脱硝系统检修
一、脱硝系统的生产原理及工艺流程
1.1.脱硝系统的生产原理
目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法等3类，其中干法包括选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、电子束联合脱硫脱硝法。半干法有活性炭联合脱硫脱硝法；湿法有臭氧氧化吸收法等。目前，干法占主流，其原因是，NO X与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收，NO X经还原后生成无毒的N2和H2O，副产品便于处理，NH3对烟气的NO可选择性吸收，是良好的还原剂。 本工程采用选择性催化还原法（SCR）脱硝系统，采用的脱硝还原剂的有效成份为NH3。SCR技术原理是：在催化剂作用下，向温度为280～410℃的烟气中喷入氨，将NO x还原成N2和H2O。 1.1.1.脱硝的基本反应方程式：
4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O
6NO＋4NH3→5N2＋6H2O
6NO2＋8NH3→7N2＋12H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
1.1.
2.影响SCR脱硝因素：
a) 烟气温度：
脱硝一般在280～410℃范围内进行，此时催化剂活性最大。所以SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间。 b) 飞灰特性和颗粒尺寸
烟气组成成分对催化剂产生的影响主要是烟气粉尘浓度、颗粒尺寸和重金属含量。粉尘浓度、颗粒尺寸决定催化剂节距选取，浓度高时应选择大节距，以防堵塞，同时粉尘浓度也影响催化剂量和寿命。某些重金属能使催化剂中毒，例如：砷、汞、铅、磷、钾、钠等，尤以砷的含量影响最大。烟气中重金属组成不同，催化剂组成就不同。
c) 烟气流量
NOx的脱除率对催化剂影响是在一定烟气条件下，取决于催化剂组成、比表面积、线速度LV和空速SV。在烟气量一定时，SV值决定催化剂用量。LV决定催化剂反应器的截面和高度，因而也决定系统阻力。
d)中毒反应
（一）在脱硝同时也有副反应发生，如SO2氧化生成SO3，氨的分解氧化（>450℃）和
在低温条件下（<280°C ）SO2与氨反应生成NH4HSO4。而NH4HSO4是一种类似于“鼻涕”的物质会附着在催化剂上，隔绝催化剂与烟气之间的接触，使得反应无法进行并造成下游设备堵塞。
催化剂能够承受的温度不得高于427℃，超过该限值，会导致催化剂烧结。
（二）其他中毒：如CaO、碱金属、砷等三种中毒机理
（1）CaO中毒机理
对于燃煤锅炉的SCR系统，催化剂被CaO所消弱是不可避免的。飞灰中的CaO与SO3反应，被催化剂表面所吸附形成CaSO4。CaSO4将在催化剂表面形成一层膜从而影响NOx与NH3的反应。催化剂由CaSO4引起的失效与吸附在催化剂表面上的CaO量有关。
（2）碱金属中毒机理
碱金属能够与催化剂的活性成分直接发生反应，吸附在活性催化剂的毛细表面并引起堵塞，造成催化剂活性的损失，其中Na和K是最主要的两类。
（3）砷毒机理
砷中毒主要是由烟气中的气态As2O3引起的，烟气流经催化剂时，烟气中As2O3随粉尘在催化剂上凝结，覆盖在活性成分上或堵塞毛细孔。气体还很容易与氧气以及催化剂中的活性成分五氧化二钒发生反应，在催化剂表面形成五氧化二砷，导致催化剂活性成分被破坏。
e)氨逃逸率
氨的过量和逃逸取决于NH3/NOx摩尔比、工况条件、和催化剂的活性用量。应控制在
3ppm以内。
f) SO2/SO3转化率
SO2氧化生成SO3的转化率应控制在1％以内。
g)催化剂结构型式
催化剂泛指应用在电厂SCR（selective catalytic reduction）脱硝系统上的催化剂（Catalyst），在SCR反应中，促使还原剂选择性地与烟气中的氮氧化物在一定温度下发生化学反应的物质。
目前最常用的催化剂为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列（TiO2作为主要载体、V2O5为主要活性成分）。SCR商用催化剂基本都是以TiO2为基材，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。
板式催化剂以不锈钢金属板压成的金属网为基材，将TiO2、V2O5等的混合物黏附在不锈钢网上，经过压制、锻烧后，将催化剂板组装成催化剂模块。
蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。将TiO2、V2O5、WO3等混合物通过一种陶瓷挤出设备，制成截面为150mmX150mm，长度不等的催化剂元件，然后组装成为截面约为
2m´1m的标准模块。
波纹板式催化剂的制造工艺一般以用玻璃纤维加强的TiO2为基材，将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面，以达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的。
脱硝装置中脱硝催化剂采用了结构形式上最常见的蜂窝型
蜂窝型催化剂的特点：表面积大，体积小，机械强度大、阻力较大。
催化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。三种催化剂在燃煤SCR上都拥有业绩，其中板式和蜂窝式较多，波纹板式较少。
催化剂的设计就是要选取一定反应面积的催化剂，以满足在省煤器出口烟气流量、温度、压力、成份条件下达到脱硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的设计要求；在灰分条件多变的环境下，其防堵和防磨损性能是保证SCR设备长期安全和稳定运行的关键。
在防堵灰方面，对于一定的反应器截面，在相同的催化剂节距下，板式催化剂的通流面积最大，一般在85%以上，蜂窝式催化剂次之，流通面积一般在80%左右，波纹板式催化剂的流通面积与蜂窝式催化剂相近。在相同的设计条件下，适当的选取大节距的蜂窝式催化剂，其防堵效果可接近板式催化剂。三种催化剂以结构来看，板式的壁面夹角数量最少，且流通面积最大，最不容易堵灰；蜂窝式的催化剂流通面积一般，但每个催化剂壁面夹角都是90°直角，在恶劣的烟气条件中，容易产生灰分搭桥而引起催化剂的堵塞；波纹板式催化剂流通截面积一般，但其壁面夹角很小而且其数量又相对较多，为三种结构中最容易积灰的版型。
h)防爆
SCR脱硝系统采用的还原剂为氨（NH3），其爆炸极限(在空气中体积％) 15％～28％，为保证氨（NH3）注入烟道的绝对安全以及均匀混合，需要引入稀释风，将氨浓度降低到爆炸极下限以下，一般应控制在5％以内。
1.2. 脱硝系统的工艺流程
自脱硝剂制备区域来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合。氨的爆炸极限(在空气中体积％) 15～28，为保证安全和分布均匀，稀释风机流量按100%负荷氨量的1.15倍对空气的混合比为5%设计。氨的注入量控制是由SCR进出口NO x,O2监视分析仪测量值、烟气温度测量值、稀释风机流量、烟气流量（由燃煤流量换算求得）来控制的。为保证氨不外泄，稀释风机出口阀设有故障连锁关闭，并发出故障信号。
混合气体进入位于烟道内的氨注入格栅，在注入格栅前设有手动调节和流量指示，在系
统投运初期可根据烟道进出口检测NOx浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。
码垛
混合气体进入烟道通过氨/烟气混合器再与烟气充分混合，然后进入SCR反应器，SCR 反应器操作温度可在280℃～410℃，SCR反应器的位置位于省煤器与空预器之间，温度测量点位于SCR反应器前的进口烟道上，出现280℃～410℃温度范围以外的情况时，温度信号将自动连锁关闭氨进入氨/空气混合器的快速切断阀。在SCR反应器内氨与氧化氮反应生成氮气和水，反应方程式如下：
4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O
6NO＋4NH3→5N2＋6H2O
退火温度
6NO2＋8NH3→7N2＋12H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
反应生成水和氮气随烟气进人空气预热器。在SCR进口设置NOx,O2、温度监视分析仪，在SCR出口设置NOx,O2、NH3监视分析仪。NH3监视分析仪监视NH3的逃逸浓度小于3ppm，超过则报警。
在氨气进装置分管阀后设有氮气预留阀及接口，在停工检修时用于吹扫管内氨气。
二、脱硝设备主要技术参数低压蒸汽锅炉
脱硝系统的主要设备包括：
●烟气系统
●SCR反应器
●催化剂
149aa●氨的喷射系统及氨的空气稀释
●吹灰系统
●氨的储存及供应系统人工呼吸器
2.1 烟气系统
烟气系统是指从锅炉尾部低温省煤器下部引出口至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至回转式空预器入口之间的连接烟道、以及反应器旁路烟道。
烟道设计压力按±6380Pa, 瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。
烟道采用Q345B材质，壁厚6mm，烟道内烟气流速小于12m/s，催化剂区域内流速小于6m/s，大于3 m/s。烟道和反应器的保温厚度260mm，外护板为0.75mm镀锌压型钢板。
为避免积灰形成塌灰堵塞，要求烟气脱硝后返回空气预热器的烟道向上倾角不小于30度。应尽量减小所改造烟道系统的压降，其布置、形状和内部件（如导流板和转弯处导向板）等均应进行优化设计。在外削角急转弯头、变截面收缩急转弯头处设置导流装置，导流装置
应采用耐磨材质制作。
为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别考虑了烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。
所有烟道应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（包括膨胀节和挡板门）维修和检查以及清除积灰。另外，人孔门应与烟道壁分开保温，以便于开启。
烟道将在适当位置配有足够数量测试孔。
反应器进出口及旁路均设置双百叶电动挡板，进口挡板尺寸为4250×15690×400mm；出口挡板尺寸为6000×14500×400mm；旁路挡板尺寸为3400×14500×400mm。
烟气系统主要介质有烟气流、氨流、氮气流，其物流流向如下：
原烟气：来自锅炉省煤器的未脱硝烟气→原烟气挡板→SCR系统入口→涡流混合器→整流装置→催化剂层。
净烟气：催化剂层→净烟气挡板→SCR反应器出口
泥土样本2.2 SCR反应器
每台锅炉配置2台SCR反应器，反应器断面尺寸为15.69X14.1m，高约22m。反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，反应器内部易磨损的部位采用防磨措施。反应器壳体材质为Q345B，反应器内部各类加强板、支架设计成不易积灰的型式，同时考虑热膨胀的补偿措施。
反应器设置足够大小和数量的人孔门。
反应器设置将内部催化剂维修及更换所必须的安装门。
SCR反应器将能承受运行温度420℃不少于5小时的考验，而不产生任何损坏。
SCR工艺的核心装置是脱硝反应器，下图为典型的脱硝反应器的结构。
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