煙氣脫硝方案

1、20t/h鏈條鍋爐SNCR脫硝工程技術方案1 概述1.1 項目概況近年來，隨著我國火電裝機容量的急速增長，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，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)境保護部、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2014），據(jù)此標準為控制火電廠的NOx排放，此鍋爐執(zhí)行重點地區(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，本工程考慮對其進行SNCR脫硝改造。還原劑用20%濃度的氨水設計，脫硝后NOx排放濃度小于200 mg/Nm3，鍋爐脫硝效率為56。1.2 主要設計原則(1) 脫硝設計效率滿足用戶要求。(2) 采用的脫硝工藝具有技術先進、成熟，設備可靠，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)定運行,系統(tǒng)的啟停和正常運行不影響主機組的安全運行。(4) 脫硝裝置的可用率應98%,且維護工作量小,不影響電廠的文明生產；脫硝裝置設計壽命按30年。(5) 脫硝工藝的選擇應利于電廠的管理和降低運行管理費用。1.3 推薦設計方案（1）由于本鍋爐爐膛溫度較高，擬采用SNCR

3、煙氣脫硝技術，鍋爐脫硝設計效率為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。2、SNCR法NOx控制機理 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與其它副產物，在8001100溫度窗口，NH3與煙氣中的NOx進行選擇性非催化還原反應，將NOx還原成N2與H2O。 SNCR脫硝反應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）反應溫度 NH3與NOx反應過程

4、受溫度的影響較大：反應溫度超過1100時，NH3被氧化成NOx，氧化反應起主導；反應溫度低于1000時，NH3與NOx的還原反應為主，但反應速率降低，易造成未反應的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相互競爭、共同作用的結果，如何選取合適的溫度條件是該技術成功應用的關鍵。4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O采用氨水或尿素溶液作為脫硝還原劑時，還原劑溶液經霧化器霧化成液滴噴入爐內，霧化液滴蒸發(fā)熱解成NH3之后，才進入合適的溫度區(qū)域進行還原反應。基于氨水與尿素霧化液滴蒸發(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。由于爐內煙氣溫度的分布受到鍋爐負荷、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。在鍋爐實際運行時，隨著負荷的變化，適合脫硝還原劑溫度的區(qū)間位置也會發(fā)生變動，在實際應用時，常采用下述措施：（a）在線調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，使熱解產物NH3投送到合適的脫硝還原反應區(qū)域。（b）布置多點區(qū)域噴射器，在不同運行狀態(tài)，采用不同的噴射點進行噴射。（2）停留時間國外研究表明，NH-NO非爆炸性反應時間僅約100ms。停留時間指的是還原劑在爐內完成

6、與煙氣的混合、液滴蒸發(fā)、熱解成NH3、NH3轉化成游離基NH2、脫硝化學反應等全部過程所需要的時間。延長反應區(qū)域內的停留時間，有助于反應物質擴散傳遞和化學反應，提高脫硝效率。當合適的反應溫度窗口較窄時，部分還原反應將滯后到較低的溫度區(qū)間，較低的反應速率需要更長的停留時間以獲得相同脫硝效率。當停留時間超過1s時，易獲得較高的脫硝效果，停留時間至少應超過0.3秒。（3）化學當量比（NSR）NH3-NO理論化學反應當量比為1:1，但由于還原劑有小部分未反應的NH3隨煙氣排入大氣，因此，需要比理論化學當量比更多的還原劑噴入爐膛才能達到較理想的NOx 還原率。此外，當原始NOx濃度較低時，脫硝還原化學反

7、應動力降低，為達到相同的脫硝效率，需要噴入爐內更多的還原劑參與反應。運行經驗顯示，脫硝效率在50%以內時，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?shù)腘H3/NO摩爾比下獲得較高脫硝效率的重要條件之一。為將還原劑準確送到爐膛內合適的脫硝還原反應溫度區(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 強化噴射器下游煙氣的湍流混合，增加反應溫度區(qū)域內的NH3/NOx擴散，提高反應速率。（5）對鍋爐效率的影響還原劑水溶液噴入爐膛高溫煙氣中，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脫硝反應過程中，部分未參與反應的NH3隨煙氣進入下游煙道。在146207溫度區(qū)間，氣態(tài)氨與煙氣中SO3反應生成粘性較強的NH4HSO4，容易造成空預器低溫段受熱面堵塞和腐蝕。圖1-1是空預器入口煙氣中NH3與SO3濃度對空預器的影響：區(qū)域I，不需要任何措施，為安全運行區(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，將隨時導致機組停運。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，對空預器影響輕微。由于SNCR不使用催化劑，無額外的SO3產生，對空預器的影響程度會比采用SCR小。 圖1-1 NH3與SO3對空預器的影響 圖1-2 氨逃逸與脫硝效率的關系3 主要設計參數(shù)表3-1 鍋爐基礎數(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 主要設計參數(shù)和性能指

10、標序號項目內容單位數(shù)值備注1脫硝前煙氣NOx基準濃度mg/Nm34502SNCR脫硝效率%563SNCR運行后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至電廠，氨水罐車中氨水經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天的消耗量進行設計。儲罐材料采用SS304。儲罐為立式平底結構，裝有液位、溫度顯示儀，裝有人孔、梯子，通風孔。儲罐基礎為混凝土結構。該設備的布置應符合國家有關?；钒踩⒎阑?、衛(wèi)生要求。通常布置在較為獨立的場地。本項目設置1臺氨水儲罐，容量按1臺機組7天消耗量設置。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；對還原劑液體內的雜質進行過濾；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)鍋爐負荷、燃料、燃燒方式、NOx水平、脫硝效率等參數(shù)的變化，調節(jié)進入鍋爐噴射區(qū)的反應劑流量。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。本項目為每臺機組左右墻各設置1層噴射器，每層每側各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) 煙氣脫硝設置一套獨立的PLC系統(tǒng)，實現(xiàn)對氨水供應系統(tǒng)設備的控制和操作界面，并通過PID調節(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。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。序號用電設備名稱臺數(shù)單臺（kW）裝機容量（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 主要設備表表 主要設備表工藝設備清單序號設備名稱形式、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304,15m3/h,15m臺12氨水儲罐立式，2.2m×2.3mH，材質：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：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