赤峰3台75吨锅炉脱硝方案尿素.docx
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赤峰3台75吨锅炉脱硝方案尿素
赤峰宝山能源3台75吨锅炉
烟气SNCR脱硝项目（尿素）
技术方案
一工程概况
SNCR工艺以10%尿素溶液（wt%）作为还原剂，本SNCR脱硝系统，包括尿素储存车间、尿素溶液储存与制备系统、稀释水系统、计量分配系统、喷射系统、电气系统、自控系统等完整实现脱硝功能的设备。
其中，尿素储存车间内的尿素溶液储存与制备系统，稀释水系统及其相关的热工电气等设备，作为SNCR的公用部分，需满足3台锅炉的需要；尿素储存车间外的计量分配系统、喷射系统及其相关的热工电气等设备，则分别满足各个锅炉的需要。
1.1技术要求
项目地点：
内蒙古赤峰市。
主要设计参数:
在锅炉30%～100%BMCR负荷范围内，SNCR入口NOx浓度600mg/Nm3（干基，6%O2）时，出口NOx浓度均不高于200mg/Nm3。
1.2国家和地方现行的标准、规范
以国内技术设计制造的产品，按相应的国家标准、行业标准或企业标准进行设计、制造、检验。
在按以上技术标准设计制造的同时，还必须满足最新版的电力行业（包括原水电部、原能源部）相应规范标准，当两者有矛盾时，以电力行业标准为准。
在按相应技术标准设计制造的同时，还必须满足有关安全、环保及其它方面最新版的国家强制性标准和规程（规定）的要求。
脱硝装置的设计、制造、土建施工、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等应符合相关的中国法律及规范、以及最新版的ISO和IEC标准。
对于标准的采用应符合下述原则：
与安全、环保、健康、消防等相关的事项必须执行中国国家及地方有关法规、标准；
上述标准中不包含的部分采用技术来源国标准或国际通用标准，由承包商提供，业主确认；
设备和材料执行设备和材料制造商所在国标准；
建筑、结构执行中国电力行业标准或中国相应的行业标准。
凡按引进技术设计制造的设备，须按引进技术相应的标准如ASME、ASTM、NFPA及相应的引进公司标准规范进行设计、制造、检验。
以国内技术设计制造的产品，按相应的国家标准、行业标准或企业标准进行设计、制造、检验。
在按以上技术标准设计制造的同时，还必须满足最新版的电力行业（包括原水电部、原能源部）相应规范标准，当两者有矛盾时，以电力行业标准为准。
在按相应技术标准设计制造的同时，还必须满足有关安全、环保及其它方面最新版的国家强制性标准和规程（规定）的要求。
如果本标书中存在某些要求高于上述标准，则以本标书的要求为准。
准和规范至少包括：
投标方提供规范、规程和标准必须为下列规范、规程和标准的最新版本，但不仅限于此：
DL/T5121-2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》
DL/T5072-2007《火力发电厂保温油漆设计规程》
GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》
HJ563-2010火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法
GB8978-2002《污水综合排放标准》
GBZ2-2007《作业环境空气中有害物职业接触标准》
DL5022-93《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》
DLGJ158-2001《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》
DL5027-1993《电力设备典型消防规程》
YB9070-92《压力容器技术管理规定》
GBl50-2011《压力容器》
YSJ212-92《灌注桩基础技术规程》
GB50009-2012《建筑结构荷载规范》
GB50010-2010《混凝土结构设计规范》
GB50017-2011《钢结构设计规范》
GB50003-2011《砌体结构设计规范》
GB50011-2010《建筑抗震设计规范》
GB50191-2012《构筑物抗震设计规范》
GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》
GB50040-1996《动力基础设计规范》
GB/T11263-1998《热轧H型钢和部分T型钢》
DL5002-93《火力发电厂土建结构设计技术规定》
DL/T5029-94《火力发电厂建筑装修设计标准》
DL/T5094-1999《火力发电厂建筑设计规程》
GB50222-95《建筑内部装修设计防火规范》
GB50207-2002《屋面工程质量验收规范》
《中华人民共和国工程建设标准强制性条文-房屋建筑部分》
GB/T50001-2010《房屋建筑制图统一标准》
GB/T50105-2010《建筑结构制图标准》
DL400-91《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
DL/T5044-95《低压配电设计规范》
GB755-2000《旋转电机定额和性能》
GB997-1981《电机结构及安装型式代号》
GB1971-1980《电机线端标志与旋转方向》
GB/T1993-1993《旋转电机冷却方法》
GB1032-85《三相异步电机试验方法》
GB50217-94《电力工程电缆设计规范》
DL/T5190.5-2004《电力建设施工及验收技术规范》热工自动化篇
DL/T659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》
其他标准和规范
GB50229-2006火力发电厂与变电所设计防火规范
GBJ46-88《施工现场临时用电安全技术规范》
GB50194-93《建设工程施工现场供用电安全规范》
GBJ303-88《建筑电气安装工程质量检验评定标准》
GBJ201-83《土方及爆破工程施工验收规范》
GB50221-2001《钢结构工程质量检验评定标准》
GBJ205-95《钢结构施工及验收规范》
GB50212-2002《建筑防腐蚀工程施工及验收规范及条文说明》
HGJ229-91《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》
SD30-87《发电厂检修规程》
GB0198-97《热工仪表及控制装置施工及验收规范》
GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》
GB50205-2001《钢结构工程施工及验收规范》
DL5007-92《电力建设施工及验收技术规范》（火力发电厂焊接篇）
SDJ69-87《电力建设施工及验收技术规范》（建筑施工篇）
SDJ280-90《电力建设施工及验收技术规范》（水工工程篇）
DL/T5190.5-2004《电力建设施工及验收技术规范》（热工自动化篇）
DL5031-94《电力建设施工及验收技术规范》（管道篇）
GB50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》
GB50169-2006《电气装置安装工程接地线路施工及验收规范》
GB50170-2006《电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范》
GB50171-2006《电气安装工程盘柜二次接线施工及验收规范》
GB50149-2010《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》
GB50259-96《电气装置安装工程电气照明施工及验收规范》
GB50231-2009《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB50235-2010《工业金属管道工程施工及验收规范》
DL5017-2007《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》
GB50231-2009《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB50235-2010《工业金属管道工程施工及验收规范》
GB50236-2011《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》
GB50254～GB50259-96《电气装置安装工程施工及验收规范》
GB50275-2010《GB50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》
HJ/T75-2001《火电厂烟气排放连续监测技术规范》
GB2440-2001《尿素》
GB14554-93《恶臭污染物排放标准》
上述规程、标准是招标方要求的最低标准，经招标方认可，投标方可以采用更高要求的标准。
如在设计过程中，国家、行业颁布了新标准、规范，则相应执行最新版本的有关规定。
在合同签订后，投标方应将供货部分所涉及的全部最新规范和标准（包括补充篇和制造厂工厂标准）提供给招标方。
计量单位与语言
本工程使用国际计量单位（SI）制，甲乙双方均需遵循。
工程中的工作语言为中文，所有文件、图纸应为中文编写。
上述标准有矛盾时，按较高标准执行。
1.3基础设计参数
（1）设备参数
项目
赤峰宝山能源（集团）热电有限责任公司脱硝工程——三台锅炉的脱硝工程及其配套设施建设
锅炉
种类
煤粉炉和燃气锅炉
额定蒸发量
2台75t/h煤粉炉和1台75t/h燃气锅炉
烟气治理
设施
除尘设施
布袋除尘器
脱硝
锅炉出口NOx浓度≤600mg/Nm3。
烟囱
烟气在线
监测系统
拟在烟道上安装烟气排放连续监测系统，对烟尘、SO2和NOx排放实施连续监控。
（2）烟气参数
项目
单位
数据
备注
锅炉出口最大烟气量
m3/h
1.59×105/2.3×105
按设计煤种，干基，6%O2
过量空气系数选取1.4
炉膛出口烟温度
℃
986/1023
锅炉出口SO2浓度
mg/Nm3
≤600
设计值
NOx平均排放浓度
mg/Nm3
308.9—342.1
2013年上半年均值
NOx最大排放浓度
mg/Nm3
378.7—390.0
2013年实测最大值
项目
锅炉容量
3台75t/h
燃料
设计煤种
处理前NOx基础浓度mg/Nm3（标况、干态、6%O2
600
SNCR处理后NOx控制浓度mg/Nm3（标况、干态、6%O2
≤200
SNCR设计脱硝效率%
66.7
温度℃
986/1023
SNCR系统物耗表（1台锅炉）
压缩空气总量（0.4Mpa）
m3/min
7.2
稀释水总量t/h
3
尿素总量t/h
0.286（固体）
1.4脱硝设备使用条件
技术工艺：
采用选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）。
还原剂：
以干尿素作为SNCR烟气脱硝系统的还原剂；
主燃料：
煤；
运行方式：
每天24小时连续运行；
年累计工作时间：
不小于7200小时；
供电条件：
电压为380/220V交流三相四线制，电源频率为50±0.5HZ；
压缩空气的品质为：
仪用压缩空气，干燥、无油，运行压力：
0.6~0.8MPa；
稀释水：
厂区工艺软化水。
（1）尿素品质
尿素品质符合国家标准GB2440-2001《尿素》技术指标的要求。
指标名称
单位
合格品
备注
含氮量
%
46.67
密度
g/cm3
1.335
水分
%
≤0.5
熔点
℃
132.7
水溶性（20℃）
g/L
1080
重量法
1.5SNCR装置性能保证值
序号
项目内容
单位
数值
备注
1
设计烟气量
Nm3
1.59×105/2.3×105
2
脱硝前烟气NOx基准浓度（干基，6%O2）
mg/Nm3
600
3
脱硝效率
%
66.7
4
脱硝装置可用率
%
98
5
脱硝系统对锅炉效率影响
%
<0.5
6
尿素溶液浓度
％
10
7
脱硝后NOx控制浓度（干基，6%O2）
mg/Nm3
≤200
8
SO2/SO3转化率
%
<1
9
85%纯度尿素晶体消耗量（以NSR为1.3，NOX大部分为NO计算）
Kg/h
286
10
除盐水耗量（稀释成10%尿素溶液）
Kg/h
3000
11
压缩空气耗量（0.4Mpa）
m3/min
7.2
12
系统装机功率
KW
100
二SNCR工艺原理介绍
氮氧化物（NOx）是在燃烧工艺过程中由于氮的氧化而产生的气体，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。
世界各地对NOx的排放限制要求都趋于严格，而火电厂、垃圾焚烧厂和水泥厂等作为NOx气体排放的最主要来源，其减排更是受到格外的重视。
在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在850~1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。
化学反应方程式：
尿素作为还原剂：
2NO+CO（NH2）2+1/2O22N2+CO2+2H2O
SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，受制于停留时间、尿素/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素，并对锅炉效率造成一定的影响（通常在0.2~0.5%）
2.1反应温度
NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：
反应温度超过1100℃时，NH3被氧化成NOx，氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。
选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。
4NH3+5O2→4NO+6H2O氧化反应
采用尿素溶液作为脱硝还原剂时，还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入炉内，雾化液滴蒸发热解成NH3之后，才进入合适的温度区域进行还原反应。
基于尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同，其喷入炉膛的合适温度窗口也有差别：
氨水为还原剂时，窗口温度约为870℃~1,100℃；尿素为还原剂时，窗口温度约为900~1,150℃。
本项目锅炉运行负荷下，喷枪布置处温度为900~1100℃，本方案按照采用氨水作为还原剂进行设计。
根据锅炉特性和运行经验，锅炉的脱硝还原剂喷射温度窗口通常设在温度适合的区域。
由于炉内烟气温度的分布受到锅炉负荷、煤种、锅炉受热面布置等多种因素的影响，合适的脱硝还原反应温度区间以及喷射器的具体喷射位置，需要在CFD模拟计算以后才能最终确定。
在锅炉实际运行时，随着负荷的变化，适合脱硝还原剂温度的区间位置也会发生变动，在实际应用时，常采用下述措施：
（a）在线调整雾化液滴的粒径大小与含水量，缩短或延长液滴的蒸发与热
解时间，使热解产物NH3投送到合适的脱硝还原反应区域。
（b）布置多点区域喷射器，在不同运行状态，采用不同的喷射点进行喷射。
2.2停留时间
研究表明，NH-NO非爆炸性反应时间仅约100ms。
停留时间指的是还原剂在炉内完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。
延长反应区域内的停留时间，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。
当合适的反应温度窗口较窄时，部分还原反应将滞后到较低的温度区间，较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。
当停留时间超过1s时，易获得较高的脱硝效果，停留时间至少应超过0.3秒。
2.3化学当量比（NSR）
NH3-NO理论化学反应当量比为1:
1，但由于还原剂有小部分未反应的尿素，因此，需要比理论化学当量比更多的还原剂喷入炉膛才能达到较理想的NOx还原率。
此外，当原始NOx浓度较低时，脱硝还原化学反应动力降低，为达到相同的脱硝效率，需要喷入炉内更多的还原剂参与反应。
运行经验显示，脱硝效率在50%以内时，尿素/NOx摩尔比一般控制在1.0~2.0之间，本项目以经验值1.3来进行成本核算。
2.4还原剂与烟气的混合
脱硝还原剂与烟气充分均匀混合，是保证在适当的尿素/NO摩尔比下获得较高脱硝效率的重要条件之一。
为将还原剂准确送到炉膛内合适的脱硝还原反应温度区间，并与烟气充分混合，通常采用如下措施：
优化雾化器的喷嘴，控制雾化液滴的粒径、喷射角度、穿透深度及覆盖范围。
强化喷射器下游烟气的湍流混合，增加反应温度区域内的尿素/NOx扩散，提高反应速率。
2.5对锅炉效率的影响
还原剂水溶液喷入炉膛高温烟气中，雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程，需要从烟气中吸收部分热量，这可能会增加锅炉的热损失。
通常应尽可能控制还原剂的喷入量，使SNCR装置对锅炉热效率的影响小于0.5%。
三系统概述
本系统主要包括：
尿素溶液存储与制备模块、浓度调整（稀释）模块、计量分配模块、喷射模块以及SNCR控制模块等五部分组成。
SNCR的典型工艺流程为：
还原剂—>锅炉/窑炉（反应器）—>除尘脱硫装置—>引风机—>烟囱。
本项目还原剂以氨水为主，50%尿素溶液经氨水输送泵送至静态混合器，与稀释水模块送过来的软化水进行定量的混合配比，50%尿素溶液被稀释至10%，通过计量分配装置精确分配到每个喷枪，然后经过喷枪喷入炉膛，实现脱硝反应。
3.1还原剂存储模块
设置一台尿素溶解罐。
在溶解罐中，用除盐水将尿素颗粒溶解。
溶解罐上设置温度仪表，加热系统启动使溶液的温度自动保持在合理的温度范围。
尿素溶解罐还需设置搅拌器，保证尿素颗粒快速均匀溶解。
溶解罐和搅拌器材质为304不锈钢。
尿素溶解罐净容积满足单台炉1天BMCR工况运行的尿素溶液用量。
尿素溶解罐和尿素溶液储罐之间应设置两台循环泵，为一运一备。
循环泵采用离心泵。
设置两台尿素溶液储罐，总容积满足两台炉连续7天BMCR工况运行的尿素溶液用量。
尿素溶液储罐材质为304不锈钢。
则50%尿素溶液搅拌罐为1台10m3
则50%尿素溶液储罐为2台65m3
尿素管道材料采用304不锈钢，蒸汽管道、除盐水管道及污水管道材料为碳钢。
3.2浓度调整（稀释）模块
尿素浓度调整模块和稀释水模块布置在尿素储存罐附近，各配置一台（供锅炉使用）。
本工程设置1套共用的浓度调整系统和稀释水喷射系统装置，用以向计量和分配装置输送一定压力流量的尿素溶液。
并在线将50%浓度尿素溶液稀释成10%的尿素溶液通过投加泵送至喷枪。
尿素溶液浓度调整系统和稀释水喷射系统装置中装有背压系统，可以确保锅炉任意启停的状态下保证整个SNCR系统压力的稳定性。
尿素溶液投加泵采用多级不锈钢离心泵，泵进口设置在线过滤器。
装置的管线采用304不锈钢材质。
在控制室的PLC控制系统可以通过使用4～20ma信号连接进行远程控制操作。
3.3计量分配模块
每台锅炉的SNCR系统设置一套尿素计量分配装置。
喷射区计量模块是一级模块，根据锅炉负荷、燃料、燃烧方式、NOx水平、脱硝效率等参数的变化，自动调节进入锅炉喷射区的反应剂流量。
同时，该模块在还原剂计量后，对各喷射区各喷射器的还原剂喷射流量进行逐个分配。
雾化空气和冷却空气从该装置注入。
3.4还原剂喷射模块
尿素溶液喷射系统的设计应能适应锅炉30%~100%BMCR之间的任何负荷持续安全运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。
并应尽量考虑利用现有锅炉平台进行安装和维修。
喷射区数量和部位由锅炉的温度场和流场来确定。
3.4.1技术要求
1）还原剂喷嘴布置在锅炉温度900~1100℃区域内，10%尿素溶液在通过喷嘴喷出时被充分雾化后以一定的角度喷入炉膛内。
通过设计一套完整的氨水溶液喷射系统，保证尿素溶液和烟气混合均匀，喷射系统设置流量调节阀，能根据烟气不同的工况进行调节。
喷射系统具有良好的热膨胀性、抗热变
形性和抗振性。
2）分配系统到各个喷射器的尿素溶液管道上设置手动调节阀，在脱硝系统调试时调整单个喷射器的流量。
分配系统的管道和阀门均采用不锈钢材质。
分配系统的尿素溶液管道应设置水冲洗接口和相应的管道。
喷射系统的设计保证在所有负荷下所有尿素溶液雾化后以一定的角度、速度和液滴粒径喷入炉膛，参与脱硝化学反应。
3）喷射系统设置吹扫装置以防止烟气中的灰尘堵塞喷射器。
4）雾化采用压缩空气，在压缩空气管路上应设置调节阀来控制雾化压力。
5）喷嘴的材料选用耐高温、耐腐蚀、耐磨损的不锈钢310s。
6）乙方优化喷射器的数量及设置位置。
喷入炉膛的尿素溶液不与锅炉受热面管壁直接接触，以免影响受热面的换热效率和使用寿命。
7）除喷射器外，喷射系统的设备就近布置在锅炉平台上，以螺栓的形式固定。
8）单喷嘴墙式喷射器的布置在其伸出位置处保留足够的维修空间。
9）乙方提供脱硝喷雾系统所需的雾化和冷却压缩空气用量及要求。
本项目中采用双流体雾化喷枪，喷枪采用压缩空气雾化。
喷枪采用墙式固定喷枪，手动伸缩保护套管结构，可以根据需要随时进入和退出锅炉炉膛。
3.4.2喷射器布置
每台锅炉共布置6只墙式固定喷枪,分别布置在合适的温度区间。
SNCR系统长期停运时喷枪需要拔出炉膛,以避免喷枪受热损坏。
喷枪采用不锈钢制造,包括喷枪本体、喷嘴罩等部分。
喷枪本体上的还原剂溶液进口和压缩空气进口为法兰连接,通过两根金属软管分别与尿素溶液管路、压缩空气管路连接。
软管后面的尿素溶液管路、压缩空气管路上就近各布置一个球阀。
喷枪结构示意图
SNCR工艺画面示意图
3.5SNCR控制系统模块
脱硝控制系统建成后,自动化水平应满足“无人值守、定期巡检”的能力,在主机控制室内，通过机组PLC操作员站完成对SNCR装置的启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的处理和故障诊断。
脱硝工艺系统可分别纳入主厂房的DCS系统中，并由机组DCS操作员站实现对SNCR的监控。
运行人员直接通过机组控制室中单元机组DCS操作员站完成对脱硝工程与机组有关部分的参数和设备的监控。
仪表和控制设备应具有较高的可用性、可靠性、可控性和可维修性，所有部件应在规定的条件下安全的运行。
自动化系统的投入率应达到100％，可利用率不低于99.9％，保护系统投入率应达到100％。
脱硝系统供电电压为380/220V，SNCR装置电耗和还原剂制备系统的电耗见下表。
操作电源采用直流DC220V，仪表电源采用直流DC24V，仪表与集散控制系统采用UPS供电。
序号
用电设备
名称
台数
单台装机容量（KW）
总装机容量
（KW）
电压（VAC）
备注
1
循环泵
2
2.2
4.4
380
2
排污泵
1
2.2
2.2
380
3
喷射泵
4
1.1
4.4
380
三用一备
4
稀释水泵
4
1.1
4.4
380
三用一备
5
斗式提升机
1
11
11
380
6
溶解罐搅拌电机
1
2.2
2.2
380
7
储存罐搅拌电机
2
5.5
11
380
8
控制机柜
1
10
10
220
包括控制阀
9
控制阀门
1
6
6
380
总计
55.6
主体设备供货一览表
序号
设备型号规格性能
数量
材质
备注
一
尿素溶液存储与制备模块（满足两台锅炉）
1
尿素溶液循环泵Q=10m3H=20m
2台
不锈钢304
南方泵业
2
尿素溶解罐立式，带蒸汽加热盘管，10m3
1台
不锈钢304
国内知名品牌
3
搅拌装置浆式，转速：
60rpm，电机功率11kW
1台
不锈钢304
国内知名品牌
4
尿素溶液储罐V=65m3
2台
不锈钢304
国内知名品牌
5
斗式提升机提升高度5m，11kW
1台
国内知名品牌
6
尿素溶液排污泵
1台
不锈钢304
南方泵业
7
监控系统
1套
国内知名品牌
8
安全洗眼站
1套
国内知名品牌
9
带加热磁翻板液
升级会员 