不锈钢加热炉烟气脱硝工程

一、工程概况

1.1、工程概况

现有1台不锈钢加热炉，烟气量为75000m3/h，烟气温度180℃，运行时测得烟气中的氮氧化物排放量可达到300mg/Nm3，随着环保形势日趋严峻，现在环保部门要求达到排放标准，需要对锅炉烟气进行脱硝处理，新增加一套炉外SCR脱硝系统，安装在除尘器后面，脱完硝后的烟气通过烟囱排入大气。满足环保要求，达标排放。

1.2、不锈钢加热炉参数：

烟气量：75000m3/h，氮氧化物：300mg/Nm3，氧含量：8%，烟气温度：180℃。

1.3烟气排放标准

1.4 不锈钢加热炉烟气环保设备方案选择

我公司根据贵公司锅炉烟气环保项目的要求，通过现场踏勘并与有关技术人员交流，按照总承包方式即“交钥匙”工程，参照公司多年的工程实践经验，完成本技术方案。

方案简介如下：

考虑到不锈钢加热炉烟气成分复杂，该方案脱硝装置布置在脱硫、除尘的后面，低温低尘布置，排烟温度为180℃，采用低温催化剂，SCR设计布置2层催化剂，催化剂采用蜂窝状催化剂。改造后保证达标排放。

环保、社会效益：

该项目建成后，锅炉每年可减少大量的污染物排放，将有效改善当地的大气环境质量，对减少环境污染，美化自然环境具有重要作用。体现了企业的责任和担当，有显著的环境效益和社会效益。

该项目的建成，在该行业能够起到示范效应，促进企业循环经济的发展，带动企业落实清洁生产，建设环境友好型企业的进程，实现可持续发展，其社会效益是巨大的。

排污减少、环境质量的改善，对于改善与周围群众的社会关系，推动和谐社会的建设都具有十分重要的作用。

二、设计方案说明

2.1、SCR脱硝技术方案

目前国内普遍采用的NOx控制技术有两类：一种是低氮燃烧技术（LNB），另一种是烟气脱硝技术。单独通过低氮燃烧技术无法满足达标排放，在燃油燃气及大型锅炉上常采用此技术作为预处理，通过减少炉内的NOx生成量来降低烟气脱硝装置的投资和运行成本。

烟气脱硝技术主要有SCR选择性催化还原法、SNCR选择性非催化还原法和SCR+SNCR联合脱硝法以及烟气氧化脱硝法等脱硝工艺。

为保证在不同工况下，加热炉烟气脱硝长期稳定的达标排放，降低运行费用，该项目脱硝工艺采用脱硫除尘后布置一套烟气低温SCR脱硝系统，烟气温度在180℃左右，催化剂采用常规的蜂窝状催化剂，采用氨水溶液作为SCR的还原剂，大大降低投资费用，满足不同运行状况下烟气脱硝要求。

实际运行时，可根据检测氮氧化物排放浓度调节脱硝剂喷入量。脱硝剂喷入量可根据在线监测参数实时调整，为降低运行费用，剂量以满足达标排放为准。最大限度的降耗节能。

2.2、炉外烟气SCR脱硝系统介绍

2.2.1、烟气SCR脱硝工作原理

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)的原理是在催化剂作用下，还原剂 NH3 在300-400℃下有选择的将 NO 和 NO2 还原成 N2，而几乎不发生 NH3 与 O2 的氧化反应，从而提高了 N2 的选择性，减少了 NH3 的消耗。其中主要反应如下：

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 系统由氨供应系统、氨气/空气喷射系统、催化反应系统以及控制系统等组成。如下图:

催化反应系统是 SCR工艺的核心，设有 NH3 的喷嘴，烟气顺着烟道进入装载了催化剂的SCR反应器，在催化剂的表面发生NH3催化还原成N2。催化剂是整个SCR系统关键，催化剂的设计和选择是由烟气条件、组分来确定的，影响其设计的三个相互作用的因素是 NOx 脱除率、NH3 的逃逸率和催化剂体积。普遍使用的是商用钒-钛系催化剂，如 V2O5/TiO2 和 V2O5-WO3/TiO2。在形式上主要有板式、蜂窝式和波纹板式三种。该工艺于20世纪70年代末首先在日本开发成功，80年代以后，欧洲和美国相继投入工业应用。在 NH3/NOx 的摩尔比为1时，NOx 的脱除率最高可达 90%，NH3 的逃逸量控制在 5 mg/L 以下。不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。

目前世界上流行的SCR 工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种方法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将 NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的 N2和水。还原剂都是 NH3，其不同点则是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器。它转换的方法是将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：

NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2

在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通过分配格栅喷入 SCR 反应器上游的烟气中。典型的 SCR 反应原理示意图如下：

在 SCR 反应器内，NO 通过以下反应被还原：

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与 NO 还原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2 一般约占总的 NOX 浓度的 5%，NO2 参与的反应如下：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

上面两个反应表明还原 NO2比还原 NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉烟气中，NO2 仅占 NOx总量的一小部分，因此 NO2的影响并不显著。SCR系统 NOx 脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和 NOx 反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的 NOx 脱除率，就必须增加反应器中 NH3/NOx 摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。

2.2.2、炉外SCR脱硝系统

该项目加热炉设计一套SCR脱硝反应器系统，催化剂布置方式为2层布置，即安装2层催化剂。本工程SCR反应器采用低温布置方式。反应器设计流速一般不超过6.0m/s，SCR反应器设计安装2层催化剂。催化剂采用蜂窝式催化剂，本系统设计直接将20%左右的氨水溶液高效雾化后喷入催化剂进口高温烟气中，不再设计热解气化系统，这样设计将大大的降低投资及运行费用，节约能源。

2.3、SCR脱硝系统组成

本项目SCR系统主要组成部分：

脱硝剂储存输送系统，雾化喷射系统，SCR反应器钢构系统，催化剂系统，烟道系统，电气仪表控制系统。

2.3.1、脱硝剂储存输送系统

脱硝剂储存系统主要包括不锈钢储罐，卸氨泵，以及输送泵等设备。箱罐和容器应符合《钢制压力容器》(GB150-1998)及其质量体系内相关标准的规定。我方提供所有箱罐和容器的设计和试验标准。

所有箱罐和容器的设计应包括必需的连接件、就地仪表与测量装置、人孔门、排水/排空措施，以及运行和维护必需的通道楼梯和栏杆。箱罐、容器、坑和沟道的设计应适合于介质特性和使用条件。

2.3.2、脱硝剂雾化喷射系统

脱硝剂溶液经计量、输送管道后通过不同区域喷枪喷入高温烟气内，为了更好的雾化，采用0.5MPa压缩空气（或蒸汽）作为脱硝剂的分散源。

本方案采用的喷枪为我公司自主研发的高雾化喷枪，能够高效的将脱硝剂进行雾化，使其与锅炉烟气进行充分混合，迅速气化，从而有利于氮氧化物与脱硝剂进行反应。提高脱硝效率。

喷枪采用压缩空气雾化、脱硝剂采用多级泵输送。系统要求不得有泄露现象，安全性能高，计量输送准确，流量可以从零到最大定额值范围能任意调节。

泵类材料选用防腐蚀材料，所有材料和设备是新的，质量可靠，充分考虑脱硝剂溶液的腐蚀影响，在使用时遇到的条件和温度、压力变化情况不会造成过度的腐蚀、变形、老化或疲劳，而且也不会对可能影响装置效率和可靠性的任何部件产生过度应力和应变。

系统所需的所有管道、阀门、仪表、控制设备和附件等使用防脱硝剂腐蚀的不锈钢材质。

管道设计安装时，满足放空的要求。在最低点设置放空点，设备停运时能够放空。

所有阀门的设计选型应适应介质特性和使用条件，规格应尽量统一。在打开位置和满负荷工作压力下，所有阀门都应是密封的。所有阀门关键部位采用不锈钢材质制造。

2.3.3、SCR反应器钢构系统

反应器钢构主要包括反应器本体，烟道及膨胀节、挡板门，喷氨系统，均流格栅，平台扶梯，人孔门，检查门，以及催化剂更换吊装设备。

反应器本体采用Q235材质，喷氨系统采用不锈钢材质。确保工程安全运行。

反应器本体的进口段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射系统，在反应器的竖直段装有催化剂床。

反应器采用固定床垂直通道型式，安装2层。脱硝效率按85%设计，反应器按2层设计，不设计预留层。

反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有催化剂支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、触媒负荷和热应力等。反应器壳外部设有加固肋及保温层。催化剂通过反应器的催化剂填装系统从安装门放入反应器内。

工艺流程

氨水溶液通过高温烟道气化后进入喷氨系统，烟气和脱硝剂充分混合，保证烟气中脱硝剂浓度的均匀分布。

烟气通过SCR反应器，SCR反应器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3与NOX反应从而脱除NOX，催化剂促进氨和NOX的反应。在SCR反应器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。烟气经过烟气脱硝过程后排入大气。

2.3.4、电气和仪控系统

我公司负责本工程系统工作范围内电气、仪控系统的设计、设备及材料供货及安装、调试并提供全部设备的技术规范、设备订货图、设备安装图、设备材料清册（含电气设备、仪表阀门、电缆、电缆构筑物、防火阻燃设施、照明、接地设备、安装材料等）、电缆清册（包括电缆编号、型号、规范、截面、芯数、长度、起点、终点等）。

本工程采用就地控制模式，以手动操作控制为主。

执行标准

《火力发电厂厂用电设计技术规定》 DL/T 5153

《电力工程电缆设计规范》 GB50217

《工业自动化仪表工程施工及验收技术规范》 GBJ93-86

《钢制电缆桥架工程设计规范》

《大气污染物排放标准》 GB16297-1996

三、SCR脱硝主要配置