器按2層設計，不設計預留層。

反應器為直立式焊接鋼結構容器，內部設有催化劑支撐結構，能承受內部壓力，地震負荷、煙塵負荷、觸媒負荷和熱應力等。反應器殼外部設有加固肋及保溫層。催化劑通過反應器的催化劑填裝系統從安裝門放入反應器內。

工藝流程

氨水溶液通過高溫煙道氣化后進入噴氨系統，煙氣和脫硝劑充分混合，保證煙氣中脫硝劑濃度的均勻分布。

煙氣通過SCR反應器，SCR反應器包含催化劑層，在催化劑作用下，NH3與NOX反應從而脫除NOX，催化劑促進氨和NO_X的反應。在SCR反應器最上面有整流柵格，使流動煙氣分布均勻。催化劑裝在模塊組件中，便于搬運、安裝和更換。煙氣經過煙氣脫硝過程后排入大氣。

3.3.4、電氣和儀控系統

我公司負責本工程系統工作范圍內電氣、儀控系統的設計、設備及材料供貨及安裝、調試并提供全部設備的技術規(guī)范、設備訂貨圖、設備安裝圖、設備材料清冊（含電氣設備、儀表閥門、電纜、電纜構筑物、防火阻燃設施、照明、接地設備、安裝材料等）、電纜清冊（包括電纜編號、型號、規(guī)范、截面、芯數、長度、起點、終點等）。

本工程采用就地控制模式，以手動操作控制為主。

執(zhí)行標準

《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定》 DL/T 5153

《電力工程電纜設計規(guī)范》 GB50217

《工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收技術規(guī)范》 GBJ93-86

《鋼制電纜橋架工程設計規(guī)范》

《大氣污染物排放標準》 GB16297-1996

四、SCR脫硝主要配置

五、加熱爐SCR脫硝運行費用：（年運行7000小時）