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1 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 by Hans Jensen-Holm Ph.D, Environmental Catalyst Department Haldor Topsøe A/S Lyngby, Denmark 简 介 氮 氧 化 物, 或 x 的 排 放 是 全 球 污 染 的 主 要 问 题 氮 氧 化 物 对 人 类 健 康 和 环 境 的 负 面 影 响 是 非 常 显 著 的 x 会 造 成 酸 雨, 并 由 此 引 起 对 海 洋 和 淡 水 生 物 的 危 害, 并 造 成 森 林 死 亡 x 会 进 一 步 造 成 地 水 准 平 面 臭 氧 层, 带 来 城 市 地 区 危 害 健 康 的 淡 黄 色 烟 雾 矿 物 燃 料 燃 烧 会 产 生 多 种 氮 氧 化 物, 最 主 要 的 是 一 氧 化 氮 和 二 氧 化 氮 2 目 前 已 研 发 出 不 同 的 技 术 来 控 制 氮 氧 化 物 的 排 放, 或 者 通 过 减 少 最 初 氮 氧 化 物 的 形 成, 或 者 从 烟 气 中 脱 除 已 产 生 的 氮 氧 化 物 在 高 温 条 件 下, 气 态 氨 将 同 氮 氧 化 物 反 应, 生 成 单 质 氮 和 水 蒸 气 在 催 化 剂 的 作 用 下, 反 应 温 度 通 常 能 降 低 到 250 C 450 C 两 种 工 艺 使 用 和 不 使 用 催 化 剂 都 有 商 业 应 用 这 两 种 工 艺 分 别 是 SCR( 选 择 性 催 化 还 原 ) 和 SNCR( 选 择 性 非 催 化 还 原 ) SNCR 工 艺 的 x 脱 除 率 是 有 限 的, 通 常 在 50% 左 右, 而 通 过 钒 催 化 剂 能 够 产 生 超 过 95% 的 x 脱 除 率 到 目 前 为 止 SCR 工 艺 是 技 术 方 案 的 主 要 选 择 自 从 上 世 纪 七 十 年 代 以 来 已 经 应 用 有 了 广 泛 的 应 用, 包 括 来 自 锅 炉 的 烟 气 炼 油 尾 气 燃 烧 汽 油 和 柴 油 发 动 机 汽 轮 机 和 化 学 工 艺 气 流 股 煤 炭 是 全 球 范 围 内 电 厂 中 一 种 重 要 的 燃 料 来 源, 在 拥 有 大 量 煤 炭 资 源 的 中 国 也 是 如 此 随 着 经 济 快 速 发 展, 燃 煤 电 厂 数 量 的 增 加, 烟 气 净 化 对 环 境 保 护 就 变 得 越 来 越 重 要 选 择 性 催 化 还 原 工 艺 在 选 择 性 催 化 剂 还 原 (SCR) 工 艺 中,x 被 氨 气 还 原, 形 成 无 害 的 氮 气 和 水 蒸 气, 而 不 会 产 生 任 何 二 次 污 染 物 SCR 系 统 主 要 包 括 带 有 催 化 剂 的 反 应 器 和 氨 储 罐 和 喷 氨 系 统 在 燃 煤 电 厂 中,SCR 系 统 通 常 位 于 锅 炉 省 煤 器 和 空 预 器 之 间, 以 提 供 脱 硝 反 应 器 中 最 佳 的 350 C-400 C 的 温 度 将 SCR 系 统 位 于 除 尘 装 置 和 烟 气 脱 硫 装 置 之 后, 就 需 要 将 烟 气 重 新 加 热, 增 加 大 量 成 本, 因 此 只 有 当 有 特 殊 考 虑 的 时 候 才 做 这 样 的 应 用, 例 如 缺 乏 足 够 的 空 间 或 烟 气 中 能 导 致 催 化 剂 中 毒 物 质 含 量 很 高 脱 硝 剂 可 能 是 加 压 无 水 氨 或 者 是 大 气 压 下 的 氨 水 溶 液 如 果 能 够 保 证 安 全, 也 可 以 使 用 尿 素 溶 液 氨 在 加 热 蒸 发 器 中 蒸 发, 并 且 在 注 入 SCR 反 应 器 上 游 烟 道 之 前, 被 空 气 或 烟 气 侧 流 稀 释

2 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 2 / 11 SCR 工 艺 要 求 对 喷 氨 速 率 进 行 精 确 控 制 不 足 的 喷 射 将 导 致 x 转 化 率 降 低, 而 过 高 的 喷 射 率 将 导 致 未 转 化 的 氨 释 放 到 大 气 中, 被 称 为 氨 逃 逸 氨 - 空 气 混 和 物 的 喷 射 通 常 通 过 喷 嘴 的 格 栅 进 行, 以 便 达 到 氨 同 烟 气 的 均 匀 混 合 不 均 匀 的 氨 分 布 将 引 起 SCR 装 置 性 能 下 降, 因 为 一 部 分 烟 气 同 过 量 的 氨 反 应, 造 成 高 的 氨 逃 逸 率, 而 另 一 部 分 烟 气 处 理 的 不 充 分, 导 致 脱 硝 效 率 低 于 设 计 值 氨 在 烟 气 中 的 均 匀 分 布 是 获 得 高 x 转 化 率 的 关 键 为 了 保 证 充 分 的 混 合, 从 喷 氨 隔 栅 (AIG) 到 催 化 剂 的 混 合 距 离 应 该 尽 可 能 长 长 的 混 合 距 离 成 本 很 高, 因 此 一 个 或 多 个 静 态 混 合 器 的 系 统 可 能 放 置 在 烟 道 中 加 强 混 合 效 果 但 是, 静 态 混 合 器 会 引 起 不 希 望 出 现 的 额 外 压 力 损 失 托 普 索 已 经 研 发 出 专 有 的 混 合 系 统, 即 STARMIXER ( 图 1), 包 含 带 有 4 个 尖 角 星 形 的 圆 盘 STARMIXER 带 有 一 定 角 度 的 安 装 在 烟 气 流 中, 在 圆 盘 后 面 形 成 涡 流 这 就 提 供 了 在 最 低 压 力 损 失 下 近 于 完 美 的 混 合 图 1: 在 流 体 模 型 中 显 示 的 托 普 索 专 有 STARMIXER 系 统 由 于 脱 硝 效 率 和 低 氨 逃 逸 率 的 要 求 变 得 更 加 严 格, 对 混 合 的 要 求 也 越 来 越 高 现 在,90-95% 的 脱 硝 率 和 2ppm 的 氨 逃 逸 是 很 正 常 的 了 催 化 剂 达 到 最 佳 性 能 的 前 提 是 SCR 反 应 器 气 体 通 道 和 氨 喷 射 和 混 合 系 统 的 良 好 设 计 在 高 尘 Dex 装 置 中, 必 须 采 取 措 施 保 证 通 过 反 应 器 均 匀 的 气 体 流 速 和 飞 灰 分 布, 以 便 避 免 催 化 剂 形 成 堵 塞 或 腐 蚀 的 损 失 使 用 计 算 流 体 力 学 (CFD) 的 气 体 流 动 模 型 或 实 体 模 型 已 经 证 实 是 达 到 这 些 目 的 有 效 的, 并 且 通 常 是 必 需 的 工 具 模 型 工 作 的 一 般 目 的 是 保 证 喷 氨 上 游 高 度 的 流 速 一 致 性 模 型 工 作 能 够 进 一 步 协 助 烟 道 反 应 器 和 所 需 流 量 控 制 装 置 的 布 局 优 化, 以 便 将 整 体 压 力 损 失 降 到 最 低, 并 且 保 证 不 会 促 进 积 灰 的 形 成

3 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 3 / 11 SCR 催 化 剂 SCR 催 化 剂 材 料 是 基 于 多 孔 二 氧 化 钛 (TiO 2 ) 载 体 材 料, 起 催 化 作 用 的 活 性 成 分 五 氧 化 二 钒 (V 2 O 5 ) 和 三 氧 化 钨 (WO 3 ) 分 布 在 其 表 面 为 了 提 供 大 的 烟 气 接 触 面 积 并 减 小 压 降, 催 化 剂 以 单 片 形 式 提 供, 具 有 大 量 平 行 通 道 托 普 索 的 DNX 催 化 剂 以 标 准 尺 寸 单 元 供 货 多 个 单 元 组 成 在 一 个 金 属 框 架 上 的 模 块 ( 图 2) 每 一 种 催 化 剂 都 有 不 同 的 型 号, 具 有 不 同 的 通 道 尺 寸 ( 通 常 叫 节 距 ) 壁 厚 和 化 学 成 份, 根 据 特 定 的 运 行 工 况 条 件 进 行 调 整 给 定 SCR 装 置 下 催 化 剂 的 节 距 和 壁 厚 选 择 主 要 由 烟 气 中 含 尘 量 决 定 对 于 低 尘 装 置 通 常 会 选 用 2-4 mm 的 孔 道,0.4mm 壁 厚 的 催 化 剂 燃 煤 锅 炉 脱 硝 系 统 一 般 采 用 大 通 道 (7-10 mm 节 距 ) 最 小 壁 厚 0.8mm 的 催 化 剂 所 需 催 化 剂 的 体 积 并 因 此 所 需 反 应 器 的 尺 寸 将 取 决 于 催 化 剂 活 性 烟 气 中 x 浓 度 和 所 需 的 脱 硝 效 率 可 接 受 的 氨 逃 逸 率 和 操 作 温 度 图 2 催 化 剂 单 元 组 装 在 金 属 框 架 的 模 块 中, 以 方 便 安 装 SO 2 氧 化 在 煤 和 油 中 都 含 有 硫, 并 因 此 在 燃 烧 时 产 生 严 重 的 环 境 危 害 在 锅 炉 中 的 高 温 环 境 下, 几 乎 所 有 燃 料 中 含 有 的 硫 都 以 二 氧 化 硫 (SO 2 ) 的 形 式 释 放 出 来, 并 且 一 小 部 分, 通 常 1-2% 的 SO 2 在 焚 烧 工 艺 中 会 进 一 步 转 化 成 为 三 氧 化 硫 (SO 3 ) 事 实 上 SCR 催 化 剂 中 的 活 性 成 分 五 氧 化 二 钒 也 能 够 将 SO 2 催 化 形 成 SO 3 SO 3 将 同 残 留 的 氨 反 应 生 成 硫 酸 氢 铵 (ABS), 会 引 起 空 预 器 的 结 垢 和 腐 蚀 当 烟 气 冷 却 时,SO 3 还 会 同 水 蒸 气 反 应, 生 成 无 法 通 过 普 通 湿 法 烟 气 脱 硫 (FGD) 方 法 除 去 的 硫 酸 酸 雾, 因 此 会 在 烟 囱 中 形 成 可 见 的 不 透 明 烟 雾

4 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 4 / 11 很 明 显, 催 化 剂 中 形 成 的 SO 3 量 应 降 至 最 低 因 此 SCR 催 化 剂 的 选 型 和 操 作 条 件 的 选 择 对 于 电 厂 来 说 至 关 重 要 如 图 3 所 示, 有 两 种 能 够 控 制 SO 2 氧 化 的 方 式, 即 通 过 改 变 催 化 剂 中 钒 的 含 量, 或 者 通 过 控 制 温 度 大 多 数 情 况 下, 温 度 在 电 厂 装 置 中 都 是 不 变, 因 此 SCR Dex 装 置 的 设 计 不 得 不 小 心 调 节 催 化 剂 特 性 以 达 到 以 上 目 的 Dex 活 性 高 钒 类 型 低 钒 类 型 SO 2 氧 化 率 温 度, C 图 3 Dex 活 性 和 SO 2 氧 化 特 性 图 3 解 释 了 设 计 者 两 难 困 境 : 通 过 降 低 催 化 剂 中 钒 的 含 量 来 控 制 SO 2 氧 化 将 同 样 降 低 催 化 剂 活 性, 并 且 因 此 总 催 化 剂 体 积 将 增 加, 装 置 成 本 也 将 升 高 如 图 4 中 所 示,Dex 反 应 发 生 在 催 化 剂 孔 的 内 表 面 上, 通 过 近 似, 催 化 剂 活 性 A DEx 可 以 表 示 为 : a A = k1 A C η (1) DEx S A S 表 示 活 性 表 面 积, 可 以 通 过 二 氧 化 钛 的 孔 隙 进 一 步 增 加 ;C a 是 催 化 剂 中 钒 的 百 分 含 量 的 a 次 幂,a 是 小 于 1 的, 表 示 Dex 活 性 同 钒 的 含 量 不 是 直 接 的 比 例 关 系 ;η 是 有 效 性 因 子, 表 示 x 和 氨 扩 散 到 催 化 剂 活 性 位 受 到 的 阻 力 相 反,SO 2 的 氧 化 不 受 扩 散 限 制,SO 2 能 够 扩 散 到 如 图 4 所 示 像 岛 屿 一 样 的 主 要 TiO 2 颗 粒 群 中 因 此 氧 化 将 发 生 在 整 个 催 化 剂 中, 并 且 SO 2 氧 化 活 性 A SO2 可 以 表 示 成 : A SO k W C = 2 2 (2) 其 中 A SO2 是 SO 2 氧 化 活 性,W 是 催 化 剂 的 体 积 密 度 从 上 式 可 以 导 出 燃 煤 电 厂 最 佳 SCR 催 化 剂 应 该 是 将 A SO2 /A DEx 比 率 最 小 化 :

5 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 5 / 11 A A SO2 DEx k = k 2 1 W A S C 1 a 1 η (3) 生 产 托 普 索 DNX 催 化 剂 的 特 殊 方 法 使 得 可 以 精 确 控 制 催 化 剂 内 孔 结 构, 使 其 优 化 成 为 如 图 4 中 所 示 的 三 孔 尺 寸 分 布 由 于 除 了 中 孔 和 微 孔 之 外 还 加 入 大 孔, 使 反 应 物 更 容 易 进 入 催 化 剂 内 部, 因 此 有 效 性 因 子 η 被 最 大 化 精 密 的 孔 系 统 进 一 步 增 加 了 孔 隙 率, 提 供 了 活 性 表 面 积 和 催 化 剂 堆 密 度 之 间 的 高 比 例, 即 A S /W 这 些 效 果 结 合 起 来 提 供 了 如 等 式 (3) 所 示 的 最 低 可 能 的 SO 2 氧 化 率 烟 气 催 化 剂 壁 N 2 SO 2 SO 3 N 2 N 2 微 孔 中 孔 大 孔 图 4 托 普 索 DNX SCR 催 化 剂 孔 结 构 托 普 索 能 够 根 据 燃 料 中 硫 含 量 水 平 定 制 催 化 剂, 并 且 因 此 能 够 在 x 脱 除 和 SO 2 氧 化 之 间 达 到 最 佳 平 衡 催 化 剂 的 优 异 性 能 和 低 SO 2 氧 化 活 性 已 经 得 到 了 证 实, 并 且 SO 2 氧 化 率 已 经 在 工 业 条 件 下 低 至 0.1% 催 化 剂 失 活 在 燃 煤 的 高 尘 SCR 装 置 中 催 化 剂 将 逐 渐 失 活, 这 主 要 是 由 于 暴 露 于 飞 灰 中 引 起 的 有 几 个 原 因 造 成 催 化 剂 性 能 下 降, 决 定 了 其 使 用 寿 命 : - 飞 灰 成 份 对 催 化 剂 活 性 位 的 化 学 影 响, 通 常 指 催 化 剂 中 毒 ;

6 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 6 / 11 - 非 常 细 的 飞 灰 颗 粒 在 催 化 剂 表 面 沉 积, 会 堵 塞 进 入 催 化 剂 活 性 位 的 通 道 或 减 少 其 活 性 表 面 积 ; - 催 化 剂 通 道 的 堵 塞 减 少 了 所 装 载 催 化 剂 的 有 效 体 积 ; - 若 SCR 反 应 器 中 烟 气 流 动 不 均 匀, 飞 灰 中 的 颗 粒 会 造 成 催 化 剂 磨 损 很 显 然, 只 有 全 面 了 解 这 些 因 素 对 催 化 剂 性 能 的 影 响, 才 能 选 出 最 适 合 的 催 化 剂 型 号 催 化 剂 化 学 中 毒 是 指 催 化 剂 活 性 位 对 一 些 成 分 的 化 学 吸 收 导 致 其 活 性 损 失 最 需 引 起 重 视 的 是 碱 金 属 微 粒, 如 钠 和 钾 灰 沉 积 或 物 理 中 毒 是 指 催 化 剂 孔 被 气 溶 胶 或 亚 微 米 的 灰 粒 阻 塞 气 态 化 合 物, 如 烟 气 中 的 砷 在 催 化 剂 孔 中 浓 缩, 也 会 阻 塞 通 向 催 化 剂 活 性 位 的 通 道 一 些 中 国 的 煤 种 和 美 国 次 烟 煤 (PRB) 具 有 非 常 高 的 氧 化 钙 含 量, 会 被 含 SO 2 /SO 3 的 烟 气 硫 化, 形 成 催 化 剂 表 面 的 硫 酸 钙 结 垢 层 催 化 剂 抵 抗 有 毒 物 质 而 本 事 活 性 不 会 严 重 下 降 的 能 力 在 很 大 程 度 上 依 靠 催 化 剂 的 孔 隙 率 和 孔 结 构 催 化 剂 不 仅 应 具 有 高 孔 隙 率, 还 应 具 有 广 泛 的 孔 尺 寸 分 布, 即 孔 隙 应 由 不 同 尺 寸 的 孔 组 成 图 5 显 示 了 暴 露 于 高 钙 飞 灰 中 的 催 化 剂 如 何 形 成 一 层 密 集 的 硫 酸 钙, 并 因 此 阻 止 了 烟 气 中 的 x 到 达 催 化 剂 内 部 的 活 性 部 分 托 普 索 DNX 催 化 剂 抗 飞 灰 条 件 下 结 垢 的 能 力 依 赖 于 催 化 剂 的 一 种 关 键 特 性, 即 三 态 孔 结 构 CaSO 4 FOULING LAYER 图 5 扫 描 电 子 显 微 镜 显 示 催 化 剂 表 面 硫 酸 钙 结 垢 层 x 在 催 化 剂 上 的 转 化 同 时 发 生 在 催 化 剂 的 内 表 面 和 外 表 面 上 由 于 催 化 剂 外 表 面 易 被 钙 结 垢, 反 应 物 进 入 催 化 剂 内 部 就 变 得 更 为 重 要, 如 图 6 所 示 大 尺 寸 孔 结 构 能 够 保 证 即 使 在 大 量 毒 物 沉 积 在 催 化 剂 上 的 情 况 下, 反 应 物 也 能 够 进 入 催 化 剂 的 活 性 内 部 这 样 的 孔 结 构 还 能 进 一 步 提 高 x 和 氨 气 在 催 化 剂 中 的 气 相 扩 散, 并 因 此 提 高 整 体 催 化 剂 活 性

7 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 7 / 11 中 孔 和 微 孔 的 存 在 保 证 了 反 应 物 能 够 良 好 的 分 布 在 微 孔 网 络 内 部, 这 一 网 络 提 供 了 保 证 催 化 剂 活 性 必 需 的 非 常 高 活 性 的 表 面 积 在 比 较 中, 带 有 均 匀 微 孔 结 构 的 标 准 挤 压 成 型 的 催 化 剂 在 结 垢 成 分 的 作 用 下 堵 塞 严 重, 而 在 具 有 三 孔 结 构 的 催 化 剂 中, 可 以 通 过 大 孔 和 中 孔 来 保 持 孔 结 构 通 畅 托 普 索 DNX 催 化 剂 非 常 独 特 的 孔 结 构 来 自 于 精 心 选 择 二 氧 化 钛 原 料, 以 及 在 全 自 动 催 化 剂 生 产 中 几 个 受 控 的 干 燥 和 煅 烧 工 艺 烟 气 N 2 单 一 孔 系 统 三 态 孔 系 统 图 6 在 明 显 表 面 结 垢 的 情 况 下 中 孔 和 大 孔 的 益 处 经 验 托 普 索 公 司 SCR Dex 项 目 在 中 国 燃 煤 锅 炉 中 的 几 个 例 子 能 够 说 明 以 上 提 到 的 设 计 中 的 问 题 阳 城 热 电 厂 山 西 阳 城 电 厂 二 期 工 程 8 号 600MW 机 组 燃 用 的 无 烟 煤 来 自 山 西 阳 城 当 地 煤 矿 SCR 脱 硝 装 置 已 在 2007 年 上 半 年 启 动 运 行 托 普 索 公 司 为 该 项 目 提 供 催 化 剂 和 脱 硝 系 统 设 计, 以 及 为 验 证 设 计 所 需 进 行 的 实 体 模 型 如 图 7 所 示, 包 括 反 应 器 旁 路 的 SCR 系 统 设 计 需 要 考 虑 灰 尘 在 旁 路 挡 板 前 和 反 应 器 内 的 沉 积 的 风 险 为 保 证 反 应 器 和 空 预 器 入 口 烟 气 的 均 匀 分 布, 模 型 的 中 烟 道 设 置 流 向 装 置 就 非 常 必 要 了

8 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 8 / 省 煤 器 出 口 2. 喷 氨 格 栅 上 游 3. 喷 氨 格 栅 下 游 4. 最 底 层 催 化 剂 下 游 5. 空 气 预 热 器 入 口 法 兰 3) 2) 4) 1) 5) 图 7 Dex 反 应 器 旁 路 是 系 统 设 计 中 的 难 点, 并 且 需 要 细 致 的 模 型 工 作 广 东 国 华 粤 电 台 山 热 电 厂 台 山 电 厂 目 前 有 5 600MW 燃 煤 机 组, 燃 煤 来 自 中 国 国 内 对 5 号 机 组 设 计 了 SCR 脱 硝 系 统, 已 经 在 2006 年 启 动 运 行 韩 国 KC Cottrell 公 司 是 系 统 供 应 商, 而 托 普 索 公 司 为 其 脱 硝 系 统 提 供 催 化 剂 系 统 关 键 设 备 和 系 统 设 计, 包 括 实 体 模 型 试 验 该 项 目 在 选 用 催 化 剂 时 特 别 考 虑 了 灰 中 高 钙 成 分 (28.9% CaO) 的 影 响 如 前 面 所 述, 具 有 三 种 孔 尺 寸 的 催 化 剂 具 有 非 常 高 的 抵 抗 由 于 灰 中 高 钙 含 量 引 起 的 结 垢 能 力 带 有 大 孔 的 孔 结 构 能 够 保 证 即 使 催 化 剂 表 面 被 大 量 的 石 膏 覆 盖, 还 会 有 到 达 活 性 位 的 可 用 通 道 图 8 台 山 电 厂 5 号 机 组 SCR 系 统 的 3D 模 型, 绿 色 显 示 的 是 STARMIXER 煤 中 灰 分 预 计 为 8% 到 13%, 相 对 较 低, 到 达 SCR 的 烟 气 中 飞 灰 浓 度 约 为 15 g/nm 3 但 是 由 于 灰 中 含 钙 成 分 非 常 高, 需 要 选 用 7.2 毫 米 节 距 的 催 化 剂, 以 使 催 化 剂 堵 塞 的 危 险 降 到 最 低

9 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 9 / 11 反 应 器 布 局 中 有 很 多 设 计 问 题 需 要 解 决, 其 中 最 主 要 的 是 喷 氨 隔 栅 的 设 计 装 置 设 计 目 标 是 94% 的 脱 硝 率 和 3 ppm 的 氨 逃 逸 因 此 氨 在 烟 气 中 的 分 布 需 要 尽 量 符 合 x 的 分 布, 如 同 反 应 按 照 1:1 摩 尔 比 来 进 行 使 用 托 普 索 的 STARMIXER 系 统, 结 合 细 致 的 流 体 模 型 ( 图 8) 使 得 即 使 在 要 求 达 到 x 转 化 率 94% 所 需 的 高 混 合 效 率 情 况 下, 系 统 设 计 压 降 也 能 小 于 339 Pa 2006 年 11 月 进 行 的 性 能 测 试 说 明 在 BMCR 负 荷 下 x 转 化 率 为 93-95%, 氨 逃 逸 约 1 ppm, 都 很 好 的 控 制 在 性 能 保 证 范 围 内 在 运 行 几 个 月 后 对 SCR 系 统 的 检 查 显 示 没 有 飞 灰 沉 积 的 迹 象 ( 见 图 9), 说 明 在 反 应 器 中 达 到 了 接 近 最 佳 的 流 动 情 况 图 9 运 行 6 个 月 后 检 查 台 山 电 厂 SCR 反 应 器 反 应 器 状 态 良 好, 催 化 剂 很 干 净, 没 有 飞 灰 沉 积 的 迹 象 福 建 华 电 可 门 电 厂 福 建 华 电 可 门 电 厂 燃 煤 3 号 和 4 号 机 组 进 行 了 SCR Dex 改 进, 由 上 海 龙 净 环 保 有 限 公 司 设 计 并 计 划 在 2008 年 开 车 同 台 山 电 厂 一 样, 在 氨 - 烟 气 混 合 中 也 使 用 了 STARMIXER, 以 达 到 在 最 低 压 降 条 件 下 氨 在 烟 气 中 充 分 的 混 合 氨 -x 比 分 布 在 催 化 剂 层 入 口 具 有 小 于 3% 的 标 准 偏 差, 这 已 经 由 CFD 模 型 和 气 体 流 体 模 型 研 究 中 得 到 了 验 证 太 原 钢 铁 公 司,TISCO 太 原 钢 铁 公 司 TISCO 热 电 厂 位 于 山 西 省, 包 括 2 个 300 MW 燃 煤 锅 炉 锅 炉 进 行 了 SCR Dex 装 置 改 造, 计 划 在 2008 年 试 运 行 广 州 天 赐 三 河 环 保 工 程 有 限 公 司 提 供 系 统, 而 托 普 索 公 司 提 供 基 础 工 程 设 计, 包 括 由 DFC 提 供 的 流 体 模 型 和 实 体 模 型,SCR 催 化 剂 和 STARMIXER 氨 喷 射 混 合 系 统

10 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 10 / 11 设 计 煤 种 具 有 高 灰 含 量, 导 致 烟 气 中 含 尘 量 非 常 高, 达 到 40 g/nm 3 这 在 反 应 器 设 计 和 催 化 剂 选 型 时 进 行 了 考 虑 SCR 反 应 器 高 尘 负 荷 意 味 着 催 化 剂 具 有 被 侵 蚀 的 风 险 但 是 侵 蚀 在 大 多 数 情 况 下 都 是 由 于 SCR 反 应 器 中 流 动 情 况 不 良 而 引 起 的, 会 造 成 : - 高 气 体 流 速 区 域 - 高 含 尘 量 区 域 - 流 动 角 度 明 显 偏 离 垂 直 方 向 的 区 域 催 化 剂 磨 损 同 气 体 线 性 流 速 的 3 次 方 成 正 比 因 此 反 应 器 横 截 面 设 计 提 供 相 对 较 低 的 流 速, 约 4.0 m/s 在 超 过 g/nm 3 含 尘 量 的 高 尘 SCR 系 统 中, 通 常 不 提 供 5m/s 或 更 高 的 流 速 由 于 高 的 飞 灰 量, 选 择 了 托 普 索 公 司 9 mm 节 距 和 1.0 mm 壁 厚 的 DNX-HD 催 化 剂 类 型 这 一 大 节 距 催 化 剂 具 有 高 孔 隙 率, 将 催 化 剂 通 道 堵 塞 的 风 险 降 到 了 最 低 高 孔 隙 率 还 能 通 过 降 低 催 化 剂 通 道 中 气 体 线 性 流 速 而 将 侵 蚀 的 风 险 降 到 最 低 TISCO 的 SCR 系 统 进 一 步 针 对 催 化 剂 层 入 口 流 动 条 件 的 严 格 限 制 进 行 了 设 计, 允 许 最 多 ±25% 偏 离 平 均 线 性 流 速, 和 最 多 20 偏 离 垂 直 流 动 方 向 流 体 模 型 工 作 提 供 了 流 动 导 流 板 的 设 计 以 达 到 这 些 目 的, 并 且 证 实 了 满 足 了 这 些 条 件 在 上 升 管 顶 部 90 弯 处 安 装 了 的 均 流 器, 将 压 降 最 小 化, 并 保 持 了 反 应 器 入 口 均 匀 流 动 在 第 一 催 化 剂 层 入 口 获 得 均 匀 的 流 速 区 域 需 要 10 层 导 流 板 组 合 图 10 显 示 了 侧 视 图 图 10 太 钢 发 电 厂 SCR 系 统 中 的 流 量 调 节 装 置 结 论 x 排 放 法 规 的 要 求 越 来 越 严 格, 为 了 在 燃 煤 锅 炉 高 灰 份 情 况 下, 仍 然 实 现 SCR 脱 硝 装 置 的 高 脱 硝 效 率 并 保 持 最 小 的 氨 逃 逸 量, 仔 细 选 择 催 化 剂 类 型 和 正 确 设 计 系 统 是 至 关 重 要 的

11 SCR Dex 技 术 在 燃 煤 锅 炉 中 的 应 用 11 / 11 在 选 择 催 化 剂 通 道 尺 寸 ( 节 距 ) 和 壁 厚 时 必 须 考 虑 到 煤 的 高 灰 分 在 预 计 催 化 剂 失 活 速 率 时, 一 定 要 考 虑 钙 碱 金 属 或 其 它 能 够 造 成 催 化 剂 物 理 失 活 或 化 学 失 活 的 成 分 的 影 响 如 托 普 索 DNX 系 列 催 化 剂 一 样 的 带 有 多 样 孔 结 构 的 高 孔 隙 率 催 化 剂 能 够 对 毒 性 物 质 具 有 高 耐 受 力 在 验 证 高 尘 SCR 系 统 设 计 合 理 性 时, 气 体 流 体 模 型 是 的 一 个 必 要 工 具 流 体 模 型 有 两 种 方 式, 一 种 是 CFD 模 拟, 另 一 种 是 实 体 模 型 模 拟 在 设 计 阶 段 应 用 实 体 模 型 模 拟 可 以 验 证 烟 气 流 速 分 布 均 匀 性, 确 定 必 要 烟 气 流 动 调 节 装 置 的 布 置, 评 估 飞 灰 的 沉 积 和 分 布 状 况