循环流化床锅炉脱硝技术方案详

1、循环流化床锅炉 SNCR 脱硝技术方案SNCRX程设计方案1、SNCR和SCR两种技术方案的选择1.1. 工艺描述选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction,以下简写为SNCR)技术是一 种成熟的商业性NOx控制处理技术。SNCR方法主要在9001050E下，将含氮的化学 剂喷入贫燃烟气中，将 NO还原，生成氮气和水。而选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR),由于使用了催化剂，因此可以在低得多的温度下脱除NOx。两种方法都是利用氮剂对NOx还原的选择性，以有效的避免还原氮剂与贫燃烟气中大量的氧气反 应，因

2、此称之为选择性还原方法。两种方法的化学反应原理相同。SNCR在实验室内的试验中可以达到 90%以上的NOx脱除率。应用在大型锅炉上， 短期示范期间能达到75%的脱硝率，长期现场应用一般能达到 30%50%的NOx脱除 率。SNCR技术的工业应用是在20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的， 在欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始 SNCR技术的工业应用。美国的SNCR技术 应用是在90年代初开始的，目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。两种烟气脱硝技术都可以采用氨水、纯氨、或者尿素作为还原剂，工艺上的不同主 要体现在两个方面：其一，SCR需要布置昂贵的金属催化剂，

3、SNCR不需要催化剂；其 二, SNCR存在所谓的反应温度窗口，一般文献介绍，其最佳反应温度窗口为8501100C, 但是当采用氨做还原剂且和烟气在良好混合条件下，并且保证一定的停留时间，则在更 低的760950C范围内也可以进行有效程度的脱硝反应。采用SCR技术的脱硝反应，由于催化剂的存在，贝U可以在尾部烟道低温区域进行。SNCR、SCR和SNCR-SCR三种技术性能比较见表 2-1。表2-1选择性还原脱硝技术性能比较项目SCRSNCRSCR-SNCR还原剂NH3或尿素NH 3或尿素NH3或尿素反应温度250420 C8501250C前段：250420 C,后段：8501250 C催化剂Ti

4、O2, V2O5, WO 3不使用催化剂后段加装少量TiO2,V2O5, WO3脱硝效率7090%大型机组为2540%,小型机组配合LNB、OFA技术可达80%4090%反应剂喷射位置多选择省煤器与SCR反应器间的烟道内通常在炉膛内喷射综合SNCR和SCRNH 3逃逸小于3ppm510ppm小于5ppmSO2/SO3 氧化会导致SO2/SO3氧化不导致SO2/SO3氧化SO2/SO3 氧化较 SCR低对空气预热器影响催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，SO2/SO3氧化率 较咼，NH3与SO3 易形成NH4HSO4而造成堵塞或腐蚀不会因催化剂导致SO2/SO3的氧化，

5、造成堵塞或腐蚀的概率 低于SCR和混合SNCR-SCRSO2/SO3氧化率较SCR低，造成堵塞或腐蚀的概率较SCR 低系统压力损失催化剂会造成较大的压力损失没有压力损失催化剂用量较SCR少，产生的压力损失相对较小燃料的影响咼灰分会磨耗催化 齐U,碱金属氧化物会 使催化剂钝化无影响与SCR相同锅炉的影响受省煤器出口烟气温度的影响受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布影响综合SNCR和SCR占地空间大（需增加大型催化小（锅炉无需增加催较小（需增加小型催剂反应器和供氨或尿素系统）化剂反应器）化剂反应器）近年来由于环保需要，中国要求电厂锅炉除了使用低氮燃烧器（LNB）夕卜，还需进一步 安装烟气脱硝装置

6、，目前采用的最佳成效工艺主要有SNCR、SCR和SNCR/SCR混合法技术。参照国外整体能源的分配和利用比重以及电厂实际情况来看，和我国较相似的 是美国，但是国内的燃煤质量及灰分量仍然是要特别考虑的因素。由于SNCR在小型机组上呈现出的优越性，所以在小型机组上首选 SNCR脱硝技术，且进行SNCR改造后， 若需再进一步脱硝，具有很大的灵活性，如图 2-1所示。图2-1 SNCR技术所具有的灵活性SNCR系统较简单，可以根据机组运行状况灵活处理， 不受机组燃料和负荷的变化 而受影响。施工周期短，SNCR对其他系统的维护运行（如空气预热器和集尘器），都不 产生干扰及增加阻力。使用尿素作还原剂，不仅

7、可以而且减少SCR系统采用 液氨”在使 用和运输上的所带来的安全风险。而且，氨区的设计占地远远大于尿素区的设计占地。 非常适用于老厂的脱硝改造，若需进一步脱硝，可加装一层SCR催化剂，形成混合SNCR-SCR技术，达至U NOx减排要求。由于国内脱硝技术仍属起步阶段，目前关于 SNCR、SCR和SNCR-SCR混合法运 行资料不甚多，所以需要借鉴国外经验来参考。图2-2所示为SNCR，SCR和SNCR-SCR 混合法工艺的的经济比较，表 2-2美国NOx工艺选择的经济型分析计算值。图2-2 一般SNCR，SCR和SNCR-SCR 混合法工艺的的经济比较表2-2美国NOx工艺选择的经济型分析计算

8、值工艺%脱硝率%最经济 脱硝率区*平均美国总投资美元/KW美国总投资US$/KWSNCR25402035151020SCR508570808060140HybridSNCR-SCR559550703070 （24 倍）（视脱硝率而定）SNCRvHybridvSCR（注*：在此区域之外并不是不能达到，而是运行成本会不成比例的大幅度增加。工艺本身的一些弱点 会不成比例的放大。包括负面影响锅炉的下游系统，让整体的能耗及经济效益减低许多。）从经济和性能综合分析:? SCR脱硝装置的成本主要在装置的成本，运行成本主要在于还原剂和催化剂的消耗 和电耗。 SNCR 方案其运行费用仅为 SCR 工艺的 153

9、0%，是在满足国家排放标准 基础上最经济的方案。? SCR 潜在的产能问题最多又大。? SCR-SNCR 混合型是一个综合的方案，它的最大优点在于可以根据排放要求，分期 实施。并比 SCR 便宜。产能问题大幅减少。由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分离器进口和出口的烟气温度位于SNCR反应温度窗口内，且分离器中的烟气流场的情况正好有利于喷入的还原剂和烟气的良好混合，故 在循环流化床锅炉上宜采用 SNCR技术，可达到50%以上的脱硝效率。1.2. SNCR 的优点与其它脱硝技术相比， SNCR 技术具有以下优点：a) 脱硝效果令人满意 ：SNCR 技术应用在大型煤粉锅炉上，长期现场应用一般能够达到3

10、050%的NOx脱除率，循环流化床的的SNCR技术可取得50% 以上的脱硝效率。b) 还原剂多样易得：SNCR技术中脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质，包 括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐(醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠 檬酸铵等)。但效果最好，实际应用最广泛的是氨和尿素。c) 无二次污染 ： SNCR 技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体的污染物 或副产物生成，无二次污染。d) 经济性好：由于SNCR的反应是靠锅炉内的高温驱动的，不需要昂贵的催化 剂系统，因此投资成本和运行成本较低。e) 系统简单、施工时间短 ： SNCR 技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和 喷射系统，主要设备有

11、储罐、泵、喷枪和必要的管路、测控设备。由于设备 简单，SNCR技术的安装期短，仅需10天左右停炉时间，小修期间即可完成 炉膛施工。f) SNCR 技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行大的改动，也不需要改变锅 炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数也不会有显着影响。1.3. 脱硝效果的主要影响因素SNCR方法主要使用含氮的药剂在温度区域 8701200°C喷入含NO的燃烧产物 中，发生还原反应，脱除NO,生成氮气和水，煤粉炉SNCR其概念见图2-3,循环流化 床锅炉 SNCR 其概念图见图 2-4。由于在一定温度范围，有氧气的情况下，氮剂对NOx的还原，在所有其他的化学反应中占主导，表

12、现出选择性，因此称之为选择性非催化还 原。SNCR在实验室内的试验中可以达到 90%以上的NO脱除率。SNCR应用在大型锅 炉上，选择短期示范期间能达到 75的脱硝效率，典型的长期现场应用能达到 30 60 的NOx脱除率。在大型的锅炉(大于300MW发电功率)上运行，通常由于混合的限制， 脱硝率小于 40%。 SNCR 技术的工业应用是在 20世纪 70年代中期日本的一些燃油、燃 气电厂开始的，在欧盟国家从 80 年代末一些燃煤电厂也开始 SNCR 技术的工业应用。图 2-3 煤粉炉 SNCR 过程还原 NOx 的概念图 2-4 循环流化床 SNCR 过程还原 NOx 的概念SNCR相对SC

13、R的初投资低，停工安装期短，原理简单，硬件工艺成熟。在 SNCR 技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：a) 温度范围；b) 合适的温度范围内可以停留的时间；c) 反应剂和烟气混合的程度；d) 未控制的 NOx 浓度水平；e) 喷入的反应剂与未控制的 NOx 的摩尔比 NSR；f) 气氛(氧量、一氧化碳浓度)的影响；g) 氮剂类型和状态；h) 添加剂的作用；1.3.1 温度范围的选择实验表明，SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，温度窗口的选择是 SNCR 还原NO效率高低的关键，图2-5给出了 NOx残留浓度与反应温度的关系曲线。温度窗口取决于烟气组成、烟气速度梯度、炉型结构等

14、系统参数。文献中报道的温 度窗口差别很大，下限最低有427C,上限最高达1150C，最佳温度差别也很大。一般认 为理想的温度范围为700E1000C，温度高，还原剂被氧化成NOx，烟气中的NOx含量 不减少反而增加；温度低，反应不充分，造成还原剂流失，对下游设备产生不利的影响 甚至造成新的污染。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口 随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口通常出现在折 焰角附近的屏式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。研究发现加入其他的有些添加剂可以使 NH3/N0反应的温度窗口向低温方向移动， 如图2-6所示。目前报

15、道的添加剂包括氢气，引入的氢气变成0H使得温度窗口朝低温方向移动；过氧化氢；一氧化碳；碳氢化合物如甲烷、甲醇、乙醇、苯酚；钠盐如Na0H、HC00Na、CH3C00Na、NaN03、Na2C03。图2-5 NOx残留浓度与反应温度的关系曲线图2-6氨中CH4添加量对温度窗口的影响1.3.2 合适的停留时间图2-7停留时间对SNCR脱硝率的影响还原剂必须和 N0x 在合适的温度区域内有足够的停留时间，这样才能保证烟气中的 N0x 还原率。还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除 N0x 的效果越好。 NH3 的停留时间超过1S则可以出现最佳NOX脱除率。尿素和氨水需要 0.3S-0.4S的停留

16、时间 以达到有效的脱除NOx的效果。图2-7说明了停留时间对SNCR脱硝率的影响。用于SNCR脱硝工艺中常使用的还原剂有尿素、液氨和氨水。若还原剂使用液氨，则 优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气有毒、可燃、可 爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用；另外， 输送管道也需特别处理；需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果，一般应 用在尺寸较小的锅炉和焚烧炉。若还原剂使用氨水，氨水有恶臭，挥发性和腐蚀性强， 有一定的操作安全要求，但储存、处理比液氨简单；由于含有大量的稀释水，储存、输 送系统比氨系统要复杂；喷射刚性，穿透能力比氨气喷

17、射好，但挥发性仍然比尿素溶液 大，应用在墙式喷射器的时候仍然难以深入到大型炉膛的深部，因此一般应用在中小型 锅炉上，但在CFB锅炉上多使用氨水作为还原剂；若还原剂使用尿素，尿素不易燃烧和 爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安全；挥发性比氨水小，在炉膛中的穿透 性好；效果相对较好，脱硝效率高，适合于大型锅炉设备的 SNCR 脱硝工艺。从图2-8可以看出不同温度下尿素和氨对NOx还原率的影响，温度区间位于 730C 950C之间时，选用氨作还原剂的脱硝效率要高于选用尿素的脱硝率。当反应区域温度在950C以上时，尿素的脱硝效率则可以保持在氨脱硝系统之上。所以在CFB锅炉的SNCR系统，如果不是

18、出于安全考虑，一般采用氨系统。但是在煤粉炉高温炉膛喷射，选 择尿素更为有利。液氨是易燃易爆有毒的化学危险品，氨水挥发性强且输运不便；氨水 的处理较液氨简单，因此在CFB锅炉的SNCR技术中多选择氨水作为还原剂。1.3.4适当的NH3/N0摩尔比NSR根据化学反应方程，NH3/NOX摩尔比应该为1,但实际上都要比1大才能达到较理想 的NOx还原率，已有的运行经验显示， NH3/NO摩尔比一般控制在1.02.0之间，超过2.5 对NOx还原率已无大的影响(见图2-9), NH3/NO摩尔比过大，虽然有利于NOx还原率增 大，但氨逃逸加大又会造成新的问题，同时还增加了运行费用。但是如何更有效地控制

19、NH3的泄漏，仍然有待于更进一步的研究。随着氨水喷入量的增加，氨水与烟气的混合 情况有所好转，因此在高NH3/NO摩尔比值情况下取得了好的效果。在实际应用中考虑到 NH3的泄漏问题，应选尽可能小的 NH3/NO摩尔比值，同时为了保证 NO还原率，要求必 须采取措施强化氨水与烟气的混合过程。图2-9 NH 3/NO摩尔比NSR对NOx还原率的影响1.3.5 还原剂和烟气的充分混合还原剂和烟气的充分混合是保证充分反应的又一个技术关键，是保证在适当的 NH3/NO摩尔比是得到较高的NOx还原率的基本条件之一。大量研究表明，烟气与还原剂 快速而良好混合对于改善NOx的还原率是很必要的。1.3.6 气氛

20、的影响合适的氧量也是保证NH3与NO还原反应正常进行的制约因素。随着氧量的增加NO还原率不断下降。这是因为存在大量的 O2使NH3与O2的接触机会增多，从而促进了 NH3 氧化反应的进行。烟气中的O2在数量级上远大于NO,在还原反应中微量的氧可大大满足 反应的需求，因此从氧量对于 NO还原率的影响来看，氧量越小越有利于 NO的还原，见 图 2-10。图2-10 NOx还原率随烟气中的氧气浓度变化为了提高 SNCR 对 NOx 的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设计阶段重点考虑以 下几个关键的工艺参数：燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、 NO 浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布

21、以及 CO 浓度等。1.4. SNCR 系统设计我方设计依据至少遵循下列文件和标准，但不限于此：1) 本项目招标文件2) 火力发电厂设计技术规程DL5000-20003)4)5)6)7)8)9)10)11)12)13)14)15)16)17)18)19)20)21)22)23)24)25)26)27)电力工程制图标准DL5028-93继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91火力发电厂厂用电设计技术规定DL/T 5153-2002火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程DL/T5136-2001发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程SDJ26-89火力发电厂和变电所照明设计技术规定DLGJ56

22、-953110KV 高压配电装置设计规范GB50060-92交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620-1997电测量及电能计量装置设计技术规程DL/T5137-2001电力工程电缆设计规范GB50217-94火力发电厂厂内通信设计技术规定DL/T5041-95建筑物防雷设计规范GB50057-94火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定DL/T5044-95低压配电设计规范GB50054-95交流电气装置的接地DL/T621-1997过程检测和控制流程图用图形符号和文字符号GB262581火力发电厂电子计算机监视系统技术规定NDGJ9189火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定DLG

23、J11693分散控制系统设计若干技术问题规定 1993年 3 月能源部电力规划设计管理 局火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统在线验收测试规程DL/T 655-1998火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程DL/T 657-1998火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程DL/T 658-1998火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程DL/T 659-1998工业自动化仪表工程施工及验收规范GB9396火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法（征求意见稿） 142 SNCR系统主要设计依据220t/h单汽包、自然循环、汽冷后段有水平式过热器及省煤器、平衡通风系统的循环流化床锅炉,主要参数见表2-

24、3。表2-3某300t/h自然循环流化床锅炉的主要设计参数（BMCR）名称数据额疋烝发量300t/h过热蒸汽温度540 ±5 C过热蒸汽压力9.8 MPa （表压）省煤器入口给水温度215C空预器出口平均燃气温度140C（依设计煤种定）通风系统平衡通风蒸汽温度控制范围60100%BMCR该炉设计用烟煤，其煤质特性见下表2-4。表2-4燃煤分析序号名称符号单位设计校核1碳Car%62.4260.422氢Har%3.083.383氧Oar%3.422.424氮Nar%1.202.305硫Sar%0.990.906灰分Aar%24.1227.127水分Mar%4.785.809发热量Qn

25、et,ar,pkJ/kg232302233010挥发份Vdaf%12.8511.8511灰变形温度DTC1450140012灰软化温度STC1500145013灰熔融温度FTC150015001.4.3总体工艺1）总体工艺介绍SNCR系统主要包括氨水储存系统、吹扫风系统、氨水缓冲系统和喷射系统四部分。氨水储存系统提供溶液储存的功能，然后根据锅炉运行情况和NOx排放情况加入稀释水 配置成所需的浓度，送入喷射系统。喷射系统实现各喷射层的氨水溶液分配、雾化喷射 和计量。还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，调节方便、灵活、可靠；氨水储 存区与其他设备、厂房等要有一定的安全防火距离，并在适当位置设置

26、室外防火栓，设 有防雷、防静电接地装置；氨水喷射系统应配有良好的控制系统，其主要系统流程图见图2-8图2-8喷射氨水的SNCR系统流程图2）喷枪位置布置由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分离器进口和出口的烟气温度位于SNCR反应温度窗口内，且分离器中的烟气流场的情况正好有利于喷入的还原剂和烟气的良好混合，布 置3组共6根氨水喷枪，2根布置于旋风筒入口烟道上，单侧墙上下布置，2根布置在旋风筒出口管内，按原设计开孔插入，另2根为低负荷下投用，在流化床炉膛内较分离器入口烟道的标高以下设计，其示意图如图2-9所示。考虑炉膛内负压和颗粒浓度，其中位于炉膛和旋风分离器入口处的喷枪不加气动推进装置，采用高温耐热

27、钢和陶瓷防磨套 管保护，分离器出口处位置的喷枪装设气动推进装置，不投用时或压缩空气压力低时退 出。图2-9循环流化床SNCR喷枪位置布置示意图3）BRL工况下消耗还原剂氨水量的计算按BRL工况下NOx炉膛出口浓度为370mg/Nm3,经SNCR脱硝后的排放浓度为 222mg/Nm3计算，烟气量为280000 Nm3/h，按氨氮摩尔比为1.25为设计值，经计算， BRL工况下单台锅炉每小时所需20%浓度的氨水量设计为0.23 t/h。氨水浓度在1525% 之类波动，若按照氨水浓度20%，且锅炉负荷为40%BRL工况下，若将20%浓度的氨水 配置成10%浓度的氨水溶液需加入稀释水量为 0.23t/

28、h。喷枪具有1.52倍的流量调节能 力。1.4.4系统介绍和主要设备1 ）氨水储存系统采用氨水系统时，可选择的氨水浓度在1930%之间。通常氨水选择三种浓度的一种, 即19%，25%，29%。在美国标准控制的体系内，采用浓度不同的氨水，适用的布置和安 全标准也有一定的差异。相同的锅炉工况下，采用的氨水浓度不同，氨罐的容积以及注 射泵，管线，阀门等的参数都会有差异。通常氨水浓度应该由工程公司和业主协商，根 据业主采购情况来具体确定。氨水喷射系统需要一个可以远程控制的卸载管线，将罐车运来的氨水卸载到存储罐 内，存储罐的容积一般要比纯氨系统大很多，但是考虑到制造、运输方面的限制，通常 要限制在100

29、m3以内。考虑工程所在地的气象因素，也就是因为台风、飓风、暴风雨、 暴雪等灾害天气可能造成的厂外氨水供应中断的时间，再确定存储罐的合理尺寸。当一 个罐子的极限尺寸也不能满足合理的储量要求时， 可以采用两个或多个罐子的布置形式。 当然，综合考虑制作运输成本，也可能在单罐容量足够使用情况下，采用 2 个以上的小 罐子布置，但是通常不推荐这样的设计。一般情况下，氨罐存储量要保证锅炉满负荷脱 硝运行 714 天的量，特殊情况下可以取不少于 5 天的量。2) 氨水缓冲系统当锅炉负荷或炉膛出口的 NOx 浓度变化时，送入炉膛的氨水量也应随之变化，这将 导致送入喷射器的流量发生变化。若喷射器的流量变化太大，

30、将会影响到雾化喷射效果， 从而影响脱硝率和氨残余。因此，设计了氨水缓冲罐，用来保证在运行工况变化时喷嘴 中流体流量基本不变。特定浓度的氨水溶液从储罐输出后，进入缓冲罐并加入稀释水，通过监测稀释水流 量和氨水溶液流量来调节最终的氨水浓度以满足锅炉不同负荷的要求。稀释水的输送通 过稀释水泵来实现。稀释水泵设有 2 台，一用一备。流量余量大于 10%，压头大于 20%。4) 背压控制 背压控制回路用于调节到各台炉的氨水溶液和稀释水的稳定流量和压力， 以保证脱硝 效果。因此，每台炉氨水溶液管路和稀释水管路均有背压控制回路，背压控制通过气动 流量调节阀来实现。5) 喷射计量和分配装置 喷射区计量分配模块

31、是一级模块，每个模块由若干个流量测量设备和气动阀门设备 组成。用于精确计量和独立控制到锅炉每个喷射区的反应剂流量和浓度。该模块连接并 响应来自机组的控制信号，自动调节反应剂流量，对 NOx 水平、锅炉负荷、燃料或燃烧 方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其质量流量。7) 喷射系统 在线配制稀释好的氨水溶液将送到各层喷射层，各喷射层设有总阀门控制本喷射层 是否投运，投运的喷射层则由电动 /气动推进装置驱动推进。各喷射层设有流量调节阀门 和流量计量设备。喷枪喷射所需的雾化介质采用压缩空气。每个喷射层的雾化压缩空气总管设有压力调节、压力测量、流量测量，再通往各个 喷射器。每只喷射器都配有电动

32、/气动推进器，实现自动推进和推出 SNCR 喷射器的动作。推 进器的位置信号接到 SNCR 控制系统上，与开/停压缩空气和开 /停氨水溶液的阀门动作联 动，实现整个 SNCR 系统的喷射器自动运行。电动 /气动推进器配置就地控制柜，可以直 接就地操作控制推进器进行检修和维护，同时实现 SNCR 自控系统的远方程控操作，并 显示设备实际工作状态信号。一个就地控制柜可以控制多个推进器，每层设有一个或者 多个控制柜，用以分别控制该喷射层的推进器。在正常运行时，每个喷射层每面炉墙上 的所有喷射器同进同退。8）压缩空气站1.5. 主要设备1.5.1 SNCR 系统主要的设备1）氨水储罐的设计 氨水罐的作

33、用是存储反应剂，要求容量足够，运行安全。氨水罐介质入口为罐车卸 载管线，出口为氨水泵的吸入管线。为了保证氨水罐内有足量的氨水，并且压力适当， 氨水罐需要配置液位计、真空阀、安全阀等附属设施。图 2-10为某项目 SNCR 系统的氨水罐简图。图 2-10 氨罐总图氨罐底部有 6 个管座，分别接放水管、泵回流管、泵吸水管、氨水卸载管、卸氨平 衡管、备用管线。罐顶部设置一个人孔门，罐内设置直达罐底的斜爬梯，方便维护人员 进入罐体内部检修。罐顶部也有六个管座，分别用于连接压力表、压力变送器、压力释 放阀、真空阀、液位计、放空阀。罐体封头管座用于连接玻璃液位计、热电偶。氨罐安全阀，通常为弹簧式自启式安全

34、阀，至少 2 只。一只真空安全阀，防止氨水 卸载过程中发生罐体内负压过高情况的发生。一只是正压安全阀，当罐子内压达到设计 压力值时，自动开启释放氨气，当内压逐渐降低到回座压力时关闭。氨罐顶部设置的液位计，可选用雷达液位计，安装在氨水罐的顶部，通过发射的波 束从液面发生反射来确定液面的位置。氨罐的材质方面并无特殊的要求，一般碳钢即可。 为了便于维护、巡视和操作，氨水罐外需要配置检修操作平台，设置相应的楼梯、 爬梯走道等。2）氨水泵的选型SNCR 系统氨水泵的特点是小流量和高压头，因此选型有一定的难度。可以选立式 或卧式，都应该采取户外设计的防护等级要求。 北美市场通常要求按照 NEMA 标准设计

35、， 防护等级为Class V,相当于IP65防护。泵通过DCS控制启停，也配置现场的电源按钮， 用于水泵现场维修后的试运转。喷射氨水的 SNCR 系统，氨泵常用的选择有两种，一种是离心泵，一种是隔膜泵。 对于本项目拟采用离心泵。3）氨水喷枪氨水喷枪的好坏，直接决定了氨水雾化的效果。好的雾化对氨和烟气快速均匀地混 合是至关重要的。使用机械或空气雾化喷枪，使氨水在进入炉膛前得到良好的雾化，加强氨水与烟气 混合的均匀性，可以加快氨水和 NOx 之间反应的速度，提高脱硝率。不同的雾化方式各有优缺点，机械雾化方式不需要雾化空气管线，运行中也不消耗 雾化空气，所以系统相对简单，运行费用低。空气雾化方式，可

36、以很好地防止喷嘴的堵 塞，在很低的负荷下，能保证较好的雾化效果，喷枪价格相对较低。喷枪的关键部件是喷嘴，不同型式的喷嘴会产生不同形状的氨水雾。平面扇形喷雾 液滴则可以保持在同一水平面上，平面充满度好。因此在合适反应温度下，使用平面扇 形喷嘴喷氨水的脱硝效果比实心圆锥喷嘴的效果要好。另外，平面扇形喷雾的液滴集中 在与烟气流向垂直的平面上，有利于液滴穿透到烟气流更深的地方，促进氨水液滴与烟 气的混合、反应。氨喷枪是氨喷射系统中的关键设备，氨喷嘴尺寸的决定，要考虑喷入的氨气流有足 够的穿透能力。选择合适的出口初速度是射流穿透力的保证。实际的工程中，可以给出 几组不同工况下的控制阀出口压力和流量，控制

37、阀厂商可以根据流体特性参数和工况数 据，计算出控制阀在不同负荷下的压降数据，控制阀选型要尽可能满足这些数据要求。 最大流量工况下的数据被用于管路的尺寸设计。喷枪安装方式的典型方式是将喷枪通过 插入预装在固体分离器上的套管就位，喷枪头通常位于分离器耐火涂料的内边缘，喷枪 固定法兰和套管端部法兰配对连接。采用氨水的系统，标准喷枪使用空气雾化的方式。在大容量循环流化床锅炉上，氨 喷嘴数量较多，所以会将喷嘴分成几组，通常 34 个喷嘴一组，每组喷嘴共用一套氨水 分配管路和控制阀，这样可以减少管线和控制阀的数量，节省工程费用，也使系统控制 简单化。4台锅炉共用一个氨水罐和注射泵模块，见图2-12。其中氨

38、罐区包括氨水的卸载管线和氨水存储罐以及氨水罐的各种附属设施。假如氨或尿素的储存罐，泵，管线等设备 布置在靠近车道的区域，设备区必须设置栅栏，锅炉房内的管线和设备，需要在设计阶 段进行防碰撞检查。在全厂总体设计时候，要考虑尽量避免在氨或尿素喷射设备周围运 输大件物品和设备。氨水通过罐车运输，罐车利用车载泵向氨罐卸载氨水。图2-12喷氨系统流程图注射泵模块由两个泵并联组成，两个泵可供应三台锅炉100%负荷所需的氨水供应量，两台氨水泵互为备用。泵入口通过吸入管线和氨水罐连接，出口通过三通连接通往 分离器的氨水供应管线和回流管线。回流管和吸入管在泵和氨水罐之间建立一个回路， 氨水注射管线在三通下游设置

39、一个气动开关球阀控制氨水向锅炉的供应和切断。运行时，氨水泵为定负荷运行，通过设定氨水回流的量来确定喷氨量。整个氨水供应系统运行时，压力的平衡点在总管的三通处，回流管流量变化通过回 流管线上的调压阀调节。氨水供应总管分为并联的三个支线，分别送往三台锅炉。每台锅炉都设有一个流量计量模块，包括一个布置在开关阀和流量调节阀之间的流 量计构成。计量模块管线上设置现场压力表和压力开关，压力开关的压力信号送往DCS系统，作为每台锅炉喷氨量的反馈信号。装设在烟囱的NOx测量信号送到DCS系统，经过一定的算法，通过DCS向调节阀发送指令信号。氨水在计量管线的调节阀之后分成两路，分别送往两个分离器。每个分离器均设

40、置 了 8支氨水喷枪，每个分离器有一个氨水流量分配模块，在分离器前的氨水流量分配模 块中，每支喷枪前都设置了差压流量计，用于监视每支喷枪的了氨水流量。通过差压流 量计后的阀门开度调节，而实现每支喷枪之间流量的均匀分配。氨水喷枪炉外设置两路接口，一路为氨水，一路接雾化空气。雾化空气在喷枪前的 压力通过空气总管的调压阀实现，以满足最佳的雾化效果。主要设备罗列如下：1）氨水溶液储罐：2个，用于储存20%浓度的氨水溶液；满足4台炉BRL工况下3 天用量。2）氨水溶液缓冲罐：2个，配置不同浓度的氨水溶液，满足负荷变化喷氨的需要；2）输送氨水离心泵： 2 台，一备一用，用于将储罐的氨水溶液送至炉前喷射系统

41、；3）稀释水泵： 2 台，一备一用，由于氨水缓冲罐中加入稀释水；4）背压控制阀： 4 套，背压控制回路用于氨水溶液输送泵 稀释水泵为计量装置供应 氨水所需的稳定流量和压力；5）短喷枪：每台锅炉 8 套。采用转为脱硝系统设计和生产的气力雾化喷射器，它包 括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩四部分。喷枪本体上的氨水溶液进口和雾化气体 进口为螺纹连接，通过两根金属软管分别与氨水溶液管路、压缩空气管路连接。喷射器 见图 2-13。图 2-13SNCR 喷射氨水短喷枪示意图6） 氨水站自动控制：1套。采用DCS控制系统，主要控制氨水的溶解、配置和输送。7）氨水喷射控制：每台锅炉 1 套。用于控制每台锅炉的

42、还原剂的用量，喷射器的投 运数量，以及与喷射器配套的压缩空气的流量、压力等。8）流量调节阀：若干。用于调整氨水溶液的用量等。9）传感器：若干。用于系统压力、温度、流量的监测和传输。10）螺杆压缩机： 3 台，二用一备。用于制备压缩空气来供给喷枪雾化用。1.5.2 管道及阀门材料 本工程中的工艺物料，根据物性及工艺要求，氨水溶液管道选用管材主要为不锈钢304 无缝钢管， 氨水溶液管道阀门及相关辅材为不锈钢 304材质。工艺水、 压缩空气选用 普通锅炉用碳钢管，压缩空气管道阀门及相关辅材选用普通锅炉用钢。1 ）控制系统总体要求SNCR公用系统部分采用独立的DCS控制系统，能实现炉内喷射还原剂及SN

43、CR供 用系统配料的自动控制，并保证脱硝系统能跟随锅炉运行负荷变化而变化。使锅炉脱硝 系统长期、可靠的安全运行。为了保证系统的可靠性和提高性价比，每台锅炉的 SNCR喷射系统纳入锅炉DCS控 制系统中，因此每台锅炉的SNCR喷射系统采用一个远程I/O站，DCS系统CPU仍采用 原有DCS的CPU,工作站及系统软件也采用原有设备。氨水站采用一套 DCS 控制系统分别对氨水溶液的储存系统进行集中监视和控制。在辅助系统控制室内以彩色 CRT/键盘作为主要的监视和控制手段，同时预留与DCS控制系统的通讯接口，方便在中央控制室进行监视和操作。在正常工作时，每隔一个时间段记录燃烧系统及 SNCR 运行工况

44、数据，包括热工实 时运行参数、设备运行状况等。当故障发生时系统将及时记录故障信息。现场操作员终 端可存储大量信息，自动生成工作报表及故障记录，存储的信息可通过查询键查询。2）方案特点我们对锅炉脱硝系统自动控制工程设计将遵循以下技术目标和原则：? 标准化。本工程设计及其实施将按照国家、地方的有关标准进行。我们所选用的 系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式。? 先进性。工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。考虑到电子信息技术的迅 速发展，本设计在技术上将适度超前，所采用的设备，产品和软件不仅成熟而且 能代表当今世界的技术水平。? 实用性。本工程设计将以用户需求分析着手，并以得到用户认可的

45、需求为目标来 开展工作，保证满足目前及将来的各种需要。? 合理性和经济性。在保证先进性的同时，以提高工作效率，节省人力和各种资源 为目标进行工程设计， 充分考虑系统的实用和效益， 争取获得最大的投资回报率。? 安全性和可靠性。安全和可靠是对动力能源的基本要求，是本集成管理系统工程 设计所追求的主要目标。? 模块化和可扩充性。集成管理系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好 的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，又可使系 统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的设备产品。? 方便性和舒适性。我们提供的热水DCS在使用和操作上将是十分方便和舒适的， 将为DCS的拥有者

46、、管理者及其客户提供最有效的信息服务，提供高效、舒适、 便利和安全的工作环境。? 灵活性。系统提供管理人员和用户灵活移动和变更设备的可能。3）组网设计网络结构分为操作层、 IO 层、控制层、仪表层。? 仪表传感器层：设有各类传感器、变送器、执行器、电磁阀、电动阀等组成，用于数据采集和执行控制层的指令，变送器提供 4-20MADC 信号 ,其他传感器按行业规约提供信号。? 控制层：控制层采用现场总线；由分布 I/O 装置 C 基座（装有组装的 I/O 板卡） 互联组成，分别对各自系统 I/O 点进行监控、信号调理、整定、变换等，并有一 定逻辑分析、数值运算能力。? IO 层 :由控制器本体组成，

47、主要通过自适应专家系统实现锅炉的燃烧控制。锅炉 燃料调节，送风量调节，烟道氧量修正，等锅炉常规控制。4）控制系统的一般描述系统中面向用户的是操作员站层的工程师站和操作站， 对系统的监控管理可以在这些 工程师站上进行组态。 企业信息管理层网络中客户机 （设在控制中心） 的数量由 WEB 服 务器授权， DCS 系统中不同类型、 层次的用户经过授权都可建立自己的操作站。 它们和 各应用子系统交换数据，将系统输入输出的数据转换成网络操作站能选址，识别和利用 的统一格式；并按一定的时间间隔刷新数据库服务器中的数据；同时它是响应各操作站 业务请求，实现业务应用中点对点通讯的服务管理装置机电设备运行和检测

48、数据的汇集 与积累DCS 集成系统与操作员站相连， 通过系统提供接口汇集各种设备的运行和检测参数， 并对各类数据进行积累与总计。各种泵、风机、锅炉运行时间、炉排电机运行时间和配 电柜电流、电压等参数进行积累与总计，以便更好地进行管理。? 机电设备运行状态监视监视机电设备、锅炉组、各种泵、开 /关状态， 运行正常 /非正常状态等数据，通过 接口以实时方式与DCS系统连接，DCS系统通过监视工程师站可以进行设备运行状态的 集中监视和履历数据的查询。? 报警显示当系统设备如锅炉组、 各种泵出现故障或意外情况时， 集成系统将利用其报警功能在 监视工程师站上显示相应的报警信息并提示相应的处理方法，供维修

49、人员参考使用。网络平台以其独特的包容性，将 DCS 连接到集成系统中，让各种信息跨系统共享并 在整个网络上分布。这种多服务器结构和对等通讯的分布式网络环境，能够提供极其强 大的应用服务功能，具有足够的实时性、开放性、可扩性和灵活性。而且网络系统软， 硬件本身符合当今前瞻的国际工业标准。已成功实施SNCR的广州梅山热电厂3台锅炉控制界面见图2-14、图2-15。图 2-14 尿素站控制界面图图 2-15 喷射系统控制界面图5）控制系统功能说明、数据采集系统（DAS）数据采集系统（DAS）将连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状 态信号，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安

50、全经济运行。 一旦机组 发生任何异常工况，将及时报警，提高机组的可利用率。DAS 将至少有下列功能：? 显示：包括工艺流程显示、工艺状态显示、电气设备运行状态显示等。可成组显示 、棒状图显示、 趋势显示、报警显示等。? 制表记录：包括定期记录、事故顺序（SOE）记录、事故追忆记录、跳闸一览记 录、设备连续及累积运行记录等。? 历史数据存储和检索。（a）显示每个 CRT 将能综合显示字符和图象信息， 机组运行人员通过 CRT 实现对机组运行过 程 的操作和监视。每幅画面将能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，这些数据和状态将每秒 更新一次 ，显示的颜色或图形将随过程状态的变化而变化。棒状图和

51、趋势图将 能显示 在任意一个画面的任何一个部位上，将可显示 DCS系统内所有的过程点，包括模拟量 输入、模拟量输出、数 字量输入 、数字量输出、中间变量和计算值。 对显示的每 一 个过程点， 将显示其标志号、文字说明、 数值、 性质、 工程单位 、高低限值。将提供对机组运行工况的画面开窗显示、滚动画面显示和图象缩放显示，以便操作 人员能全面监视，快速识别和正确进行操作。将设计机组和设备运行时的操作指导，并 由 CRT 的图象和文字显示出来。操作指导 将划分为三个部分，即为启动方式，正常方 式和跳闸方式。卖方将根据用户提供的 P&ID 和运行要求，提供用户画面（通常指机组 模拟图）。 用

52、户画面的数量，在工程设计阶段按实际要求进行增减，满足现场实际工艺 流程要求。运行人员可通过键盘，画面中的任何被控装置进行手动控制。 画面上的设备正处于自动程控状态时， 模拟图上将反映出运行设备的最新状态及自动顺序目前进行至哪一步 若自动顺序失败，则将有报警并显示故障出现在顺序的哪一步。买方可在工程师站上， 使用该站的画面生成程序。 自己制作和修改画面。 卖方将 提 供符合 ISA 过程设备和仪表符合标准的图素。当用户需使用的图素，未包括在 ISA 标准 符号中时，用户将可使用卖方提供的图素组态器，建立用户自定义的新 图素。用户自定 义的新图例将能被存储和检索和调用。? 功能组显示： 功能组显示

53、可观察某一指定功能组的所有相关信息，可采用棒状图形式，或采用 模 拟M/A （功能块）面板的画面，面板上将有带工程单位的所有相关参数，并用数字量显示出来。 功能组显示能将数以百计的常规仪表压缩为一幅幅画面，便于操作人员 从熟悉的仪表盘面板操作方式，过渡到以CRT为基础的过程接口方式。功能组显示将包含过程输入变量、报警条件、输出值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控 制方式、报警值等。 DCS 系统提供的功能组显示画面将包括所有调节控制回路和程序控 制回路。? 细节显示：细节显示将可观察以某一回路为基础的所有信息， 细节显示画面所包含的每一个回路 的有关信息，将足够详细，以便运行人员能据以进行

54、正确的操作。对于调节回路，将 至 少显示出设定值、过程变量、输出值、以及它们在同一坐标下的趋势曲线 显示、运行方 式、高 /低限值、报警状态、工程单位、回路组态数据等调节参数。对于开关量控制的回 路，可显示出回路组态数据和设备状态。对于重要的机电联锁信号发生将自动弹出画面， 画面与综合自动化协调一致。对主辅机设备的操作启动采用软关联和硬关联相结合的方 式。? 标准画面显示DCS 系统将提供报警显示、趋势显示、成组显示、棒状图显示等标准画面显示，并 已预先做好或按本工程的具体要求稍作修改。? 成组参数显示 在技术上相关联的模拟量和数字量信号，将组合成成组显示画面，并保存在存储器内，便于运行人员调

55、用。成组显示将能便于运行人员按需要进行组合，并且根据需要存入存储器或从存储器中删除。任何一点在越过报警限值时，均将变为红色并闪光。? 棒状图显示 运行人员可以调阅动态，棒状图画面即以动态棒状图的外形尺寸反映各种过程变量 的变化。棒状图将可在任何一幅画面中进行组态或显示，每一棒状图的标尺可设置成任何比 例。若某一棒状图，其数值越过报警限值时，越限部分将用红色显示出来。? 趋势显示系统将提供至少 100 点历史数据的趋势和至少 100 点实时数据的趋势显示。趋势显 示可用整幅画面显示，也可在任何其它画面的某一部位，用任意尺寸显示。所有模拟量 信号及计算值，均可设置为趋势显示。在同一幅 CRT 显示

56、画面上，在同一时间轴上，采用不同的显示颜色，将能同时显示16 个模拟量数值的趋势。在一幅趋势显示画面中，运行人员可重新设置趋势变量、趋势显示数目、时间标度、 时间基准及趋势显示的颜色。每个实时数据趋势曲线的时间分辩力最小可达 1 秒（存储速率）。每个历史数据趋势曲线的时间标度可 由运行人员按 1 秒（72 小时 ） 、5 秒 （168 小 时） 、20秒（15 天）、1分钟（20天）、5分钟（30天）、15分钟（60天）、60分钟 （180天） 进 行 选择。 趋势显示画面还可用数字显示出标尺制定变量的数值。趋势显示存储在内部 存储器中，并应便于运行人员调用，用户也可按要求组态趋势并保存在外部存储器中， 以便今后调用。系统可对存储的在历史趋势中的工艺参数的任一时间进行检索， 并能对检索内容 显 示、打印。? 报警显示报警画面采用全中文显示，报文报警的同时伴有声音报警。 系统将能通过接点状态的变化，或者参照预先存储的参考值，对模拟量输入、计算 点平均 计算点、平均值、变化速率、其他变换值进行扫描比较，分辩