10t锅炉SNCR+氧化脱硝方案.docx
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10t锅炉SNCR+氧化脱硝方案
XXX公司10t/h燃煤锅炉烟气
SNCR+臭氧氧化组合脱硝
方
案
书
合肥双宇环保科技有限公司
二O一六年五月
一、项目概述：
XX公司现有1台10t/h链式锅炉。
随着环保要求的不断提高，现有的烟气治理设施已不能满足大气环境保护、治理的政策和环保要求，安徽双轮酒业有限责任公司决定对现有的锅炉烟气治理设施进行技术提效升级改造，新增一套锅炉烟气脱硝处理装置对锅炉烟气中的NOx污染物进行深度处理；使处理后的锅炉排放烟气NOx污染物排放浓度达到国家及当地相关标准，达标排放。
具体的设计方案如下：
二、设计要求及参数：
脱硝参数表
序号
项目
10t/h循环硫化床参数
1
生产厂家
2
锅炉型号
3
锅炉类型
链式锅炉
4
锅炉数量
1台
5
烟气量（单台）
6
燃气总量
7
炉膛温度
~850℃~1050℃
8
燃料类型
煤
9
原始NOx排放浓度
≤400mg/Nm3
10
治理后NOx排放浓度
≤50mg/Nm3
11
氨逃逸率
≤8ppm
12
脱硝工艺要求
选择性非催化还原法（SNCR）+臭氧氧化法
13
NOx脱硝效率
87.5%
14
还原剂选择/氧化剂
氨水/液氧
当地气候条件：
三、设计依据：
序号
名称
编号
1
《中华人民共和国环境保护法》
2
《环境空气质量标准》
（GB3095-1996）
3
《大气污染物排放标准》
（GB13223-96）
4
《燃煤烟气脱硝技术装备》
（GB/T21509-2008）
5
《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》
（GB/T16157-1996）
6
《污水综合排放标准》
（GB8978-2002）
7
《城市区域环境噪声标准》
（GB3096-93）
8
《工业企业厂界环境噪声排放标准》
（GB12348-2008）
9
《工业金属管道设计规范》
（GB50316-2000）
10
《工业金属管道工程施工质量验收规范》
（GB50184-2011）
11
《钢制管法兰、垫片、紧固件》
（HG20592~20635-2009）
12
钢管标准：
《液体输送用无缝钢管》
（GB/T8163-2008）
13
钢管标准：
《流体输送用不锈钢无缝钢管》
（GB14976-2002）
14
钢管标准：
《低压液体输送用焊接钢管》
（GB/T3091-2001）
15
《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》
（HG20553-2011）
16
管件标准：
《钢制对焊无缝管件》
（GB12459）
17
管件标准：
《锻钢制承插焊管件》
（GB/T14383）
18
《工业设备及管道绝热工程设计规范》
（GB50264-1997）
19
《工业设备及管道绝热工程施工规范》
（GB50126-2008）
20
《管道和设备保温、防结露及电伴热》
（03S401）
21
《钢结构设计规范》
（GB50017-2003）
22
《钢结构工程施工质量验收规范》
（GB50205-2002）
23
《固定式钢梯及平台安全要求》
（GB4053-2009）
24
《管架标准图》
（HG/T21629-1999）
25
《钢制焊接常压容器》
（NB/T47003.1-2009）
26
《固定式压力容器》
（GB150-2010）
27
《简单压力容器安全技术监察规程》
（TSGR0003-2007）
28
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
（GB50236-2011）
29
《包装储运图示标示》
（GB/T191-2000）
30
《运输包装收发货标志》
（GB6388-1986）
31
《建筑设计防火规范》
（GB50016-2010）
32
《动力机器基础设计规范》
（GB50040-96）
33
《建筑物防雷设计规范》
（GB50057-2010）
34
《工业企业设计卫生标准》
（GBZ1-2002）
35
《建筑内部装修设计防火规范》
（GB50222-95）
36
《电力工程电缆设计规范》
（GB50217-2007）
37
《供配电系统设计规范》
（GB50052-2009）
38
《低压配电设计规范》
（GB50054-2011）
39
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
（GB50062-2008）
40
《继电保护和安全自动装置技术规程》
（GB14285-2006）
41
《电子设备雷击保护导则》
（GB7450-87）
42
《安全生产法》
43
《建设项目竣工环境保护验收管理办法——国家环境保护总局令第13号》
注
上述标准有矛盾时，按较高标准执行。
四、SNCR脱硝工艺说明
4.1、脱硝设计原则：
1、在业主给定的要求和条件下，综合考虑采用先进工艺、技术、设备、材料、投资经济性等因素，在确保烟气处理效果的前提下，以较少的投资，取得较大的社会、环境和经济效益；
2、处理系统总体规划布局要合理、美观，流程顺畅、平面紧凑，节省用地；
3、充分利用现有的条件和现有设备进行设计，尽量不影响生产，施工期要短；
4、按现有场地条件设计脱硝系统，力求流程合理，操作维护简便；
5、设备和材料具有运行稳定性和耐腐蚀性能。
6、为今后企业可持续性发展着想，选用的设备和材料具有实用性，价格适宜；脱硝工艺选用技术成熟、设备运行可靠，使用寿命较长（易损件除外）。
4.2、脱硝设计工艺：
SNCR系统主要包括氨水及稀释水储存系统、在线稀释系统、喷射系统和电气控制系统四部分。
氨水及稀释水储存系统实现氨水及去盐水储存的功能，然后由在线稀释系统根据锅炉运行情况和NOx排放浓度情况在线稀释成所需的喷射量，送入喷射系统。
喷射系统实现各喷枪的氨水分配、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。
整套电气控制系统调节方便、灵活、可靠，在设备间、喷点现场及控制室均能联动控制。
氨水储存区与其它设备、厂房等要有一定的安全防火距离，并在适当位置设置室外防火栓，设有防雷、防静电接地装置。
锅炉脱硝整体工艺流程如下：
SNCR脱硝工艺流程示意图
4.3、脱硝工艺简述
本脱硝系统可用液氨、氨水和尿素做还原剂，考虑到客户对还原剂原材料的供应、运输、储存等因素，本项目拟设计采用氨水作为还原剂。
系统配置一套氨水储存系统，氨水储罐上安装有液封防真空装置、排气氨吸收装置及超温保护喷淋冷却装置。
双流体喷嘴将氨水雾化后喷入锅炉。
氨水在锅炉内热分解出氮，与锅炉内的NOx在适温下发生还原反应，还原成氮气和水，从而脱除烟气中氮氧化物。
下图所示为SNCR脱硝工艺框架流程。
在选择性非催化还原（SNCR）的氮氧化物去除的过程中，还原剂是以液态（氨水、尿素溶液）或气态的形式（氨气）喷射到850℃~1050℃的高温烟气窗口中，通过还原反应后最终形成氮气、水和二氧化碳，从而降低烟气中氮氧化物。
其氨的脱硝化学反应式如下：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O
本项目的SNCR系统采用模块化设计的理念，几乎全部的设备都安装在预先在工厂经过测试的模块上，减少了现场的安装和调试工作。
本SNCR系统主要有氨水储存系统，泵站模块，在线稀释计量分配模块，电控模块，氨水喷射装置及整套系统的气、液输送系统组成，下面将对主要设备分别进行说明。
一、主要设备说明：
1、储存系统
本SNCR系统采用质量浓度为20%的工业级氨水作为还原剂，该物质具有比较稳定的化学和物理性质，在运行和储存过程中危险系数相对较低。
●氨水储罐
氨水储罐罐体材料采用玻璃钢制造，罐上安装有液封防真空装置、排气氨吸收装置及超温保护喷淋装置、液位显示装置、液位传感器、温度传感器等，并配备远程监控及操作系统。
罐内挥发的氨气通过排气氨吸收装置排出外界，由于氨溶于水，故氨气经过液封层时已过滤掉绝大部分的氨，而只有微量的氨气与其它安全气体排出罐外。
当氨水储罐温度≥40℃时，冷却喷淋系统自动启动，安装在氨水储罐上的喷头会喷淋冷却水降低氨水储罐温度，确保设备安全运行。
●卸氨模块
氨水由专用罐车运输，通过卸氨模块从氨水贯彻转移到储罐内。
储罐的加注管线和排气管通过柔性软管与罐车连接。
加注管线主要用来为储罐注液，排气管将加注过程中多余压力通过返回罐车来释放，避免氨气逃逸污染环境。
卸氨模块用于将槽罐车中的氨水卸载至氨水储罐，主要组件包括：
限位开关、氨水卸载泵、止回阀、压力表、过滤阀门等。
管线设计包括进路、回路和旁路。
●去盐水储罐
去盐水储罐采用玻璃钢或PVC制造，罐上可选配安装有呼吸管、液位显示装置、液位传感器及检修人孔等，同样可配备现场监控及操作系统。
氨水稀释用水由厂内软水处理系统引水至去盐水罐内，再由泵站模块供给在线稀释计量分配模块，从而混合分配到各氨水喷射装置喷入锅炉中进行烟气的脱硝。
●储气罐
储气罐容积为1m3，工作压力为1.0MPa，并配备安全阀、压力表及排污阀等。
完全符合《简单压力容器安全技术监察规程》及相关安全技术标准。
泵站模块
氨水通过泵站模块供给在线稀释计量分配模块，泵站模块可根据整套系统的实际运行情况调整管路压力，使整套系统管路始终保持着一个恒定的压力。
泵站模块配备1台氨水加压泵、1台去盐水加压泵、背压控制阀、过滤器、阀门、压力显示装置等成套设备（泵组均选用格兰富品牌），并配备远程监控及操作系统。
具有外形简洁美观，安装快捷方便，管路联接口分布合理，基本免维护等特点。
（1台“泵站模块”可同时供应3台炉窑的烟气脱硝需要）
泵站模块示意图
2、在线稀释计量分配模块
“在线稀释、计量、分配模块”就近安装于锅炉一侧。
“泵站模块”输出的氨水、稀释水和压缩空气分别用管道输送至现场的“在线稀释、计量、分配模块”。
本模块根据实时输入的数据自动调节氨水的流量，稀释水同样根据氨水溶液浓度要求，通过流量计调整设定。
计量好的氨水和稀释水分别进入混合器充分混合后由分配器分配至各喷枪。
同样雾化压缩空气也通过压缩空气分配器分配至各喷枪，各喷枪通过压缩空气充分雾化氨水溶液后在烟道壁的各喷点上喷出，以达至脱硝作用。
在线稀释计量分配模块示意图
3、喷射系统
在线稀释计量分配模块准确地将定量的氨水分配给各个喷枪。
喷枪采用双流体喷嘴，氨水在压缩空气介质的作用下，被雾化成极小的雾滴喷入锅炉温度窗口中，从而脱除烟气中的NOX。
采用国外先进技术生产的双流体喷嘴在SNCR脱硝上有大量成功使用业绩。
喷枪采用压缩空气来雾化氨水，采用耐热不锈钢制造。
喷枪包括喷嘴头、加长杆、混合器、连接枪座等主要部件组成，喷枪通过软管与氨水管、压缩空气管连接。
只要锅炉运行这些喷枪全部投运，在日常的使用当中，即使不喷射氨水，只需维持压缩空气的不间断供应，就能维持喷管的基本散热要求，不易损坏。
喷枪的设计参数：
材质：
310S/304
液体流量：
80kg/h（最大值）
液体压力：
0.2~0.4Mpa
喷射形状：
扇形/实心圆柱形喷枪示意图
雾化介质：
压缩空气
二、脱硝电气系统
脱硝系统中电气部份分为低压供配电系统，照明及检修系统，防雷接地系统，并包括岛内电气设备的控制，测量及保护，电缆敷设，电缆构筑物，电气设备布置等工作。
1、电气接线
系统无高压负荷，只有低压负荷，所以系统只设低压段，电源从附近的PC柜引接。
2、电压等级
本工程的仪表采用24VDC电源，控制、照明采用220VAC，其余均采用380VAC电源。
3、检修系统供电
检修网络电压为380/220V。
所有涉及SNCR系统的厂房和室外装置的检修电源由就地或邻近建筑的380/220V供电。
4、过电压保护和接地
本工程按《交流电气装置的接地》将SNCR的接地网与厂内主接地网可靠连接，连接点不少于4个。
所有电气设备、管道、储罐等均需接地。
建筑物的户内接地极或接地引下线将与户外主接地网可靠连接。
电气设备及控制设备共用一个接地网，系统接地电阻不大于1Ω。
户外主接地网采用60x6mm热浸镀锌扁钢，室内接地极及设备接地采用40x4mm的热浸镀锌扁钢。
5、电缆及电缆设施
1电缆选型
低压动力电缆选用聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套铜芯阻燃电缆，其最小截面为2.5mm2，额定电压为0.6/1kV。
控制电缆选用聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯阻燃电缆或屏蔽阻燃电缆。
2电缆设施
SNCR系统内的电缆构筑物在0m以下以电缆沟为主，0m以上以架空电缆桥架为主。
电缆桥架全部采用镀锌线槽，电缆桥架的支吊架使用型钢现场制造，并刷防锈底漆和面漆。
电缆保护管采用镀锌线管。
3电缆防火阻燃措施
电缆防火阻燃设施将按照<<电力工程电缆设计规范>>（GB50217－94）及《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229－96）的要求进行施工。
三、脱硝控制系统
（一）监控系统
1、自控选择原则
根据SNCR系统整体工艺流程的特点，结合控制部分的技术要求，采用了PLC来监控整个SNCR系统。
考虑目前国家有关设计规范和行业标准设计规定，采用PLC控制系统对SNCR的工艺过程进行监视报警、过程控制和生产管理；在本装置区设置PLC系统实现本装置的数据采集、连续控制、程序控制等功能。
PLC系统采用近年发展的、具有开放性网络结构、支持OPC开放标准，具有先进可靠的硬件和软件，又有成熟、有效的高级应用软件包，可满足企业生产、控制优化管理的需要。
2、自控系统构成
控制和监视生产过程的PLC主要由操作员接口、过程接口、数据通讯系统三部分组成。
1操作员接口
操作员站具有下列操作功能，以便操作人员有效地对装置进行控制：
－总貌画面显示
－分组画面显示
－细目画面显示
－流程画面显示
－报警总貌画面显示
－窗口显示
2过程接口
－分散控制器能执行多种控制功能（包括顺控和逻辑控制功能）。
－多路转换器是以微处理器为基础，主要用于过程数据的接收和转换，其中包括热电偶和热电阻信号。
－控制器具有多种计算的能力，能够按照过程控制的要求，组态成高级控制算法和建立复杂的控制功能。
3数据通信系统
a、数据通信系统符合工业以太网协议，具有开放性，通信速度不低于10Mb/s，有长距离通信能力。
b、数据通信系统带有以下接口：
－工厂信息技术（IT）网络接口
－可编程序逻辑控制器接口
－系统接口
3、自控系统配置
为保证系统的可靠性和提高性价比，脱硝系统PLC采用以太网连接，储存系统、泵站模块及在线稀释计量分配模块直接接入PLC，并设有触摸屏进行控制。
A、PLC系统硬件配置
脱硝PLC系统硬件配置如下：
1现场I/O站：
1套
2报警系统：
1套
3PLC系统配套硬件：
1套
4端子柜及继电器柜：
1套
其中，PLC系统的数据采集和过程控制的输入/输出点配置余量为15%。
B、系统软件配置
PLC系统配套的应用软件应根据所采用的PLC系统进行配置，所配置的软件应能满足PLC系统的正常操作，并考虑与外部设备通信和管理维护用的软件。
PLC的最终配置待详细设计时确定。
（二）、仪表系统
1、仪表选型说明
1脱硝控制系统测温元件，采用Pt100热电阻。
2脱硝控制系统测压元件，采用智能型变送器。
3脱硝控制系统料位测量仪表，选用液位传感器。
4脱硝控制系统流量测量仪表，选用电磁流量变送器。
2、仪表系统设计原则
1工艺系统中在巡检人员需监视的地方，设有就地触摸屏，并配有防振动措施。
2就地设备、装置的硬接线接口信号为两线制传输，信号型式模拟量为4~20mADC或热电偶（阻），热电偶采用K分度，热电阻采用三线制，开关量信号为无源接点。
3所有测量点至一次隔离阀门采用的所有材料符合在安全运行条件下测量介质的要求。
与仪表及变送器连接的仪表管材质及壁厚与工质相适应，不得出现腐蚀或污染的现象。
4所有测量点和控制设备在P&ID图中均标示出，用于性能测试的测点有特殊标识。
5所有仪表与阀门的垫圈禁止采用铜质材料。
3、具体仪表的技术要求
1温度测量
●热电阻选用双支铂热电阻（分度号Pt100）及不锈钢保护套管。
●带刻度的双金属温度计只用于就地指示，精度不低于±1.5%，表盘尺寸为ø150mm，双金属温度计采用万向型，抽芯式。
●所有热电阻及热电偶其引出线有防水式接线盒，并根据管路来选择螺纹连接型或焊接型。
●测温元件安装的插入深度符合相应的标准。
2压力/差压测量
●为控制用回路的输入压力和差压设置测量和变送装置。
测点位置根据相应管路或容器的规范要求确定，并安装一次仪表阀、二次仪表阀、排污阀及管接头等。
●为所有烟气压力变送器和压力计提供吹扫空气，并在取样回路加装吹扫门。
按照有关热工仪表安装规程规定安装，并考虑防止积灰堵塞取样管的安装角度。
●差压型变送器能过压保护，以防止一侧的压力故障对其产生的损害。
●压缩空气的就地显示压力表选用Y-150型，其它介质的就地显示压力表选用耐腐防堵的YTP-150型，精度为1.5级。
●就地压力表设置在容易观察的位置，或成组安装在就地表盘上，刻度盘直径为150mm，接头为M20×1.5mm，精度至少为满量程的±1.5%。
3液位测量
●烟气脱硝系统的尿素溶液储罐的液位测量装置，选择满足耐腐蚀要求的液位传感器。
●尿素溶液储罐的液位测量能够进行远程信号传递和就地显示。
●去盐水罐液位测量采用合适测量方式，以保证其测量的可靠性与精确性，指示范围为整个水箱。
●对于腐蚀性介质，必须考虑到可靠性和抗腐蚀性的要求。
（三）、动力供应
可根据设备总容量由厂方就近接入。
（四）、仪表控制电缆及电缆敷设
自业主提供的电源接口起至脱硝装置本体上的电缆由我方设计并开列电缆清单。
供货的电缆，包括控制电缆、热电偶补偿电缆、电力电缆、通讯电缆及专用电缆等，所有电缆为阻燃电缆，具有较好的电气性能，机械物理性能以及不延燃性。
且能满足有关国际、国家规范和标准。
五、氧化脱硝系统
5.1臭氧系统
臭氧系统集成由臭氧发生器，控制系统、冷却水系统、检测仪器仪表等组成。
买方提供的氧气经露点检测后分别进入臭氧发生器、精密过滤器过滤、减压稳压后进入臭氧发生室。
在臭氧发生室内，部分氧气通过中频高压放电变成臭氧，产品气体经温度、压力、流量监测调节后由臭氧出气口产出。
臭氧发生室上设有臭氧取气口，通过在臭氧发生器配备的臭氧浓度检测仪在线监控臭氧发生器的出气浓度，通过控制系统计算出臭氧产量
臭氧发生器的进气管道上设计了安全阀，当系统压力超过设计值后开启，以保证系统工作安全。
臭氧车间安装臭氧泄漏报警仪及氧气泄漏报警仪，监测设备间内环境中臭氧及氧气泄露超标时报警。
臭氧发生器采用国际先进的高频放电技术，内部设有CPU核心控制，设计了软启动及软卸载功能，并可平滑调节臭氧发生器的投加功率，以达到10%-100%调节臭氧产量，
最大限度降低买方的运行成本。
臭氧发生器内的放电管留有10%的余量。
每台发生器的臭氧反应槽使用316L不锈钢材料制造，符合环保臭氧发生器相关标准。
5.1.1臭氧发生器设备描述
臭氧发生器的核心采用了先进的介质阻挡双间隙放电技术，原料气流经过绝缘介质与高压电极之间以及绝缘介质层和臭氧发生器罐体接地极之间的狭小间隙，两个环状间隙之间的高压电场双面放电，将通过的氧气转换为臭氧，臭氧产生效率高。
工业上一般采用电晕放电法制取，其原理：
在质量管理方面，本公司通过ISO9001手册建立了一套完善的质量管理体系。
本体系的建立监督了整个臭氧发生器系统的制造流程，确保了产品的质量和完善的售后服务。
（一）、大型臭氧优势
1、最低功耗：
实现每公斤5KW；功率15KW,浓度120mg/L;3公斤臭氧，
2、最高浓度：
实现220mg/L功率33KW;浓度220mg/L;功耗8.3KW/kg.产量4公斤
3、产量系列：
1公斤;2公斤;3公斤;4公斤;5公斤;10公斤；20公斤；30公斤；60公斤；120公斤；
（二）、大型臭氧优势
1、功耗低：
运行功耗6-8KW/公斤
2、浓度高：
运行浓度10%，最高浓度15%。
3、电源不用水冷：
变压器和IGBT温度都很低，自然风冷。
4、体积小：
比IGBT驱动体积小一倍。
5、电源效率高：
电源效率在98%以上。
6、可靠性强：
热是电源各种故障根源。
没有热就大大减少各种故障。
（三）、大型臭氧放电室技术方向
目前国际上大型臭氧放电室主要有两个路线：
搪瓷管间隙放电技术
瑞士奥宗利亚公司为代表
高硼硅石英管双放电技术。
德国威德高公司为代表
公司：
高硼硅双放电技术
高硼硅石英管外层：
间隙放电，获得高浓度
高硼硅石英管内层：
表面放电，获得低功耗
（四）、大型臭氧机放电室介绍
放电室：
1、自主研发内电极生产设备；
2、高精度网装内电极
3、网状内电极和316内电极融为一体。
4、全部放电金属材料均采用316L材质。
5、内有导气布局，增大臭氧浓度。
（五）、放电管比较
搪瓷管：
某全球第2大臭氧公司采用搪瓷管；
工作3年，搪瓷管需要更换量达到总数1/3;
高硼硅石英管：
威德高采用德国高硼硅石英管；寿命保10年不换。
（六）、大型臭氧电源技术趋势
大型臭氧电源包括大技术：
控制，驱动；逆变，谐振，反馈。
1、臭氧电源控制技术：
传统变频器（单方向）反馈控制
2、臭氧电源驱动技术：
可控硅，IGBT;
3、臭氧电源逆变技术：
A、硅钢片=中频变压器
B、铁氧体磁芯=高频变压器
4、臭氧电源谐振技术：
大部分没有该技术；漏感谐振
5、臭氧电源反馈技术：
一般没有该技术；变频跟踪
（七）、臭氧电源四大技术
IGBT控制；铁氧体磁芯变压器。
核心有四大技术
（1）零位开关技术（软开关技术）=IGBT冷开关
（2）漏感谐振技术===臭氧低功耗高稳定
（3）变频跟踪技术===始终保证臭氧电源高效率
（4）大功率技术===功率越大，效率越高，发热越小。
（八）、电源发热特性：
以传统100公斤臭氧实际800KW功率分析：
1、传统臭氧电源最高效率85%-90%：
电源柜产热量：
800KW*15%=120KW.800KW*10%=80KW
意味着有个大约100KW电热在电源柜中持续发热。
所以必须采取水冷，空调冷却都非常困难。
2、臭氧电源98-99%
电源柜产热量：
800KW*2%=1.6KW.800KW*1%=0.8KW
意味着只有1KW电热在电源柜中持续发热。
所以必须采取水冷，空调强制冷却都非常困难。
臭氧电源发热只有传统臭氧电源发热1%。
因而不需要水冷，也不要强制风冷，只需要电源柜本身风扇冷却即可。
3、电源零位开关技术：
IGBT在高频开关过程中，电流如果不在零位，将导致带电流关断。
因而会产生大量热量，导致IGBT发热。
在前几年没有采用零位开关技术时，我们测试IGBT温度能升高25-40度，而且IGBT电流选择比实际要高10倍以上。
才能保证IGBT不会烧坏。
电源采用零位开关技术后，IGBT温升很低，只有6-9度。
发热量大大降低。
IGBT电流选择只比实际高2-3倍即足够。
4、
升级会员 