煙氣脫硝方案

1、20t/h鏈條鍋爐SNCR脫硝工程技術(shù)方案1 概述1.1 項目概況近年來，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排放濃度按450 mg/

2、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，脫硝后NOx排放濃度小于200 mg/Nm3，鍋爐脫硝效率為56。1.2 主要設(shè)計原則(1) 脫硝設(shè)計效率滿足用戶要求。(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)計方案（1）由于本鍋爐爐膛溫度較高，擬采用SNCR

3、煙氣脫硝技術(shù)，鍋爐脫硝設(shè)計效率為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，受制于停留時間、NH3/NO摩爾比（NSR）、混合程度等因素，并對鍋爐效率造成一定的影響（通常在0.20.5%）。（1）反應(yīng)溫度 NH3與NOx反應(yīng)過程

4、受溫度的影響較大：反應(yīng)溫度超過1100時，NH3被氧化成NOx，氧化反應(yīng)起主導(dǎo)；反應(yīng)溫度低于1000時，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 + 5O2 4NO + 6H2O采用氨水或尿素溶液作為脫硝還原劑時，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，窗口溫度約為8001,100；尿素

5、為還原劑時，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模擬計算以后才能最終確定。在鍋爐實際運(yùn)行時，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，在實際應(yīng)用時，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)，采用不同的噴射點(diǎn)進(jìn)行噴射。（2）停留時間國外研究表明，NH-NO非爆炸性反應(yīng)時間僅約100ms。停留時間指的是還原劑在爐內(nèi)完成

6、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間。延長反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的停留時間，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，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間以獲得相同脫硝效率。當(dāng)停留時間超過1s時，易獲得較高的脫硝效果，停留時間至少應(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NH3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，脫硝還原化學(xué)反

7、應(yīng)動力降低，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)驗顯示，脫硝效率在50%以內(nèi)時，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：l 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。l 強(qiáng)化噴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

8、解是一個吸熱過程，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，需要頻繁的水沖洗；區(qū)域IV，將隨時導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。圖1-2是

9、美國EPA對多個SNCR工程的氨逃逸濃度與脫硝效率的統(tǒng)計，脫硝效率約3040%時，氨逃逸濃度不超過5L/L。通常，SNCR的氨逃逸濃度控制在10L/L時，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1-1 NH3與SO3對空預(yù)器的影響 圖1-2 氨逃逸與脫硝效率的關(guān)系3 主要設(shè)計參數(shù)表3-1 鍋爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)序號名稱數(shù)據(jù)單位備注1鍋爐類型鏈條鍋爐2裝機(jī)容量20t/h4煙氣量（干基9%氧)30000Nm3/h估算5N0x初始排放濃度450mg/Nm3干態(tài)9%含氧6N0x脫硝排放濃度200mg/Nm3干態(tài)9%含氧表2-2 主要設(shè)計參數(shù)和性能指

10、標(biāo)序號項目內(nèi)容單位數(shù)值備注1脫硝前煙氣NOx基準(zhǔn)濃度mg/Nm34502SNCR脫硝效率%563SNCR運(yùn)行后NOx濃度mg/Nm32004NH3逃逸濃度ppm<105SNCR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Nm3/min 1.3注：以上消耗量是初步數(shù)據(jù)，待初步設(shè)計完成后提供最終數(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

11、要求，可按照7天的消耗量進(jìn)行設(shè)計。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)?；钒踩⒎阑?、衛(wèi)生要求。通常布置在較為獨(dú)立的場地。本項目設(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力的系統(tǒng)。主要功能包括：為還原劑提升壓頭，提供噴射系統(tǒng)動力；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

12、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)置一套氨水稀釋計量分配系統(tǒng)。噴射區(qū)計量模塊是一級模塊，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，該模塊在還原劑計量后，對各噴射區(qū)各噴射器的還原劑噴射流量進(jìn)行逐個分配。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

13、位置根據(jù)鍋爐實際情況確定）。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)實現(xiàn)氨水噴量的自動控制。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。SNCR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)單臺（kW）裝機(jī)容量（kW）電 壓（VAC）相數(shù)備注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,。138

14、032.2爐區(qū)熱控用電1222202 5 主要設(shè)備表表 主要設(shè)備表工藝設(shè)備清單序號設(shè)備名稱形式、規(guī)范單位數(shù)量備 注一氨水區(qū)1卸氨泵臥式離心式泵,過流部分材質(zhì)304,15m3/h,15m臺12氨水儲罐立式，2.2m×2.3mH，材質(zhì)：304SS， V=7m3臺13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，1.5m×2mH，材質(zhì)：304SS， V=3.5m3臺12稀釋水泵立式多級離心泵（0.8m3/h,100m）臺23計量裝置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氨水軟管及接頭套4霧化空氣軟管及接頭套4三管道閥門1管道、支吊架等材料套12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、套管含水冷壁開孔套42噴槍密封盒套43氨水遮陽棚4m×5.5m×5m（高），輕鋼彩板結(jié)