山东SCR脱硝方案

山东某热电3×130t/h锅炉烟气脱硝工程技术方案目录TOC\o"1-2"\h\z\u1总那么11.1工程总论11.2根本设计条件11.3设计指标11.4设计原那么21.5技术标准和标准21.6技术要求31.7工程主要内容31.8工程接口位置42脱硝工艺的选择53脱硝工程方案103.1脱硝工艺系统103.2脱硝装置总体布置143.3电气系统153.4控制系统163.5土建工程173.6消防系统175运行费用分析175.1运行本钱分析175.3经济效益分析186工程实施进度186.1工程进度方案187质量保证及效劳承诺18脱硝工程技术方案1总那么1.1工程总论山东某热电共安装了3台130t/h循环流化床锅炉，共分两期建设完成，一期安装两台锅炉〔1#、2#锅炉〕，二期安装一台锅炉〔为3#锅炉〕。锅炉设计的脱硝工艺为SCR脱硝。现对1#、2#、3#三台锅炉脱硝工程编制方案，请业主方提出珍贵意见。1.2根本设计条件本烟气脱硝工程业主提供技术参数如下：项目单位型号或参数锅炉类型循环流化床锅炉型号数量台3最大蒸发量t/h130省煤器出口烟气量Nm3/h160000省煤器出口烟气温度℃~350烟气中NOx浓度mg/Nm3~300年运行时间h7000〔暂定〕1.3设计指标序号参数单位参数指标备注1脱硝装置入口烟气量Nm3/h160000每台炉2脱硝装置入口烟气温度℃~3503处理前烟气中NOx浓度mg/Nm33004烟气中含尘浓度g/m3355设计脱硝效率%≥70%6脱硝装置负荷适应范围%30%-110%7处理后烟气中NOx浓度mg/Nm3≤1008NOx削减量kg/h39.66单台炉9脱硝系统总阻力Pa≤120010反响器内烟气流速m/s≤511氨逃逸量ppm≤312液氨〔规定品质〕耗量kg/h13.97单台炉1.4设计原那么〔1〕脱硝系统的设计脱硝率应满足国家和当地政府的排放标准；〔2〕采用的脱硝工艺应具有技术先进、成熟，设备可靠，性能价格比高，有处理同容量大型燃煤机组烟气的商业运行业绩；〔3〕脱硝系统应对燃煤锅炉的NO×排放浓度有较好的适应性；〔4〕脱硝系统应能持续稳定与锅炉同步运行；〔5〕脱硝工程在工艺选择和设备布置中要充分考虑现场条件；〔6〕优先考虑复原剂有可靠稳定来源的脱硝工艺，比方复原剂采用液氨；〔7〕对脱硝系统的投资和运行的经济性进行初步的分析。〔8〕脱硝系统采用PLC控制，留有与外界通讯的接口。1.5技术标准和标准脱硝系统的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等遵循但不限于以下标准标准与技术要求：·《火电厂大气污染物排放标准》〔GB13223-2003〕·《火电厂烟气脱硝工程技术标准选择性催化复原法》〔HG562-2023〕·《工业管道工程施工及验收标准》(GBJ235-82)·《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收标准》〔HGJ229—91〕·《室外给排水设计标准》〔GBJB-86〕·《机械设备安装工程施工及验收标准》(TJ231-78)·《压缩机风机泵安装工程施工及验收标准》(GB50275-98)·《钢结构设计标准》〔GB17-88〕·《钢结构、管道涂装技术规程》〔HGJ209—83〕·《自动化仪表工程施工及验收标准》〔GB50093—2002〕·《电气装置安装工程电器设备交接试验规程》〔GB50150—91〕1.6技术要求〔1〕脱硝工艺采用SCR法，脱硝催化剂层数按3层设置，其中一层预留。〔2〕脱硝效率按不小于70%设计。〔3〕脱硝系统暂按设置烟气旁路系统考虑。〔4〕脱硝反响器布置在锅炉省煤器和空预器之间的高含尘区域。〔5〕复原剂采用纯液氨。〔6〕脱硝设备年运行小时按7000h考虑。〔7〕脱硝装置可用率不小于98%。〔8〕装置效劳寿命为30年。1.7工程主要内容本锅炉烟气脱硝工程的范围为从锅炉出口至空预器进口之间脱硝的全部内容。锅炉的烟气脱硝工程建设按一炉配置一台反响器方案进行，共设计三台脱硝反响器。本锅炉烟气脱硝工程主要包括以下几局部：·液氨制备供给系统；·氨喷射系统；·烟道系统；·SCR反响器；·催化剂装卸系统；·吹灰系统；·电气、控制系统；·保温、油漆；·采暖通风系统；·配套土建设计。1.8工程接口位置·液氨储存和氨注入系统：入口：液氨罐车出口。出口：喷氨喷嘴(SCR装置内)。·烟气系统：入口：锅炉省煤器出口烟道。出口：空预器进口烟道。·蒸汽：蒸发器入口：液氨蒸发器汽源接口。脱硝装置可单独设电控室，也可不单独设电控室，而与主装置的共用。脱硝装置不单独设变压器，由主装置将低压负荷接至脱硝装置的进线柜。低压负荷和配电、控制室考虑与主装置一起布置。·烟气在线装置：本脱硝装置出口配置3套烟气在线装置，布置在主装置的控制室内。2脱硝工艺的选择2.1.1SCR烟气脱硝技术近几年来选择性催化复原烟气脱硝技术(SCR)开展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用,目前催化复原烟气脱硝技术是应用最多的技术。1〕SCR脱硝反响目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种方法都是利用氨对NOX的复原功能，在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)复原为对大气没有多少影响的N2和水。复原剂为NH3，其不同点那么是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反响器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的复原剂通过触媒实施化学反响后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反响方程式为：NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通过分配格栅喷入SCR反响器上游的烟气中。在SCR反响器内，NO通过以下反响被复原：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O当烟气中有氧气时，反响第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO复原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反响如下：2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O上面两个反响说明复原NO2比复原NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小局部，因此NO2的影响并不显著。SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反响。有一小局部氨不反响而是作为氨逃逸离开了反响器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者外表被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反响器中NH3/NOX摩尔比。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。2〕SCR系统组成及反响器布置在选择催化复原工艺中，NOx与NH3在催化剂的作用下产生复原。催化剂安放在一个固定的反响器内，烟气穿过反响器平行流经催化剂外表。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反响器系统、烟气系统、检测控制系统等组成。SCR反响器在锅炉烟道中一般有三种不同的安装位置，即热段/高灰布置、热段/低灰和冷段布置。a.热段/高灰布置：反响器布置在空气预热器前温度为350℃左右的位置，此时烟气中所含有的全部飞灰和SO2均通过催化剂反响器，反响器的工作条件是在“不干净〞的高尘烟气中。由于这种布置方案的烟气温度在250～400①烟气所携带的飞灰中含有Na,Ca,Si,As等成分时，会使催化剂“中毒〞或受污染，从而降低催化剂的效能。②飞灰对催化剂反响器的磨损。③飞灰将催化剂反响器蜂窝状通道堵塞。④如烟气温度升高，会将催化剂烧结，或使之再结晶而失效，如烟气温度降低，NH3会和SO3反响生成酸性硫酸铵，从而会堵塞催化反响器通道和污染空气预热器。⑤高活性的催化剂会促使烟气中的SO2氧化SO3，因此应防止采用高活性的催化剂用于这种布置。为了尽可能地延长催化剂的使用寿命，除了应选择适宜的催化剂之外，要使反响器通道有足够的空间以防堵塞，同时还要有防腐措施。b.热段/低灰布置：反响器布置在静电除尘器和空气预热器之间，这时，温度为250～400℃的烟气先经过电除尘器以后再进入催化剂反响器，这样可以防止烟气中的飞灰对催化剂的污染和将反响器磨损或堵塞，但烟气中的SO3始终存在。采用这一方案的最大问题是，静电除尘器无法在250～400c.冷段布置：反响器布置在烟气脱硫装置〔FGD〕之后，这样催化剂将完全工作在无尘、无SO2的“干净〞烟气中，由于不存在飞灰对反响器的堵塞及腐蚀问题，也不存在催化剂的污染和中毒问题，因此可以采用高活性的催化剂，减少了反响器的体积并使反响器布置紧凑。当催化剂在“干净〞烟气中工作时，其工作寿命可达3～5年〔在“不干净〞的烟气中的工作寿命为2～3年〕。这一布置方式的主要问题是，当将反响器布置在湿式FGD脱硫装置后，其排烟温度仅为50～60℃以上三种方案为SCR反响器的根本布局方式，就现场设备而言，一般要遵循以下布置原那么：a.在规划根本的现场布置方案时，建筑和设备的位置应该按照需要的功能来布置，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护、和平安性。b.一台锅炉可以有一个SCR反响器，根据现场空间和现有设备系统的条件来决定。c.为SCR反响器留有适当的空间，用来设置过道，便于催化剂模块的安装和操作。e.为催化剂模块的抬升预留足够的空间。f.通道应该尽可能连续，所有的主要通道能允许叉式升降机或铲车)通行，并考虑其转动半径。对于一般燃油或燃煤锅炉，其SCR反响器多项选择择安装于锅炉省煤器与空气预热器之间，因为此区间的烟气温度刚好适合SCR脱硝复原反响，氨被喷射于省煤器与SCR反响器间烟道内的适当位置，使其与烟气充分混合后在反响器内与氮氧化物反响，SCR系统商业运行业绩的脱硝效率约为60%～80%。2.1.2SNCR烟气脱硝技术选择性催化复原脱除NOX的运行本钱主要受催化剂寿命的影响，一种不需要催化剂的选择性复原过程或许更加诱人，这就是选择性非催化复原技术。该技术是用NH3、尿素等复原剂喷入炉内与NOX进行选择性反响，不用催化剂，因此必须在高温区参加复原剂，而且还需要一定的停留时间。复原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，该复原剂〔尿素〕迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反响生成N2，该方法是以炉膛为反响器。研究发现，在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基复原剂可选择性地复原烟气中的NOX，根本上不与烟气中的O2作用，据此开展了SNCR法。在850～1100℃范围内，NH3或尿素复原NOX的主要反响为：NH3为复原剂4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O尿素为复原剂NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O当温度高于1100℃时,NH34NH3+5O2→4NO+6H2O不同复原剂有不同的反响温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反响最正确温度区为850～1100℃。当反响温度过高时，由于氨的分解会使NOx复原率降低，另一方面，反响温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx复原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。引起SNCR系统氨逃逸的原因有两种，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反响；另一种可能是喷入的复原剂过量或复原剂分布不均匀。复原剂喷入系统必须能将复原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOx在炉膛内的分布经常变化，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨分布不均匀，那么会出现分布较高的氨逃逸量。在较大的燃煤锅炉中，复原剂的均匀分布那么更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反响能充分地进行，以最少的喷入NH3量到达最好的复原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。假设喷入的NH3不充分反响，那么逃逸的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到S03会产生(NH4)2S04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为25%～50%，受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NOX燃烧技术的补充处理手段。采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为复原剂，值得注意的是，近年的研究说明，用尿素作为复原剂时，NOX会转化为N2O，N2O会破坏大气平流层中的臭氧，除此之外，N2O还被认为会产生温室效应，因此产生N2O问题己引起人们的重视。SNCR系统烟气脱硝过程由下面四个根本过程完成：·接收和储存复原剂；·复原剂的计量输出、与水混合稀释；·在锅炉适宜位置注入稀释后的复原剂；·复原剂与烟气混合进行脱硝反响。2.1.3SNCR/SCR混合烟气脱硝技术SNCR/SCR混合烟气脱硝技术是把SNCR工艺的复原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反响的技术结合起来，进一步脱除NOX。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。该联合工艺于20世纪70年代首次在日本的一座燃油装置上进行试验，试验说明了该技术的可行性。理论上，SNCR工艺在脱除局部NOX的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨。SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨，但是控制好氨的分布以适应NOX的分布的改变却是非常困难的。为了克服这一难点，混合工艺需要在SCR反响器中安装一个辅助氨喷射系统。通过试验和调节辅助氨喷射可以改善氨气在反响器中的分布效果。资料介绍SNCR/SCR混合工艺的运行特性参数可以到达40%-80%的脱硝效率，氨的逃逸小于5～l0ppm。3脱硝工程方案3.1脱硝工艺系统烟气脱硝工艺系统主要由液氨储存系统、氨注入系统、SCR反响器及附属系统等组成。3.1.1氨的储存系统〔1〕系统组成液氨储存系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐等。〔2〕工艺描述复原剂〔氨〕用罐车运输并在储罐储存。在高压下，氨被液化以减小运输和储存的体积。市场购置的复原剂液态氨浓度为99.6%,供给商用罐装车运输〔以液体形态储存在压力容器内〕，送往氨贮存场地，通过氨卸载压缩机抽取储罐中气体氨，经压缩后将槽车中的液氨挤入液氨储槽中贮存。使用时，储存罐中的氨借助自压输送到蒸发器中。锅炉SCR烟气脱硝系统复原剂液氨设计参数表如下。表3-1液氨设计参数表参数数值复原剂类型无水氨纯度〔%〕99.6脱硝效率〔%〕70氨逃逸〔mg/Nm3〕3催化剂寿命〔小时〕24000NH3耗量〔kg/h〕41.91〔三台炉〕年耗NH3〔t/a〕293.37〔3〕主要设备选型·卸载压缩机卸料压缩机为往复式压缩机，系统设置一台卸载压缩机。·液氨储槽本工程设置一台液氨储罐，供三台炉使用。液氨储罐的最大充装量为20m3。储氨罐可供给三台炉设计条件下，每天运行24小时，连续运行3.1.2氨注入系统〔1〕系统组成氨注入系统包括液氨蒸发槽、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。〔2〕工艺描述储罐里的液态氨靠自压输送到蒸发槽，在蒸发槽内将氨蒸发。从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲罐，通过氨气输送管道送至每一台炉的SCR反响装置旁。再用空气稀释高浓度无水氨，这样氨/空气混合物平安且不易燃。通过装在SCR入口烟道内的氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。〔3〕主要设备选型·液氨蒸发槽液氨蒸发槽面积按照在BMCR工况下三台锅炉120％容量设计。采用蒸汽加热水。·氨气缓冲罐氨气缓冲罐的作用是稳定氨气的供给，防止受蒸发槽操作不稳定所影响。本工程设有一台氨气缓冲罐。·氨气稀释槽氨气稀释槽为立式水槽，水槽的液位由满溢流管线维持，稀释槽设计连结由槽顶淋水和槽侧进水。液氨系统各排放处所排出的氨气由管线聚集后从稀释槽低部进入。通过分散管将氨气分散入稀释槽水中，利用大量水来吸收平安阀排放的氨气。本工程设有一台氨气稀释槽，设计压力：常压。·稀释风机喷入锅炉烟道的氨气为空气稀释后的混合气体。所选择的风机满足脱除烟气中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。每台稀释风机按一台炉的100％容量〔一用一备〕设置，共有二台离心式稀释风机。·氨/空气混合器为了实现氨和稀释空气的充分、均匀的混合，本工程共设置一台氨/空气静态混合器。·氨气泄漏检测器液氨储存及注入系统周边设有2只氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。氨气泄漏检测器分别布置在液氨罐车卸氨时停车位置处及蒸发器和缓冲罐处〔1点〕，液氨储罐附近〔1点〕，共2点。·氨系统排放液氨储存和注入系统的氨排放管路为一个封闭系统，将由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池再经废水泵送至主厂废水处理站。·氮气吹扫液氨储存及注入系统必须保持系统的严密性，防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的平安问题。基于此方面的考虑，本工程设有专用氮气瓶库，并配有氮气吹扫管线。3.1.3SCR反响器及附属系统〔1〕系统组成SCR反响器和附属系统由氨注入格栅、SCR反响器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。〔2〕工艺描述由氨/空气混合器来的稀释氨气通过氨注入格栅的多个喷嘴，将氨喷入烟气中。注入格栅后的烟气混合装置促进烟气和氨的混合，保证烟气中氨浓度的均匀分布。来自锅炉出口的烟气通过SCR反响器，SCR反响器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3与NOX反响从而脱除NOX，催化剂促进氨和NOX的反响。在SCR反响器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。SCR反响器催化剂层间安装声波吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反响副产物，以减少反响器压力降。〔3〕主要设备选型·SCR反响器反响器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射格栅，在反响器的竖直段装有催化剂床。反响器采用固定床平行通道型式。·喷氨格栅为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反响器中第一层催化剂上方烟气的NH3/NOx摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的适宜位置设置喷氨格栅。本工程共设置三台喷氨格栅。·吹灰器SCR采用蒸汽吹灰器，能够保持催化剂的连续清洁，清灰彻底，不留死角，实现最大限度、最好的利用催化剂对脱硝反响的催化活性，延长催化剂的寿命，降低SCR的维护本钱。每层催化剂设置一套声波吹灰器，本工程共有6套声波吹灰器。3.2脱硝装置总体布置可根据现场实际情况进行最优布置。3.3电气系统电气系统主要包括供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、防雷接地系统、电缆和电缆构筑物等。供配电系统本方案中脱硝系统供电电源采用三相五线制，电压380/220V。供电系统由进线柜、馈电柜、就地控制箱、照明箱、检修箱等组成；脱硝电源由业主方将满足设计负荷的双路供电电源，引至脱硝电源系统进线柜的总开关上。本系统电气设备控制包括手动机旁就地控制、操作员站远程控制。所有在线备用设备在运行设备出现故障后均能通过硬接线方式投运，不影响整个系统的正常工作。所有设备的联锁、联跳、保护跳闸均采用硬接线方式，确保设备平安。电气设备的运行状态在就地控制箱、操作员站画面上有信号指示灯指示。电气控制与保护脱硝装置电气系统纳入脱硝岛PLC控制系统，不设常规控制屏。电气系统与脱硝PLC采用硬接线。照明及检修系统照明采用交流正常照明系统。交流正常照明系统采用380/220V，中性点直接接地系统。脱硝电气检修系统电源取脱硝电气系统馈线柜。3.4控制系统总那么本工程脱硝控制设一套PLC加上位机控制系统，操作员站画面上可同时监视和控制脱硝装置内设备的运行。脱硝控制系统按照功能和物理相结合的原那么设计，脱硝装置控制系统的功能包括数据采集系统〔DAS〕、模拟量控制系统〔MCS〕、顺序控制系统〔SCS〕、事件顺序记录〔SOE〕等，本方案中对脱硝装置控制系统的功能描述仅为最根本的要求，具体实施时，将结合所提供的工艺系统设计并组态功能完善的脱硝装置控制系统。其控制系统的技术要求为：整个脱硝系统采用一套PLC加上位机控制系统，并通过工程师或操作员站在控制室内对所有脱硝系统设备进行控制和监测，通过系统配置的各项分析和测量仪表，自动按程序控制各设备的运行。系统可实现远控、远方手动、就地操作，泵可实现就地启动/停止/急停操作。人机接口设计〔MMI〕：设置一台操作员站，一台工程师站。脱硝控制室将设在锅炉集控室内。脱硝装置控制系统与操作员站计算机的监控范围包括：－脱硝装置系统；－脱硝装置电气系统〔低压电源回路的监视和控制等〕。信号与测量脱硝控制室不设常规音响及光字牌，所有开关状态信号、电气事故信号及预告信号均送入脱硝PLC系统。脱硝控制室不设常规测量表计，采用4～20mA变送器〔变送器装于相关开关柜〕输出信号并送入脱硝PLC。脱硝区域测量和电能计量设计按《电测量及电能计量装置设计技术规程》配置。3.4.3烟气在线监测系统〔业主负责〕本工程设三套全组份烟气在线仪，用来测量出口烟气中的污染物浓度。3.5土建工程脱硝建〔构〕筑物分为氨区和反响器区。土建工程设计执行国家及电力行业最新实行或将要实行的相关标准、规程和规定。我方提供土建工程设计、业主方负责土建施工。SCR主体支撑结构采用钢结构，SCR装置的钢支架应与已建成锅炉厂配合，根据SCR装置的荷重和检修、维护的要求设置相应的支撑、平台扶梯。氨储罐区、气化间采用防晒雨棚，高度为4.0m；氮气瓶室、氨区配电间和控制室等采用砖混结构，高度为4.0m。3.6消防系统主厂的消防系统已建成，有正规的消防队编制，自备有消防车辆，因此本工程仅可在界区内依规定设置消火栓和专用灭火器材，并留有消防通道。5运行费用分析5.1运行本钱分析按3台炉运行，单台炉平均年运行时间7000h计算。单价暂定，运形费用分析仅供参考，未包括催化剂的更换。运行本钱见下表：运行本钱核算明细表序号名称用量(/年)单价小计(万元)备注1液氨293.37t2400元/t70.41按设计品质2电175000kW.h0.5元/kW.h8