某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案

********20t/h燃煤锅炉烟气脱硝工程LNBs+SNCR烟气脱硝装置技术方案低设备投资、低运行本钱高性价比、高可靠性睿能源智系统技术〔北京〕2009年4月目录1睿能源智系统技术〔北京〕32烟气脱硝工艺技术的选择33LNBs+SNCR脱硝工艺简介53.1降低NOx燃烧技术〔LNBs〕53.2选择性非催化复原法〔SNCR〕54设计根底64.1工程背景64.2设计依据6锅炉参数6锅炉烟气主要污染物含量74.3装置规模及组成74.4复原剂74.5强化反响剂74.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标75系统配置85.1复原剂制备系统85.2锅炉燃烧工况监测系统105.3复原剂喷射装置105.4逃逸NOx脱除装置115.5低NOx燃烧控制装置115.6SCADA监测与控制系统125.7电气系统126工艺流程136.1LNBs工艺流程136.2SNCR工艺流程147主要工艺设备表158LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗179运行费用估算1710报价单181睿能源智系统技术〔北京〕睿能源智系统技术〔北京〕主要研究开发能源、环保相关工程，经营相关冶金设备、环保设备，拥有多个相关工程的研究开发团队，其中供氧工程组是国内最具实力和影响力的研究开发团队，其供氧技术具有国际领先水平。

集研发、工程咨询、工程设计界先进技术同步，并自主创新实现技术和装备的国产化，完成了多项国家重点工程设计、设备成套和工程总承包，获得国家及省地创造奖、科技进步奖多项，完成国家重大科研课题10余项，拥有多项专有技术、创造专利，其中供氧工程组是国内最具实力和影响力的研究开发团队，其供氧技术具有国际领先水平。

公司会聚了大量的专业人才，现有职工85人，其中教授、副教授25人，高级工程师15人，博士、硕士25人、各类工程人员20。科研人员配置齐全，研究设计开发经验丰富，分别为冶金工艺、机械设备、自动化、能源动力、环境工程等专业的技术专家。同时拥有现代化的211国家重点燃烧实验室。可以根据用户的生产及工艺特点进行设计、制造，使工程到达预定的工艺技术指标。公司具备国内一流的技术力量，完善的实验、试验设备。获国家、省部级科技进步奖和高技术水平产品均占国内领先地位。

以新面貌、新机制走上良性开展的快车道，竭力打造技术持续进步的驱动力，将公司建设成为以研发、技术诊断为根底，以钢铁、节能环保为主行业，以工程总承包和具有自主知识产权的设备成套和制造为核心业务，国际知名、用户首选的科技型工程公司。

泰以“务实、创新、开展、共赢”为核心价值观，竭诚为顾客提供最优质的技术、装备及工程效劳。2烟气脱硝工艺技术的选择氮氧化物是通常公认的三种主要的大气污染物之一〔即烟尘、二氧化硫、氮氧化物〕，它的危害程度比二氧化硫有过之而无不及，甚至更为深广。随着经济的开展，有效控制燃煤造成的大气污染形势已经刻不容缓，特别是控制燃煤过程中的氮氧化物，烟气脱硝技术显得相当重要。

目前通行的烟气脱硝技术大致可分为两类，一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低NOx燃烧技术〔LNBs〕；二是对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。其中烟气脱硝技术主要有选择性非催化复原法(SNCR)、选择性催化复原法(SCR)两种。结合北京紫竹药业公司的20t/h链条炉现状，对其采取各类脱硝工艺的经济技术比拟如下：脱硝技术类别脱硝效率〔%〕工程造价〔万元〕运行费用〔万元/年〕经济技术分析性价比LNBs20-30302-3不能保证达标排放系统可靠性不高差SNCR40-60140-1507-8投资较SCR技术低80%烟风系统阻力小，可忽略不需更换引风机良SCR70-90600-700〔不含更换引风机〕15-20〔不含风机电量增加〕投资高，经济效益差催化剂寿命有仅，仅3-5年引风机压头余量缺乏，需更换烟风系统阻力增加1000Pa引风耗电增加15%极差LNBs+SNCR55-70160-1709-10投资较SNCR低70%脱硝效果有保证不需更换风机系统可靠性高最优SNCR+SCR85-90750-80030-35投资极高脱硝效果有保证催化剂寿命有仅，仅3-5年引风机压头余量缺乏，需更换此巨额投资，可更换燃气锅炉最差根据北京紫竹药业公司20t/h锅炉的根本状况，选用降低Nox燃烧与选择性非催化复原法(SNCR)烟气脱硝相结合的工艺技术方案，即LNBs+SNCR技术，其经济指标与技术性能最优。3LNBs+SNCR脱硝工艺简介3.1降低NOx燃烧技术〔LNBs〕为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原那么为：〔1〕降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；〔2〕降低燃烧温度，防止产生局部高温区；〔3〕缩短烟气在高温区的停留时间等。燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。将过量空气系数适当降低〔不影响锅炉正常燃烧〕，燃烧区处于“微过氧燃烧”状态时，对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。根据这一原理，在不影响锅炉正常燃烧的前提下，应用先进的自动化控制技术〔MFA无模型自适应控制〕结合烟气再循环，适当降低燃烧区的空气量，NOx生成量可降低10%左右。3.2选择性非催化复原法〔SNCR〕SNCR工作原理：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，复原剂喷入炉膛温度为800℃-1100℃的区域，该复原剂迅速热分解成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。尿素溶液复原吸收法利用复原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化复原反响，最终产物为N2、CO2、和H20，且无副反响，不会造成二次污染，能到达无毒排放。反响机理如下：用尿素作为复原剂复原NOx的主要反响为：用NH3作为复原剂复原NOx的主要反响为：

SNCR的主要影响因素：1〕温度：NOx的复原反响发生在一特定的温度范围内〔最正确的反响温度870℃-1100℃〕；2〕停留时间：指反响物在反响器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等复原剂与烟气的混合、水的蒸发、复原剂的分解和NOx的复原等步骤必须完成；停留时间大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间0.001s～10s；

3〕混合程度：要发生复原反响，复原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式；

4〕NH3/NOx摩尔比〔化学当量比〕SNCR优点：此法的脱硝效率约为40%-60%，SNCR建设周期短、投资少、脱硝效率中等，比拟适合于中小型燃煤锅炉脱硝改造工程，SNCR技术是已投入商业运行的比拟成熟的烟气脱硝技术。4设计根底4.1工程背景北京紫竹药业现有容量为20t/h链条炉1台，主要用于提供生产用汽。目前锅炉烟气中的NOx含量为400mg／Nm3造成超标排放，需要进行脱硝处理，以使处理后的烟气中NOx含量降至200mg／Nm3，以满足北京市《大气污染物综合排放标准》〔DB11/501-2007〕的要求。4.2设计依据4.2.锅炉采用江苏无锡锅炉厂的SHL20—2.45/400型锅炉。设计燃用燃煤。锅炉年运行时间8000h。锅炉主要技术参数见下表：额定蒸发量20t/h额定蒸汽温度400℃额定蒸汽压力2.45MPa〔25kgf/㎝2〕受热面积锅炉本体辐射84.65㎡对流269.21㎡过热器133.4㎡省煤器257㎡空气预热器445㎡炉排有效面积223/㎡给水温度105℃热空气温度150℃排烟温度176℃〔实际197℃〕锅炉设计效率74.60%设计燃料2类烟煤燃料消耗量4t/h4.2.工程单位设计值锅炉烟气流量Nm3/h,干基37,000O2mg/Nm31.0SOxmg/Nm310.2烟尘mg/Nm3560NOxmg/Nm31500CO2mg/Nm3400NO/NOX9/14.3装置规模及组成本工程的LNBs+SNCR烟气脱硝装置处理能力为100%BMCR工况下的烟气，设计处理烟气量37,000Nm3/h，年运行时间为8000小时，系统主要包括：复原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、复原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。本装置以尿素〔或液氨、氨水〕作为主要复原剂，配一定比例〔1-2%〕的强化反响剂，脱除烟气中的NOx。不产生产品、中间产品、副产品等，烟气处理后直接排入大气。4.4复原剂本装置的复原剂确定为尿素，液氨及氨水也可选用。以下是三种复原剂优缺点分析：复原剂优点缺点建议尿素没有溢出危险，设备投资本钱低运行本钱稍高推荐使用氨水如果溢出，蒸汽浓度较低运输，贮存本钱较高液氨复原剂和蒸发本钱最低；氨储罐体积小平安问题、二次污染不使用通过以上分析，建议本工程复原剂采用尿素，二等品以上级。4.5强化反响剂为了强化选择性非催化复原反响，提高复原剂与Nox的反响速率，以保证系统的脱硝效果，按复原剂〔尿素〕用量的1-2%配比强化反响剂。4.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标本工程的LNBs+SNCR脱硝装置保证满足以下的性能指标：(1)烟气脱硝采用低Nox燃烧与选择性非催化复原反响结合的技术工艺路线；(2)烟气处理能力37,000Nm3/h；(3)处理前烟气中的氮氧化物含量按400mg／Nm3〔氧含量6%，干基〕计算，处理后烟气中的氮氧化物含量≤150mg/Nm3，满足北京市《大气污染物综合排放标准》〔DB11/501-2007〕的要求。(4)烟气氮氧化物含量按照400mg/Nm3设计时，设计脱硝效率≥62.5%；(5)氨的逃逸率≤10ppm；(6)年运行时间为8000小时；(7)复原剂采用尿素〔二等品以上级〕；(8)不设置反响器旁路；(9)复原剂耗量：尿素10kg/h按锅炉负荷100计(10)NH3与NOx摩尔比为1/1至3/1(11)在锅炉的正常负荷范围内，SO2/SO3转化率小于1%。(12)平安、消防、环保、劳动平安卫生等按中国国家相关规定执行。5系统配置本工程的LNBs+SNCR烟气脱硝装置主要包括：复原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、复原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。局部子系统/装置的设备参数与工况涉及技术机密，暂时保密，待工程合同确定后即可全部提供。5.1复原剂制备系统复原剂制备系统由复原剂贮仓、复原剂溶解池、复原剂溶液贮罐、星型卸料阀、复原剂输送泵、配套管道及仪表组成，其具体设备工艺参数如下：复原剂贮仓：封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，贮存复原剂量可满足连续一星期的满负荷用量，配套料位监测仪。复原剂溶解池：半封闭式设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关。复原剂溶液贮罐：封闭式设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，可满足连续8小时的满负荷用量，配套液位监测仪。星型卸料阀：定量卸料，额定功率<200W，每小时工作3分钟。复原剂输送泵：特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W。复原剂制备系统工艺流程图不同类型的复原剂贮仓复原剂溶液贮罐5.2锅炉燃烧工况监测系统锅炉燃烧工况监测系统由热电偶、氧化镐镐传感器、信号采集器、锅炉燃烧工况分析终端以及相关辅件组成。热电偶：多台热电偶分层布置，实时监测炉膛温度变化情况，温度上限1700℃。氧化镐传感器：设置于省煤器前，实时监测锅炉烟气含氧量。信号采集器：模/数转换设备，16位精度。锅炉燃烧工况分析终端：采用先进的模糊控制技术，专用分析软件，多变量炉膛温度分析，炉膛温度场呈像，氧气含氧量与炉膛温度合理性分析〔此终端为关键技术〕。5.3复原剂喷射装置复原剂喷射装置由空压机、输液泵〔计量泵〕、喷射装置、以及相关管道与仪表组成，用于将复原剂均匀地喷入炉膛窗口温度区，以保证复原剂与烟气中的NOx充分接触。炉内喷射复原剂分布状况三维模拟效果图SNCR局部复原剂喷射装置5.4逃逸NOx脱除装置逃逸Nox脱除装设置于脱除锅炉烟气〔省煤器后〕，用于复原逃逸的NOx，以解决SNCR技术较SCR技术NOx逃逸率高的问题。为保证脱硝效果而配置〔特殊技术，设备配置及工艺能数暂保密〕。5.5低NOx燃烧控制装置低Nox燃烧控制装置由引风烟道、专用风机及配套仪表等设备组成，本装置受燃烧工况监测系统控制，在保证锅炉效率和燃烧工况的前提下，适当降低烟气含氧量。烟气含氧量与NOx生成量的关系示意图5.6SCADA监测与控制系统SCADA监测与控制系统由数据效劳器、操作站、数据采集器、DCS集散控制器、以及设备于其它分系统/装置的温度、压力、流量、PH值、液位、料位、气态污染物含量等传感器组成。用于实时监测各子系统/装置的各类模拟量参数，并全面监测与控制LNBs+SNCR脱硝装置的各设备运行状况；可实现对各子系统/装置设备的远程启/停及运行调整。关键控制回路可实现全自动控制，防止人为操作对系统效率的影响。SCADA监测与控制系统设置于锅炉操作间，以便于根据锅炉运行工况变化及时调整。5.7电气系统电气系统设备MCC配电柜三台，外接电源种类有AC380V、AC220V两种，内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等装置，为LNBs+SNCR装置各子系统/装置提供动力电源。6工艺流程6.1LNBs工艺流程低NOx燃烧控制区示意图在煤斗给煤链条炉炉排上，燃料从炉排的入口端进入炉室，沿炉排的长度方向，燃烧过程的各个步骤十清楚显，即沿链条的传送方向依次出现预热、枯燥、挥发分析出，引燃、燃烧和焦炭燃尽阶段。在沿着燃料层的厚度方向上，燃烧过程也很明显，燃烧从煤层外表开始逐渐向煤层内部推进。该链条炉的主要缺点是过剩空气系数较高〔引风机前烟气含氧量监测值为10.2〕。特别是在低负荷范围内，过剩空气系数更高。该锅炉一次风分段送入炉室，对于这样的燃烧过程，煤的挥发分含量显然具有决定性的作用。链条炉的平均燃烧温度约为1000-1200℃，在此温度范围内，所生成的热力型NO份额还不大，而燃煤中的挥发份所生成的NO占到了绝大局部。消除温度峰值能起到明显地减少NO生成的作用，而不影响锅炉的正常出力与煤燃烧工况，出现高温的原因是在此区域内存在大量释放出的可燃性挥发分物质。通过燃烧优化调整与烟气循环，可能在一定程度上提高燃烧强度的均匀性，从而起到明显降低温度峰值的效果。除燃烧温度外，挥发分析出的温度以及受引燃拱结构强烈影响的加热速率对NO的生成也有重要作用。当温度较低和加热速率较小时，析出挥发分就较少，挥发分的含氮组分也就较少。因此，大局部燃料氮就保存在焦炭中，而残炭中的氮生成NO的转化率要比气相状态下挥发氮小得多。在该锅炉目前的送风方式限制下，旨在降低NOx排放的运行调整只能在小范围内进行。6.2SNCR工艺流程SNCR工艺流程示意图SNCR技术的工业应用始于20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂，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技术在燃煤电厂的工业应用是从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。该方法是把含有NHx基的复原剂〔本工程采用尿素〕，喷入炉膛温度为800～1100℃的区域，该复原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反响生成N2和H2O。非选择性催化复原法受温度、NH3/NOx摩尔比及停留时间影响较大。通过模拟试验得出氨水最正确喷射温度范围为850～1100℃，NH3/NOx理想摩尔比介于1～2，停留时间为1秒时，理论值最大NOx复原率到达82％。7主要工艺设备表序号设备名称主要技术指标单位数量备注一、复原剂制备系统1复原剂贮仓封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，配料位监测仪台12复原剂溶解池半封闭设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关台13复原剂溶液贮罐封闭设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，配液位监测仪台14星型卸料阀定量卸料，额定功率<200W，自动卸料，低料位报警m315复原剂输送泵特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W，低液位报警，自动输送台1进口6补水泵小流量高压泵，如提供水源至复原剂制备区，可省略台2一用一备7电磁阀常闭式电磁阀台4进口二、锅炉燃烧工况监测系统6热电偶温度上限1700℃，配套保护装置，可轴向10cm伸缩台8连接辅件特制7氧化镐传感器常规套18信号采集器16位精度，32通道台19锅炉燃烧工况分析终端专用终端，某高校专利技术产品套1三、复原剂喷射装置10空压机345*139*185mm，150L/min台1特型设备11输液泵〔计量泵〕特殊型号，配运行状态监测装置台8特型设备12喷射装置设备型号与参数暂保密，已提供图片资料台813四、逃逸NOx脱除装置机密技术套1五、低NOx燃烧控制装置14引风烟道根据实际情况而定米待定15专用风机专用设备台1六、SCADA监测与控制系统15数据效劳器Data-Auto，Ver6.1，无限点，可扩展套1定向开发16操作站Super-A2000，Ver3.62，冗余热备份台2定向开发17数据采集器AC/DC转换设备，16位精度，32通道台618DCS集散控制器国产，总I/O点数400，双CPU，配SOE套119温度检测仪测量范围0-100℃，精度1%，冗余设置台31进口20压力检测仪常规仪表，根据不同管路压力选型，关键管路冗余设置台2621流量检测仪微型流量计，根据不同管路流量选型，关键管路冗余设置台1222PH检测仪常规PH计台6进口23液位检测仪测量范围0-70cm，外置式台624料位检测仪测量范围0-100cm，超声波式台225气态污染物含量传感器NOx含量分析，精度0.5%-1%，实时监测套1七、电气系统26MCC开关柜内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等套327电动机综合保护器根据不同电动机技术参数选型，关键设备应用套12八、配套辅件管路、管道按各子系统/装置选配，不锈钢管、PVC管、CS管、连接件等米待定其它辅件及专用工具提供辅件及专用工具套18LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗序号工程单位消耗量用户备注1尿素〔二等品能上级〕Kg/h10复原反响区最大用量3电〔380v,50Hz〕Kwh5专用风机4电〔220v,50Hz〕Kwh3仪表及控制系统5强化反响剂L/min300自动控制阀门6水L/h100系统补水最大用量9运行费用估算脱硝装置的运行本钱包括催化剂、液氨的消耗本钱和系统各种能耗本钱及运行维护需要的人工本钱。尿素：尿素总量50吨/年，尿素价格按1800元/吨计算。电耗：LNBs+SNCR脱硝装置额定总功率<5kW，电价按0.5元/kWh计算。实际年运行总本钱估算见下表(按锅炉实际负荷率计算)：序号工程数量年费用〔万元〕1复原剂NH3消耗60t/年10.52系统电耗5万kwh/年2.5合计1310报价单单位：人民币元序号设备名称简要技术参数单位数量单价小计一、复原剂制备系统1复原剂贮仓封闭式、防腐、3-5立方米，料位监测台126360263602复原剂溶解池半封闭、防腐、容积70升，不锈钢、液位开关台1566056603复原剂溶液贮罐封闭、防腐、容积600升，不锈钢，液位监测台113760137604星型卸料阀定量卸料，额定功率<200W，低料位报警m31132013205复原剂输送泵特殊防腐隔膜泵，功率<100W，液位报警，自动台1527952796补水泵小流量高压泵，进口台279015807电热棒插入式电热棒，防止水温过低尿素析出，300W个626015608电磁阀常闭式电磁阀,进口特型台4512020480二、锅炉燃烧工况监测系统9热电偶温度上限1700℃，特制专用，轴向10cm伸缩台823001840010氧化镐传感器常规套1328003280011信号采集器16位精度，32通道炉燃烧工况分析终端专用终端，某高校专利技术产品套16750067500三、复原剂喷射装置13空压机345*139*185mm，150L/min，特型液泵〔计量泵〕特殊型号，配运行状态监测装置台856604528015气液混合器用于压缩空气与复原剂溶液混合台818901512016喷射装置设备型号与参数暂保密，已提供图片资料台81787014296017四、逃逸NOx脱除装置机密技术套19680096800五、低NOx燃烧控制装置18引风烟道根据实际情况而定米待定预估7800019专用风机专