煙氣脫硝方案.docx

1、20t/h鏈條鍋爐SNCR脫硝工程技術(shù)方案1 概述1.1項(xiàng)目概況近年來，隨著我國火電裝機(jī)容量的急速增長，火電NOx排放量逐年增加， NOx已成為目前我國最主要的大氣污染物之一。隨著我國對SOx 排放控制的加強(qiáng)， NOx對酸雨的影響將逐步趕上甚至超過SOx。14 年 5 月 16 日，環(huán)境保護(hù)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2014），據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)為控制火電廠的NOx排放，此鍋爐執(zhí)行重點(diǎn)地區(qū)燃煤鍋爐 NOx排放濃度限值，即最終煙氣NOx排放濃度 200 mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基， 9%氧）。本工程為 1臺20t/h以煤為燃料的鏈條鍋爐， 原始 NOx排放濃

2、度按 450 mg/Nm3，為了滿足排放要求，本工程考慮對其進(jìn)行SNCR脫硝改造。還原劑用 20%濃度的氨水設(shè)計(jì)，脫硝后NOx3排放濃度小于 200 mg/Nm，鍋爐脫硝效率為 56。1.2主要設(shè)計(jì)原則(1) 脫硝設(shè)計(jì)效率滿足用戶要求。(2) 采用的脫硝工藝具有技術(shù)先進(jìn)、成熟，設(shè)備可靠，性能價(jià)格比高，對鍋爐工況有較好的適用性。(3) 脫硝系統(tǒng)能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 , 系統(tǒng)的啟停和正常運(yùn)行不影響主機(jī)組的安全運(yùn)行。(4) 脫硝裝置的可用率應(yīng) 98%,且維護(hù)工作量小 , 不影響電廠的文明生產(chǎn)； 脫硝裝置設(shè)計(jì)壽命按 30 年。(5) 脫硝工藝的選擇應(yīng)利于電廠的管理和降低運(yùn)行管理費(fèi)用。1.3推薦設(shè)計(jì)方案（ 1

3、）由于本鍋爐爐膛溫度較高， 擬采用 SNCR煙氣脫硝技術(shù)， 鍋爐脫硝設(shè)計(jì)效率為 56。（ 2）還原劑為 20%氨水。（ 3） NH3逃逸量（煙囪出口處測量）控制在 8ppm以下。如有更高的排放要求可在煙道尾部增加催化劑，采用混合法脫硝技術(shù)。2、 SNCR法 NOx控制機(jī)理在高溫沒有催化劑的條件下，氨基還原劑（如氨氣、氨水、尿素）噴入爐膛，熱解生成NH3與其它副產(chǎn)物，在 8001100溫度窗口， NH3 與煙氣中的 NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反1應(yīng)，將 NOx還原成 N2 與 H2O。SNCR脫硝反應(yīng)對溫度條件非常敏感，受制于停留時(shí)間、NH3/NO 摩爾比（ NSR）、混合程度等因素，并對鍋爐效

4、率造成一定的影響（通常在0.20.5%）。（ 1）反應(yīng)溫度NH3 與 NOx反應(yīng)過程受溫度的影響較大：反應(yīng)溫度超過 1100時(shí)， NH3 被氧化成 NOx，氧化反應(yīng)起主導(dǎo)；反應(yīng)溫度低于 1000時(shí)， NH3與 NOx的還原反應(yīng)為主，但反應(yīng)速率降低，易造成未反應(yīng)的 NH3 逃逸過高。選擇性非催化還原煙氣脫硝過程是上述兩類反應(yīng)相互競爭、共同作用的結(jié)果，如何選取合適的溫度條件是該技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。4NH3+ 5O 2 4NO + 6H2O采用氨水或尿素溶液作為脫硝還原劑時(shí)，還原劑溶液經(jīng)霧化器霧化成液滴噴入爐內(nèi)，霧化液滴蒸發(fā)熱解成 NH3 之后，才進(jìn)入合適的溫度區(qū)域進(jìn)行還原反應(yīng)?；诎彼c尿素霧化液

5、滴蒸發(fā)熱解速度的不同，其噴入爐膛的合適溫度窗口也有差別：氨水為還原劑時(shí)，窗口溫度約為 800 1, 100；尿素為還原劑時(shí)，窗口溫度約為8501,150。由于爐內(nèi)煙氣溫度的分布受到鍋爐負(fù)荷、煤種、鍋爐受熱面布置等多種因素的影響，合適的脫硝還原反應(yīng)溫度區(qū)間以及噴射器的具體噴射位置，需要在 CFD模擬計(jì)算以后才能最終確定。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的變化，適合脫硝還原劑溫度的區(qū)間位置也會發(fā)生變動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常采用下述措施：（ a）在線調(diào)整霧化液滴的粒徑大小與含水量，縮短或延長液滴的蒸發(fā)與熱解時(shí)間，使熱解產(chǎn)物 NH3投送到合適的脫硝還原反應(yīng)區(qū)域。（ b）布置多點(diǎn)區(qū)域噴射器，在不同運(yùn)行狀態(tài)，采用不

6、同的噴射點(diǎn)進(jìn)行噴射。（ 2）停留時(shí)間國外研究表明， NH-NO非爆炸性反應(yīng)時(shí)間僅約 100ms。停留時(shí)間指的是還原劑在爐內(nèi)完成與煙氣的混合、液滴蒸發(fā)、熱解成 NH3、 NH3轉(zhuǎn)化成游離基 NH2、脫硝化學(xué)反應(yīng)等全部過程所需要的時(shí)間。延長反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間，有助于反應(yīng)物質(zhì)擴(kuò)散傳遞和化學(xué)反應(yīng)，提高脫硝效率。當(dāng)合適的反應(yīng)溫度窗口較窄時(shí)，部分還原反應(yīng)將滯后到較低的溫度區(qū)間，較低的反應(yīng)速率需要更長的停留時(shí)間以獲得相同脫硝效率。當(dāng)停留時(shí)間超過1s 時(shí)，易獲得較高的脫硝效果，停留時(shí)間至少應(yīng)超過0.3 秒。（ 3）化學(xué)當(dāng)量比（ NSR）NH3-NO理論化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量比為1:1 ，但由于還原劑有小部分未反應(yīng)的N

7、H3隨煙氣排入大氣，因此，需要比理論化學(xué)當(dāng)量比更多的還原劑噴入爐膛才能達(dá)到較理想的 NOx 還原率。此外，當(dāng)原始 NOx濃度較低時(shí)，脫硝還原化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力降低，為達(dá)到相同的脫硝效率，需要噴入爐內(nèi)更多的還原劑參與反應(yīng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，脫硝效率在 50%以內(nèi)時(shí)， NH3/ NOx 摩爾比一般控制在 1. 02.0 之間。（ 4）還原劑與煙氣的混合脫硝還原劑與煙氣充分均勻混合，是保證在適當(dāng)?shù)腘H3/NO摩爾比下獲得較高脫硝效率的2重要條件之一。為將還原劑準(zhǔn)確送到爐膛內(nèi)合適的脫硝還原反應(yīng)溫度區(qū)間，并與煙氣充分混合，通常采用如下措施：優(yōu)化霧化器的噴嘴，控制霧化液滴的粒徑、噴射角度、穿透深度及覆蓋范圍。強(qiáng)化噴

8、射器下游煙氣的湍流混合，增加反應(yīng)溫度區(qū)域內(nèi)的 NH3/NOx 擴(kuò)散，提高反應(yīng)速率。（ 5）對鍋爐效率的影響還原劑水溶液噴入爐膛高溫?zé)煔庵?，霧化液滴的蒸發(fā)熱解是一個(gè)吸熱過程，需要從煙氣中吸收部分熱量，這可能會增加鍋爐的熱損失。通常應(yīng)盡可能控制還原劑的噴入量，使 SNCR 裝置對鍋爐熱效率的影響小于 0.5%。（ 6）氨逃逸SNCR脫硝反應(yīng)過程中，部分未參與反應(yīng)的 NH3隨煙氣進(jìn)入下游煙道。在 146207溫度區(qū)間，氣態(tài)氨與煙氣中 SO3 反應(yīng)生成粘性較強(qiáng)的 NH4HSO4，容易造成空預(yù)器低溫段受熱面堵塞和腐蝕。圖 1-1 是空預(yù)器入口煙氣中NH3 與 SO3 濃度對空預(yù)器的影響：區(qū)域I ，不需要

9、任何措施，為安全運(yùn)行區(qū)域；區(qū)域II ，可能會發(fā)生輕微的堵塞和腐蝕，不需要經(jīng)常的水沖洗；區(qū)域III ，硫酸氫氨的堵塞和腐蝕非常危險(xiǎn)，需要頻繁的水沖洗；區(qū)域 IV ，將隨時(shí)導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。圖 1-2 是美國 EPA對多個(gè) SNCR工程的氨逃逸濃度與脫硝效率的統(tǒng)計(jì)，脫硝效率約 3040% 時(shí)，氨逃逸濃度不超過 5L/L 。通常， SNCR的氨逃逸濃度控制在 10 L/L 時(shí)，對空預(yù)器影響輕微。由于 SNCR不使用催化劑，無額外的SO3 產(chǎn)生，對空預(yù)器的影響程度會比采用SCR小。圖1-1NH3與 SO 對空預(yù)器的影響圖 1-2氨逃逸與脫硝效率的關(guān)系33 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 3-1鍋爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)序號名稱數(shù)據(jù)單位

10、備注1鍋爐類型鏈條鍋爐32裝機(jī)容量20t/h4煙氣量（干基 9%氧 )300003估算Nm/h5N0x 初始排放濃度4503干態(tài) 9%含氧mg/Nm6N0x 脫硝排放濃度2003干態(tài) 9%含氧mg/Nm表 2-2主要設(shè)計(jì)參數(shù)和性能指標(biāo)序號項(xiàng)目內(nèi)容單位數(shù)值備注1脫硝前煙氣 NOx基準(zhǔn)濃度3450mg/Nm2SNCR脫硝效率%563SNCR運(yùn)行后 NOx濃度3200mg/Nm4NH 逃逸濃度ppm1035SNCR系統(tǒng)對鍋爐效率影響%0.56NSR1.57氨水濃度208氨水稀釋后濃度2.99氨水消耗量kg/h3820%濃度10除鹽水耗量kg /h500稀釋水11雜用壓縮空氣耗量31.3Nm/min注

11、：以上消耗量是初步數(shù)據(jù)，待初步設(shè)計(jì)完成后提供最終數(shù)據(jù)。4 工藝系統(tǒng)說明4.1氨水存儲和供應(yīng)系統(tǒng)本項(xiàng)目的還原劑采用 20%濃度的氨水。外購的氨水由槽車運(yùn)至電廠，氨水罐車中氨水經(jīng)卸載泵打入氨水儲罐中。儲存罐體積要滿足業(yè)主用量要求，可按照7 天的消耗量進(jìn)行設(shè)計(jì)。儲罐材料采用 SS304。儲罐為立式平底結(jié)構(gòu)，裝有液位、溫度顯示儀，裝有人孔、梯子，通風(fēng)孔。儲罐基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)。該設(shè)備的布置應(yīng)符合國家有關(guān)危化品安全、防火、衛(wèi)生要求。通常布置在較為獨(dú)立的場地。本項(xiàng)目設(shè)置 1 臺氨水儲罐，容量按1 臺機(jī)組 7 天消耗量設(shè)置。4.2 還原劑供給系統(tǒng)專為用來提供氨水動(dòng)力的系統(tǒng)。主要功能包括：4為還原劑提升壓頭，提

12、供噴射系統(tǒng)動(dòng)力；按照控制系統(tǒng)的要求提供足量的還原劑流量；對還原劑液體內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)行過濾；該裝置布置在氨水儲存罐附近，配置一套。4.3稀釋水系統(tǒng)SNCR系統(tǒng)設(shè)置一套稀釋水系統(tǒng)。根據(jù)還原劑噴射量以及噴射器的特性，向還原劑混合裝置提供足夠的稀釋壓力，以保證噴射裝置處理良好的工作狀態(tài)。入除鹽水壓力不穩(wěn)定采用稀釋水箱。稀釋水裝置布置在鍋爐附近。2.4 計(jì)量分配系統(tǒng)為每臺鍋爐的 SNCR系統(tǒng)設(shè)置一套氨水稀釋計(jì)量分配系統(tǒng)。噴射區(qū)計(jì)量模塊是一級模塊，根據(jù)鍋爐負(fù)荷、燃料、燃燒方式、 NOx 水平、脫硝效率等參數(shù)的變化，調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐噴射區(qū)的反應(yīng)劑流量。同時(shí)，該模塊在還原劑計(jì)量后，對各噴射區(qū)各噴射器的還原劑噴射流量進(jìn)

13、行逐個(gè)分配。霧化空氣和冷卻空氣從該裝置注入。2.5 噴射器組件每一個(gè)噴射器組件都具有還原劑和空氣的接入口，以達(dá)到NOx減排所需流量和壓力。噴射器由不銹鋼材料制造。本項(xiàng)目為每臺機(jī)組左右墻各設(shè)置1 層噴射器，每層每側(cè)各2支噴射器，共 4 支墻式噴射器（具體位置根據(jù)鍋爐實(shí)際情況確定）。2.6 控制系統(tǒng)煙氣脫硝設(shè)置一套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對氨水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備的控制和操作界面，并通過 PID 調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)氨水噴量的自動(dòng)控制。2.7 電氣系統(tǒng)脫硝系統(tǒng)供電電壓為 380/220V 三相四線制。業(yè)主為氨區(qū)及每臺 SNCR區(qū)各提供一路電源到賣方柜內(nèi)。氨區(qū)照明燈具采用工廠三防燈形式；氨區(qū)及SNCR區(qū)不設(shè)置檢修箱。SN

14、CR裝置電耗和還原劑制備系統(tǒng)的電耗見下表。序號用電設(shè)備名稱臺數(shù)裝機(jī)容量電 壓備注單臺（ kW）相數(shù)（ kW）（ VAC）1 氨水儲存區(qū)1.1氨水卸載泵12238031.2氨水輸送泵21.12.238031.4照明系統(tǒng)14422022爐區(qū)2.1稀釋水裝置21.11, 。138032.2爐區(qū)熱控用電122220255 主要設(shè)備表表主要設(shè)備表工藝設(shè)備清單序設(shè)備名稱形式、規(guī)范單數(shù)號位備 注量一氨水區(qū)1卸氨泵臥式離心式泵 , 過流部分材質(zhì)臺1304,15m3/h,15m2氨水儲罐立式， 2.2 m 2.3mH，材質(zhì)： 304SS，臺1V=7m33氨水輸送泵立式多級離心泵（ 0.3m3/h,100m ）臺24噴淋及洗眼器套1二爐區(qū) SNCR1稀釋水箱立式， 1.5 m 2mH，材質(zhì)： 304SS，臺1V=3.5m32稀釋水泵3臺2立式多級離心泵（ 0.8m /h,100m ）3計(jì)量裝置LCSNCR-MM-1套14分配裝置LCSNCR-MM-4套15墻式噴射器LCSNCR-INJ， 4 支 / 爐支46氨水軟管及接套4頭霧化空氣軟管套4及接頭三管道閥門1管道、支吊架套1等材料2儀表、閥門套1四平臺扶梯1脫硝平臺SNCR模塊平臺噸0.5五其他1鍋爐開孔、套含水冷壁開孔套4管2噴槍密封盒套43氨水遮陽棚4m 5.5m 5m（高），輕鋼彩板結(jié)構(gòu)1個(gè)六電氣系統(tǒng)6序設(shè)備名稱形