2x150MW机组脱硝培训手册.docx
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2x150MW机组脱硝培训手册
1．概述
1.1原理介绍
本工程采用“选择性催化剂还原烟气脱硝”技术，其主要化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，工业应用时须安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降至400℃左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。
SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生。
2SO2+O2→2SO3
NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。
因此，只有在催化剂环境的烟气温度在300℃-420℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
1.2主要设计参数
1.2.1烟气成分
烟气参数（湿基,实际氧）
项目
单位
BMCR（设计煤种）
体积流量（湿态，实际氧）
Nm3/h
511634
排烟温度
℃
340~400
烟气中污染物成分（标准状态，干基，6%含氧量）
项目
单位
BMCR（设计煤种）
进口NOx
mg/Nm3
400
出口NOx
mg/Nm3
100
1.2.1吸收剂分析资料
脱硝系统用的还原剂为液氨，其品质需符合国家标准GB536-88《液体无水氨》技术指标的要求，如下表：
液氨品质参数
序号
指标名称
单位
合格品
备注
1
氨含量
%
≥99.6
2
残留物含量
%
≤0.4
重量法
3
水分
%
—
4
油含量
mg/kg
—
重量法
红外光谱法
5
铁含量
mg/kg
—
2．系统的组成
公用系统制备的氨气输送至炉前，通过混合器与稀释风混合稀释后进入烟道，稀释风通过烟道内的喷氨格栅（AIG）与烟气进行充分、均匀的混合后进入反应器，在催化剂的作用下，氨气与烟气中的NOX反应生成氮气和水从而达到除去氮氧化物的目的。
氨气的喷入量应根据出口浓度及脱硝效率通过调节门进行调节，喷氨量少会使脱硝效率过低，过大容易导致氨逃逸率上升造成尾部烟道积灰。
脱硝系统的反应器是布置在高温省煤器出口与低温省煤器入口之间，锅炉燃烧产生的烟气将流经反应器。
为防止反应器积灰，每层反应器入口布置有蒸汽吹灰器，通过蒸汽吹灰器的定期吹扫来清除催化剂上的积灰。
公用系统氨气的制备过程实际上是液氨的气化过程，液氨存储在液氨储罐中，通过氨站蒸发器的加热器对液氨进行加热；液氨受热蒸发气化成氨气，通过蒸发器后的调节阀可控制缓冲罐内的压力；蒸发器内的压力和温度可通过调节液氨调节门和蒸汽调节门来控制。
脱硝系统包括：
烟气系统、反应器及催化剂、声波吹灰系统、液氨卸料系统、液氨储存系统、液氨蒸发系统、稀释排放系统、喷淋系统、氮气置换系统等。
3.1烟气系统
烟气系统是指从锅炉尾部低温省煤器下部引出口至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至空预器入口之间的连接烟道。
为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别考虑了烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。
所有烟道将在适当位置配有足够数量和大小的人孔门和清灰孔，以便于烟道的维修和检查以及清除积灰。
烟道将在适当位置配有足够数量的性能测试孔。
3.2SCR反应器
锅炉配置1台SCR反应器，反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口将设气流均布装置。
反应器入口段设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位将设计必要的防磨措施。
反应器内部各类加强板、支架将设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。
SCR工艺的核心装置是脱硝反应器。
反应器入口段烟道存在较长的水平段烟道，在锅炉低负荷情况下，也存在积灰问题，但是不存在反应器吹灰时瞬间灰量增大的情况，所以积灰情况比较均匀，不会造成烟道内瞬间含尘量骤增的情况，所以，对机组的运行不会造成大的危害，对催化剂的寿命也不会有太大的影响。
SCR反应器的设计考虑与周围设备布置的协调性及美观性。
反应器设置有人孔门。
考虑内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置。
反应器的内部设计能适应于任何蜂窝式催化剂产品。
SCR反应器应能承受运行温度420℃不少于5小时的考验，而不产生任何损坏。
3.3催化剂
反应器内催化剂层按照2层设计，催化剂的型式采用蜂窝式。
催化剂设计将考虑燃料中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。
催化剂模块将设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。
催化剂将能承受运行温度420℃不大于5小时的考验，而不产生任何损坏。
催化剂保证化学寿命为24000运行小时。
脱硝系统最低喷氨温度与烟气中SO3浓度，烟气中含湿量等参数有关，SO3浓度越高，最低喷氨的温度越高，如果在低于最低喷氨的温度下继续喷氨进行氮氧化物的脱除反应，会在催化剂的孔内形成硫酸氢氨等副产物，堵塞催化剂微孔，降低催化剂活性和寿命。
除此之外，硫酸氢氨副产物还会对下游空预器的换热元件造成低温腐蚀和堵塞。
催化剂供应商根据目前业主方提供的脱硝系统入口烟气参数，进行了严格的计算，最终得到最低连续喷氨温度为：
300℃，最高连续喷氨温度为：
420℃。
建议在机组长期处于低负荷条件下运行时，为保证脱硝系统连续稳定运行，应当燃用含硫量低的煤种。
3.4吹灰系统
本工程设置声波吹灰方式，按每一层催化剂设置4台声波吹灰器进行设计。
声波吹灰器用气引自电厂仪用压缩空气系统，每炉设置压缩空气储罐，至各反应器压缩空气母管设置滤网和调压阀，滤网防止杂质进入声波喇叭，调压阀用于防止压缩空气压力过大对喇叭膜片的破坏。
建议的吹扫频率为每10分钟吹扫10秒，每个反应器从最上层开始吹扫，每层的吹灰器依次吹扫。
3.5氨的空气稀释和喷射系统
每台锅炉的两个反应器共设置两台100%容量的离心式稀释风机，一用一备。
设一套氨/空气混合系统，用于SCR反应器的氨与空气的混合。
为保证氨（NH3）注入烟道的绝对安全以及均匀混合，将氨浓度降低到爆炸极限（其爆炸极限在空气中体积比为16％～25％）下限以下，控制在5％以内。
供方将按此要求以脱硝所需最大供氨量为基准（即脱硝效率为75％时）设计氨稀释风机及氨/空气混合系统。
稀释风机的性能将保证能适应锅炉40%～100%BMCR负荷工况下正常运行，并留有一定裕度：
风量裕度不低于10%，另加不低于10℃的温度裕度；风压裕度不低于20%。
氨/烟气混合均布系统按如下设计：
每台SCR反应器进口垂直烟道截面分成12个喷氨区域。
由氨/空气混合系统来的混合气体喷入位于烟道内的对应区域处，在注入每个区域的喷氨格栅前的管道上将设手动阀，在系统投运后可根据烟道进出口检测出的NOx浓度来调节手动阀的开度，使氨的喷射量与NOx浓度匹配，调节结束后可基本不再调整。
3.6压缩空气系统
声波吹灰器用气取自电厂仪用空气管道，在现场设置压缩空气罐进行稳压。
喷氨格栅吹扫用气和CEMS用气直接从仪用空气管道取出，不设置空气储罐。
3.7液氨储存蒸发系统
液氨储存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发槽、液氨输送泵、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。
此套系统提供氨气供脱硝反应使用。
液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内，将储槽中的液氨输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽来控制一定的压力及其流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送达脱硝系统。
氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理。
氨液泄漏处及氨罐区域应装有氨气泄漏检测报警系统；系统的卸料压缩机、储氨罐、氨气蒸发槽、氨气缓冲槽及氨输送管道等都备应有氮气吹扫系统，防止泄漏氨气和空气混合发生爆炸。
氨存储和供应系统应配有良好的控制系统。
主要设备
（1）卸料压缩机
选择的卸料压缩机能满足各种条件下的要求。
卸料压缩机抽取储氨罐中的氨气，经压缩后将槽车的液氨推挤入液氨储罐中。
卖方在选择压缩机排气量时，应考虑储氨罐内液氨的饱和蒸汽压，液氨卸车流量，液氨管道阻力及卸氨时气候温度等。
（2）液氨储罐
液氨的储槽容量为20m3。
储槽上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀为储槽液氨泄漏保护所用。
储槽还装有温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器将信号送到脱硝控制系统，当储槽内温度或压力高时报警。
储槽有防太阳辐射措施，四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储槽槽体温度过高时自动淋水装置启动，对槽体自动喷淋减温；当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置，对氨气进行吸收，控制氨气污染。
（3）液氨供应泵
液氨进入蒸发槽，一般情况下可以使用压差和液氨自身的重力势能实现；在温度太低时，依靠压差不能有效使液氨进入蒸发器，故设置2台液氨供应泵。
在温度较高时，通过液氨输送泵的旁路管进行液氨的输送，当温度较低时，关闭旁路管道，使用液氨泵对液氨增压后进入蒸发器。
（4）液氨蒸发槽
液氨蒸发采用蒸汽加热。
蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在一定范围，当出口压力达到过高时，则切断液氨进料。
在氨气出口管在线应装有温度检测器，当温度过低时切断液氨，使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力，蒸发槽也装有安全阀，可防止设备压力异常过高。
（5）氨气缓冲槽
从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲槽，通过调压阀减压成一定压力，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统。
液氨缓冲槽能满足为SCR系统供应稳定的氨气，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。
缓冲槽上也设置有安全阀保护设备。
（6）氨气稀释槽
氨气稀释槽为一定容积水槽，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汇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，利用大量水来吸收安全阀排放的氨气。
（7）氨气泄漏检测器
液氨储存及供应系统周边设有氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。
当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。
电厂液氨储存及供应系统设在扩建端炉后，将采取措施与周围系统作适当隔离。
（8）排放系统
卖方在氨制备区设有排放系统，使液氨储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池，再经由废水泵送到废水处理站。
（9）氮气吹扫系统
液氨储存及供应系统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安全问题。
基于此方面的考虑，卖方在本系统的卸料压缩机、储氨罐、氨气蒸发槽、氨气缓冲槽等都备有氮气吹扫管线。
在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合造成危险。
3．系统的启动与停止
3.1SCR的启动
为避免启动过程中温升所产生的膨胀及应力问题，以及催化剂对温升速率的要求，在SCR的启动过程中应对反应器的温度上升速度加以控制。
具体分为以下几种启动方式：
快速启动、冷态启动、温态启动、热态启动以及极热态启动。
冷态启动：
锅炉长期停运后，锅炉和脱硝反应器处于常温状态，这种启动方式称为冷态启动。
在冷态启动过程中，反应器温度＜150℃时，SCR的温升速度应不大于10℃/min，当烟气温度＞150℃时，温升速应不大于150℃/min。
待反应器出口烟气温度不低于喷氨温度时，可开始喷氨，系统投入运行。
温热启动相似，应保证反应器出口烟气温度不低于喷氨温度，SCR脱硝系统投入运行
热态启动：
热态或极热态启动时，在锅炉停运后，如果反应器温度仍然在烟气水露点以上，无需进行催化剂加热过程，热态SCR启动的温升速度一般不作为主要控制对象。
反应器出口烟气温度不低于喷氨温度时，SCR系统可投入运行。
否则按照冷态启动步骤执行。
系统启动前应首先作好相应的准备工作，投入相关的辅助系统等。
温度>MIN3
喷氨、氨气流量投自动
温度>MIN2
温度>MIN1
氨气稀释风机开启
基本启动步骤示意图
启动完成
吹灰系统投入自动程序控制
氨气压力控制投自动
氨气制备系统准备就绪
液氨蒸发系统开启
保温期
冷态启动功能组
预热程序
初步预热程序
温态启动功能组
基本停机步骤示意图
收到停机指令
待机状态
停机状态
加氨气动关断阀关闭
启动SCR自动停机程序
启动停机吹灰程序
人工判断是否停运整个氨气制备系统
启动稀释风机停机程序
启动氨气系统停机程序
人工判断是否会在短期内开机
3.1.1启动前的系统检查
系统启动前应首先作好相应的准备工作，启动相关的辅助系统等，并对系统设备进行检查
1．检查氨气母管压力是否正常。
系统投入前应首先对氨气母管进行检查，且无泄露报警。
如是第一台投入脱硝的锅炉，母管可能未通氨气，应先将氨区缓冲罐出口手动截止门全开，通过调整缓冲罐出口气动调节门将母管压力调整到设计运行压力范围内。
2．检查稀释风管道。
稀释风进入烟道的手动门应全开，稀释风机入口无杂物，转动部分无障碍，风机手动阀门动作灵活，方向正确。
3．检查烟气取样管道是否存在泄露，方向正确。
4．检查DCS上热工信号是否正确。
5．检查过程中如发现异常应及时汇报值长，并待故障消除后方可进行SCR的启动工作。
3.1.2SCR的启动步骤
具体启动步骤：
1．联系投入相应的辅助系统如压缩空气系统、工业水系统。
2．锅炉启动后将首先进行吹扫。
脱硝系统也应随锅炉对SCR的反应器进行吹扫。
稀释风机应该同步投入一台运行，保证AIG的氨气喷嘴不会积灰堵塞。
3．反应器的预热。
随着锅炉的启动，热烟气进入SCR系统后，其温度将逐渐升高。
冷态的温升速度应在10℃/min以内，脱硝系统无法控制温升速度，因此一旦接近限制值时，应联系值长对锅炉进行调整，降低锅炉的温升速度。
温态启动时，正常情况下应温升速度应不超过20℃/min。
4．SCR温度达到250℃，启动氨站的蒸发系统，使氨气缓冲罐中的氨气压力保持在0.2-0.4MPa。
蒸发器投运操作步骤（以A液氨储罐向A蒸发器供应液氨为例）
1）确认蒸发器注满工业水，无泄漏；
2）确认氨气稀释槽给电动门前后手动阀处于全开状态；
3）打开氨气稀释槽旁路进水阀向稀释槽供水，当稀释槽罐溢流管有水溢流后，将该阀关闭；
4）将废水泵、氨检测仪和喷淋装置投入自动控制；
5）检查确认废水池内液位高过伸入池内的废液管；
6）打开A蒸发器蒸汽调节阀组，水温度达到70℃左右时，蒸汽调节阀组投入自动调节状态；
7）打开A液氨储罐出口阀，A蒸发器进口电动阀；温度<-5℃时先启动一台液氨输送泵，液氨进入A蒸发器进行气化，将去A缓冲罐进口调节阀投自动，压力设定值0.2Mpa左右。
9）当A缓冲罐氨气压力稳定后，打开缓冲罐出口至反应区电动门，反应区可以进行喷氨。
5．SCR温度达到允许温度300℃时，全开该炉氨气母管上的手动截止门，并开启供氨管道上的气动氨气截止门，通过调整喷氨气动调节门控制氨气量，开始喷氨气脱硝。
6．氨气进入烟道后在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气和水，从而实现脱硝作用。
通过调节供氨量可对脱硝效率进行调节，供氨量大效率也将提高。
启动过程中应逐渐加大供氨量，脱硝效率达到运行要求后，投入喷氨自动，DCS将根据脱硝效率自动调节供氨量。
3.1.3稀释风机的启动
1．启动前的设备检查，包括风机出口气动门开关正常，有关热工仪表正常投入，电机、风机入口滤网正常，AIG入口12个手动门在全开位置等。
2．启动任意一台稀释风机
3．手动或自动打开风机出口电动门
4．观察风机出口压力、流量在正常范围内
5．另一风机投入备用
3.1.4喷氨的投入
启动条件：
1．氨气缓冲罐压力正常，压力一般控制在0.2-0.4MPa。
2．SCR烟气温度正常，温度在允许温度以上允许开反应器侧氨气截止门。
3．任意一台稀释风机运行，且稀释风流量正常。
4．DCS上各热工信号显示正常
投入步骤：
1．全开氨站氨气缓冲罐供气电动门，氨气母管压力维持在0.2-0.4Mpa，
2．全开氨气母管通向反应器的手动截止门，开启反应器的氨气供应电动截止门，
3．逐渐开启氨气供气调节门，随着氨气的投入，脱硝效率将逐渐提高，当反应器的脱硝效率达到45-55%时，可投入供氨自动，DCS将自动调节供氨量，使脱硝效率维持在设定值。
3.2SCR的停止
如停止步骤示意图所示，SCR的停止首先由切断氨气的供应开始，然后根据停机原因及是否有其它锅炉脱硝运行决定是否停止氨气制备系统。
如只是脱硝系统停止运行，则反应器的稀释风机应继续运行。
具体步骤如下：
1．接到停止脱硝反应器工作的通知后，首先关闭氨气电动截至阀，稀释风机应保持运行。
2．关闭氨气母管上的手动截止门。
3．如果停止SCR的运行之后需要对氨气管道和阀门进行检修，必须先将有关的管道系统进行氮气置换后方可进行。
蒸发器停运操作步骤（以停运A液氨储罐供应液氨的A蒸发器为例）
1）关闭A液氨储罐出口电动阀（如液氨输送泵在运行，则先停止其运行）；
2）关闭蒸汽调节阀组；
3）当A蒸发器出口压力降至0.2MPa时,关闭A蒸发器液氨进口电动阀；
4）关闭至A缓冲罐进口调节阀和A缓冲罐出口管道上的电动阀。
4．运行控制
经验表明，SCR系统在运行中应特别注意控制以下三方面的问题：
1．保证催化剂活性——脱硝反应器的核心是脱硝催化剂。
它分为蜂窝式和板式两种结构类型，其比表面积为500～1000m2/m3,在它的内表面上分布着由TiO2、WO3或V2O5等组成的活性中心。
随着脱硝装置的运行，催化剂会逐渐老化。
引起老化的原因主要有：
活性中心中毒，活性中心中和，活性成分晶型的改变，以及催化剂的腐蚀、磨损、通道与微孔的堵塞等。
因而，必须定时检测每层催化剂前后烟气中NOx的浓度和氨氮比（NH3/NOx），以及取催化剂样品进行实验室测试确定各层催化剂的活性与老化程度，以确保脱硝装置的正常运行。
2．保证合适的反应温度——不同的催化剂具有自己不同的适宜温度区间。
比如有资料报道，某种催化还原脱硝的反应温度区间为320～400℃，当反应温度低于300℃，在催化剂上出现了无益的副反应。
氨分子很少与NOx反应，而是与SO3和H2O反应生成（NH4）2SO4或NH4HSO4，它们附着在催化剂表面，引起污染积灰并堵塞催化剂的通道与微孔，从而降低了催化剂的活性。
另外，这种催化剂不允许温度高于450℃，因为通过结构检测发现，高温下催化剂的结构发生了变化，导致催化剂通道与微孔的减少，催化剂损坏失活，且温度越高催化剂失活速度越快。
另外，还有资料说，温度过高会使NH3转化为NOx。
3．保证适当的氨气喷入量。
对NH3的喷入量的调节必须既能保证NOx的脱除效率，又能保证较低的氨逸出量。
由于烟气经过空气预热器温度迅速下降,多余的NH3会与烟气中的SO2和SO3等反应形成铵盐，导致烟道积灰与腐蚀。
另外，NH3吸附在烟气飞尘中，会影响电除尘器所捕获粉煤灰的再利用价值，氨泄露到大气中又会对大气造成新的污染，故氨的流出量一般要求控制在3ppm以下。
5.安全注意事项及反事故措施
5.1氨站
氨站系统为液氨存储及产生氨气辅助系统，由于氨具有一定的毒性，而且氨气在15-27%浓度下与持续明火具有爆炸性，因此氨站操作应严格遵循操作规程。
一旦发生泄露应及时切断液氨供应，对泄露点用水喷淋，并向上级领导汇报。
5.2反应器
锅炉启动后应监视反应器的温升速度，冷态启动时控制温升最好不应超过10℃/min。
同时，氨气的投入也对温度有要求，反应器的设计工作温度应在允许范围内，只能承受5小时以内最高450℃短期烟气冲击，因此如启动温升过快或温度超过420℃时应及时要求锅炉调节燃烧。
喷氨后应注意监视反应器入口的氨气浓度情况，氨气浓度不应大于5%，在DCS中按最大喷氨量计算出了最小稀释风量，运行中应监视稀释风量的变化，当接近最小风量时系统会报警，此时应及时检查稀释风机及稀释风管道是否存在堵塞，如稀释风量低于最小风量，系统将关闭供氨气动截止门。
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