thth链条层燃炉脱硝技术方案.docx
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thth链条层燃炉脱硝技术方案
10t/h、4×20t/h链条层燃炉
脱硝技术方案
1、10t/h、20t/h锅炉烟气概述
1.1燃煤质量状况
标识符号
指标名称
单位
实际指标
备注
R
燃煤发热量
大卡
5000
A
煤中灰分
%
22
S
燃煤全硫分
%
0.39
C
燃煤中碳含量
%
80
O
燃煤中氧含量
%
6
H
燃煤中氢含量
%
4
W
燃煤中水分
%
10
1.2锅炉概述
本方案设计锅炉型号为SZL10-1.25-AII和SZL20-1.25-AII。
额定蒸发量
10t/h
4×20t/h
给定值
额定工作压力
1.25MPa
给定值
给水温度
20℃
经验值
主蒸汽温度
320℃
经验值
空气温度
30℃
经验值
排烟温度
175℃
经验值
设计效率
78.2%
经验值
理论计算有效煤耗量
1650kg/h
4×3740kg/h
经验值
1.3锅炉烟气主要污染物设计参数
项目
单位
设计值
锅炉烟气流量
Nm3/h,干基
16000
37000
脱硝前NOx浓度(10%氧含量,NO2)
mg/Nm3
600
脱硝后NOx浓度(10%氧含量,NO2)
mg/Nm3
200
设计脱硝方法
SNCR
SNCR脱硝系统设计脱硝效率
%
67
1.4还原剂
类别
液氨
氨水
尿素
实用性比较
最低的运输费用;最少的存储空间;危险
较高的运输和存储费用;较高能量消耗
无危险;可用为固体运输,喷射前混合;较高的运输和存储费用;昂贵
脱硝还原剂主要集中在液氨、氨水和尿素三种材料,从场地情况来看,液氨和氨水系统的占地面积最大,尿素系统的用地面积最小;从固定投资投资(征地与系统投资)来看,氨水、热解法尿素制氨与水解法尿素制氨的氨区建设投资最高,液氨最低。
因此从经济性分析来看,液氨无疑是最好的,尿素次之,氨水最差。
而从安全性来考虑,尿素最好,氨水次之,而液氨最差。
综上所述,就性价比来看,推荐使用氨水做还原剂。
厂家附近若无氨水生产厂家,可选用尿素。
图1--不同温度下氨水与尿素的脱氮效率比较
1.5执行国家标准
GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》
1.6设计指导思想和原则
(1)贯彻业主提出的“布局合理、运行可靠、投资经济、指标先进、运行费用低”的设计指导原则。
(2)在稳妥可靠的前提下求先进、在合理配置的前提下求完善,通过多方案对比和优化设计,确保实现“低投资、低成本、高可靠性、高效益”的目标,保证本项目顺利达到设计指标。
(3)全面、认真研究本工程基础设计条件,充分结合有关水泥窑节能环保的工程经验,对设计方案进行优化提高,确保本工程建设工期最短、达标最快、工程投资最低。
工艺系统设计和设备、建筑结构选型,结合原生产线的设计特点,尽量利用原有设备和材料及建构筑物,贯彻技术先进成熟、安全可靠、经济合理的原则,改造工程量最小。
(4)积极贯彻执行国家和地区对环保、劳动安全、工业卫生、计量、消防等方面的有关规定与标准。
(5)严格执行环境保护政策,减少污染;烟气、废水、噪音等污染物的排放符合国家及地方的标准和规定。
(6)以国内成熟可靠的先进设备为主,科学、合理、有效地引进部分国外关键设备,确保系统整体装备水平处于领先地位。
(7)SNCR脱硝系统满足全天24小时连续运行,年运行时间大于8000小时;
(8)系统装置先进、安全、可靠、便于运行维护;观察、监视、维护简单、运行人员少;
(9)SNCR脱硝装置的调试过程(包括启/停和运行),不能影响水泥回转窑的正常工作;SNCR脱硝装置能快速启动投入,在负荷调整时有良好的适应性,在运行条件下能可靠和稳定地连续运行。
1.7可行性研究
1.7.1改造内容
1.本项目设计范围包括:
脱硝技改工程项目的可研报告编制、工程设计与施工、设备采购与供应、岗位培训、系统调试、试运行、考核达标运行等内容。
2.新增1×10t/h、4×20t/h链条层燃炉脱硝系统主要包括氨水储存系统(氨水储罐、储罐棚);还原剂提升系统(高位储罐、提升泵);喷射系统(喷射泵、喷枪、高压储罐、压缩气体控制系统);
自动化控制系统;
安全防护设施;
其他配套辅助设施。
3、土建工程:
新建综合楼100平方米,循环泵房等设备基础。
4、设备安装工程:
脱硝系统:
分解炉、卸氨系统、加压泵及控制系统、混合系统、分配与调节系统、喷雾系统、离心泵、脱氮系统、氨水储罐、储气罐、烟气在线检测系统
1.7.2环境保护
本项目主要污染物是废水及噪声。
废水循环利用,不外排,噪声采用封闭、减震、降噪措施后,可达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)Ⅱ类标准。
项目建设对周围环境不会造成污染。
1.7.3劳动定员与来源
本项目无新增劳动定员,原操作工经培训合格后上岗。
1.7.4项目实施进度建议
本项目建设期为75天。
1.7.5项目总投资
本项目总投资为303万元。
1.7.6研究结论
项目建成后,符合国家和地方战略部署和产业发展方面,具有较高的社会效益,本项目采用SNCR法脱硝,在工艺技术成熟、先进,节能效果显著,项目经济效益、社会效益较高,在技术上、经济上是可行的。
1.8SNCR脱硝方案性能指标
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
设计锅炉
t/h
10
20
2
NOx初始浓度(10%氧含量,NO2)
mg/Nm3
600
3
脱硝技术方法
SNCR(喷氨水)
4
设计总脱硝效率
≥67%
5
脱硝后NOx浓度(10%氧含量,NO2)
mg/Nm3
200
6
氨逃逸
mg/Nm3
≤10
7
装机功率
kW
约8
8
物料消耗
氨水(25%)
t/h
0.4
经验值
工业清水
t/h
0.4
9
压缩空气(0.4~0.8MPa)气耗
Nm3/h
≤200
10
占地面积
m2
约100
SNCR车间需要独立厂房
二、脱硝工艺方案说明
2.1总体工艺说明
脱硝技术路线采用选择性非催化还原系统(SNCR),脱硝还原剂为氨水溶液。
基本工艺路线为:
将氨水还原剂在炉膛合适温度窗口雾化喷入,使得还原剂与炉内烟气混合反应,从而达到降低烧成系统烟气中NOx的目的,在此过程中,还原剂的用量与实际排放的NOx实现在线反馈控制功能。
2.2工艺流程说明
2.2.1工艺原理
将氨水(质量浓度15%~20%)通过雾化喷射系统直接喷入合适温度区域,雾化后的氨与NOx(NO、NO2等混合物)进行选择性非催化还原反应,将NOx转化成无污染的N2。
当反应区温度过低时,反应效率会降低;当反应区温度过高时,氨会直接被氧化成N2和NO。
喷氨后炉内发生的化学反应有:
为了提高脱NOx的效率并实现NH3的逃逸最小化,满足以下条件:
在氨水喷入的位置没有火焰;在反应区域维持合适的温度范围;且在反应区域有足够的停留时间。
2.2.2选择性非催化还原技术的主要工艺流程介绍
外购氨水(20%~25%)由氨水槽罐车运输进厂,利用离心泵将氨水槽罐车的氨水直接泵送到氨水储罐,氨水储罐溢出的氨气进入氨水液封桶吸收后,吸收液再流送到氨水储罐。
氨水储罐配有压力感应系统,储罐内压力过高时,压力阀自动打开,经溢流槽进入地坑。
同时氨水储罐配有报警系统,一旦溢出防止器发送报警,灌装泵会自动停止,随氨水储罐配有围堰,溢出氨水进入围堰,经稀释后再利用。
灌装泵还配有紧急按钮,防溢一旦失效的情况下,紧急停泵。
出氨水储罐的氨水经氨水加压泵进入氨水计量系统,氨水流量根据现场检测的NOx排放数据,通过反馈系统自动调节和控制氨水喷射量,以保证脱氮效率的持续稳定。
SZL10-1.25-AII在炉上合适温度区均布设置2支喷枪,SZL20-1.25-AII在炉上合适温度区均布设置3支喷枪,经过计量后的氨水通过氨水分配系统分别进入喷枪系统。
喷雾系统采用专门用于脱硝的双流体雾化内混式喷枪喷嘴,喷嘴主要部件由310不锈钢制造而成,空气帽采用碳化钨材质,耐磨耐腐性能十分优越;喷嘴采用撞针破碎和雾化空气空气切割对还原剂进行雾化,将氨水雾化成平均粒径为几十微米的细小液滴,扩散角度大,保证了喷雾的覆盖率,以加强炉内烟气中的NOx与氨水液滴之间的汽液传质速率,从而加快反应速度,提高反应效率。
整个喷雾系统都有自反馈和自动调节功能,脱硝装置的喷氨水量需根据烟气流量、预热器出口NOx与O2浓度、脱氮效率等参数进行计算,在线控制与调节还原剂喷射量。
采用高性能的液体电磁流量计精确检测液体流量,并与控制器和其他相关设备联接。
采用流量计可以随时监控并显示系统实际喷量,同时如果泵/管道/元件出现意外时,系统马上会从流量的变化中得到相关信息给出警报并采取预先设定好的方案,系统使用方便、维护及时。
雾化空气单元主要是向喷枪输送用于雾化的高压气体和停机时向喷枪提供低压吹扫气体,该单元包括了减压阀、调节阀、压力传感器、压力表和手动阀等。
系统正常运行时气体压力控制在0.4Mpa,系统停机时(不喷雾时)压力控制在0.05Mpa用于向喷枪输送低压吹扫气体,防止喷枪堵塞。
脱硝区的卸氨泵组、氨水储罐、氨水加压泵组、氨水流量调节阀组布置在窑尾框架周边合适区域,氨水喷射系统布置于窑尾框架内。
脱氮区域配电室和控制室与主体工程合并,布置在烧成窑尾底层。
脱硝区域和氨储存制备区域管道通过管架辐射。
管道布置原则为有汽车通过的架空管道净空高度为5.5m,室内管道支架梁底部通道处净空高度为2.5m。
本项目压缩空气引自现有的压缩空气管道并网,SNCR系统自设储气罐,压缩空气离开储气罐后经气相三联体洁净处理后,按照雾化控制泵站的信号控制要求,依据雾化流量调整控制喷射所用的压缩空气流量经管路分配阀门输送至各喷枪待用。
所有的喷枪进口前设置压缩空气、氨水的压力表进行喷枪的雾化控制及分流使用。
喷枪设置水冷却装置,喷枪与管道之间采用金属软管连接,喷枪布置为可拆卸方式,现场设置喷枪支座,采用手工方式进行喷枪的拆装。
当喷枪检修或者不需要工作时,人工把喷枪从系统内抽出,临时放置在现场支架上。
喷枪清扫采用压缩空气进行。
系统控制主要信号为来自在线烟气监测仪的NO、O2排放浓度、窑系统的喂煤、喂料量等数据,作为环保监测及安全防护在氨水储存及泵送、控制泵站等节点位置设置氨气监测仪监测氨气的环境逃逸水平。
2.3主要设备说明
1)配置1个氨水存储罐,V=60m3。
一台卸氨泵。
用于还原剂的接收和储存:
固态或者液态的还原剂运输到厂进行接收及储存;
氨水存储罐上安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀,为储罐氨水泄漏保护所用。
储罐还装有温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器,将信号送到储氨区PLC控制柜,当储罐内温度或压力高时报警。
储罐上部设有遮阳蓬,同时氨区四周设置2.2m的围栏,当有微量氨气泄漏时可启动自动淋水装置,对氨气进行吸收,控制氨气污染,在冬季应考虑工业水喷淋管线及喷嘴设电伴热保温,确保正常运行。
为了保证喷淋水源的连续性,将设计备用水源与其切换。
2)废水坑及废水泵。
氨区设置废水坑1个,废水泵1台。
系统排入的废水由废水泵输送至厂区工业废水处理系统。
3)氨气泄漏检测器。
氨区周边设置氨气检测器,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,在脱硝装置公用系统控制系统和机组控制室会发出警报,就地发出声响、闪光警报,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。
电厂脱硝系统氨水储存及供应系统设在炉后,采取措施与周围系统作适当隔离,并设安全警告装置。
4)氨水循环泵3台,2台常用,一台备用。
出氨水储罐的氨水经氨水循环泵进入氨水计量系统,氨水流量根据现场检测的NOx排放数据,通过反馈系统自动调节和控制氨水喷射量,以保证脱氮效率的持续稳定。
5)固定式喷枪14套,20t/h锅炉每台3套喷枪设备,10t/h锅炉每台2套喷枪设备。
还原剂的雾化喷射:
选择合适位置注入稀释后的还原剂,通过调整合理的雾化控制要求及雾化点的设置,实现还原剂在高温脱硝区域的快速高效混合均化;
6)PLC控制柜一台。
控制系统能够完成整个脱硝装置内所有的测量、监视、操作、自动控制、报警及保护和联锁、记录等功能。
氨区的控制,主要实现氨水溶液的储存,以及氨水溶液输送过程的控制和提供监视及事故状况下的应急处理,
脱硝工艺的控制,主要实现NOx脱除浓度的控制及反应器运行参数的监视、吹灰控制,其主要控制对象包括氨水计量与分配控制、吹灰器、控制阀等。
烟气脱硝控制系统及仪表随脱硝工艺主系统配套供货。
对重要的、关键的系统设备,如国内产品暂不能过关或使用经验不足,建议进口国外合适的产品。
在系统调试期间,可通过大量工况试验,建立窑负荷与氨水喷射量的对应关系。
在正常运行期间,采取“查表”模型方法自动控制不同区域的喷射器投运与喷射流量。
并通过前馈控制参数(窑负荷和烟气生产率、窑尾的温度)以及反馈控制参数(NOx和NH3浓度)来进行连续不断的调整,以达到要求的NOx与氨水喷入控制值。
关于脱硝控制:
氨区采用远程I/O柜控制,接入脱硫系统DCS。
炉区控制和数据信号可纳入到各主机DCS系统,通过主机DCS系统的操作,可远程监视、控制脱硝过程。
2.4主要设备明细一览表
SNCR系统主要包括卸氨系统、氨水储存及液位检测、氨水加压控制系统、喷射系统和PLC控制系统等部分组成。
序号
子系统名称
技术参数
数量
单位
1
卸氨泵及阀组
组装
1
套
2
氨水储存罐
材质:
不锈钢304
1
个
3
氨水调配系统
组装
1
套
4
氨水循环泵
组装
3
台
5
雾化喷枪
过流部件:
不锈钢316
18
套
6
雾化控制系统
集成
1
套
7
压缩空气储罐
3立方,1.0MPa
1
台
8
电气控制柜系统(含电力、控制电缆及桥架)
集成
1
套
2.5建筑物及构筑物说明
2.5.1建筑
1)设计原则
建筑设计将严格遵照国家现行的建筑设计规范、标准,尽量采用新技术,新材料和先进可靠的建筑构造。
在建筑形象上充分考虑建筑的总体性和地方性,力求布局合理,造型美观,色彩协调,努力创造既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。
2)总体构思
根据本项目总体布局,功能分区明确等特点,设计将充分利用建设场地的自然地貌和气候特征,巧妙地运用建筑设计手法,使建筑物都具有良好的朝向及采光。
同时充分考虑新建建筑物与已有建筑物之间的联系,确保人员及设备交通顺畅、安全。
3)环境设计
考虑当地气温及气候特点,在建筑色彩方面力求和已有建筑物协调一致,美观统一。
4)建筑构造及做法
(1)屋面
本车间屋面排水均为无组织排水,压型钢板屋面坡度为10%。
房顶采用彩钢板封顶,屋面防水为压型钢板自防水。
(2)墙体
配合工艺和建筑要求,还原剂储罐区采用四周敞开式结构、阀组及泵房采用内外墙均采用压型钢板。
罐区部分封闭。
柱体采用钢结构、,以实现美观、缩短施工周期的需求。
2.5.2结构
1)基础设计
正常条件下,车间基础均可采用天然地基做独立基础、条基或整板基础,尽量浅埋,部分车间利用天然地基有困难时,可考虑采用桩基或桩墩(进行多种方案的技术和经济比较,选择最合理的地基处理方案)。
2)车间结构型式
(1)罐区厂房采用门式刚架结构。
(2)罐基础采用大块式钢筋混凝土基础。
抗震设防烈度严格按照国家地震局新颁布的《中国地震动峰值加速度区划图》及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录A。
3).地震
2.6电气及自动化控制方案说明
2.6.1概述
SNCR(选择性非催化还原降低氮氧化物系统)系统是应用于链条层燃炉,通过向分解炉喷射氨水的方式,旨在降低水泥厂烧成系统废气排放中氮氧化物的排放量,以减少对环境的污染的新型工艺应用方案。
本项目针对SNCR脱硝工艺而专门设计独立的电气自动化控制系统。
SNCR脱硝控制系统采用PLC控制系统,在现场有触摸屏实现本地操作,同时在中控室用工控机实现中控控制,中控工控机与现场PLC用总线通讯协议连接实现系统远程通讯。
本系统能实现自动调配,自动抽取,及氨水喷射及雾化调节的自动控制。
该控制系统包括了上位机、PLC控制柜、接线箱、及终端仪表(电动调节阀、压力表、流量计、液位计等)。
就地控制箱包括流量,压力的显示。
PLC控制柜对整个系统的控制,包括了对远程信号的接收、计算和传输。
所有信号都能在中控和本地显示,中控可实现对信号的处理,显示,报警,及显示报表信息。
系统通过气体分析仪检测NOx浓度,当系统检测到出口浓度与设定值不符时,在手动模式时,在现场可直接手动调节还原剂喷射量。
在自动模式时系统可以改变还原剂的喷射量使NOX浓度稳定在设定值范围内,使脱硝系统能跟随运行负荷变化而变化,使脱硝系统长期、稳定的安全运行。
三、设备选型説明
3.1选型原则
3.1.1可靠性
可靠耐用、满足系统长期运转性能要求,本项目采取在同类工程中经过实践考验和时间验证的知名设备品牌。
3.1.2实用性
根据各个项目的实际基础条件的不同,选择符合项目实际需求。
满足性能要求的使用设备。
本次设备选择进行准确核算和度量,考虑设备自身的性能实现的可能性,充分考虑系统运行。
3.1.3适应性
本系统的运行满足指标会有阶段性的变化,以后会出现更加严格的指标控制要求,所以本次选型充分考虑到此方面原因,选型过程核算了设备自身要适应更加严格指标的设计能力,进行了恰当的选型考虑。
3.2.选型依据
3.2.1系统工艺计算书;
3.2.2上述的选型原则
3.2.3国家相关的设计规范和标准;
3.3主要工艺设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
生产厂家
1
氨水溶液储存系统
1.1
氨水储存罐及配套设施
60m3(304ss)
套
1
丹阳同泰
1.2
液位计
0~6m
个
1
上海飞卓
1.3
液位变送器
0~6m
个
1
上海飞卓
1.4
阀门设备
304ss
套
1
河北远大
2
氨水加注泵模块
2.1
氨水卸载泵
Q=25m3/hH=24m
2.2kw
套
1
南方泵业
2.2
阀门设备
304ss
批
1
河北远大
3
氨水输送泵模块
3.1
氨水输送泵
Q=1.8m3/hH=128m
台
3
南方泵业
3.2
压力表
0~1.6MPa
套
1
上海仪表
3.3
压力变送器
0~1.6MPa
个
2
ABB
3.4
流量计
0~2m3/h
个
2
上海飞卓
3.6
氨水管道
304ss
批
1
外购
4
喷射模块
4.1
喷枪
FM
套
14
知名品牌
4.2
喷枪连接配件
软管
套
52
通达
4.3
喷枪固定套管
DN120
套
52
-
4.4
压缩空气管道
批
1
外购
4.5
氨水溶液管道
304ss
批
1
外购
4.6
阀门设备
304ss
批
1
河北远大
5
给料分配系统
5.1
压力表
0~1.0MPa
批
1
上海仪表
5.2
球阀、单向阀、过滤器
304ss
批
河北远大/无锡伊诺特
5.3
氨水溶液管道
304ss,DN20
批
1
外购
5.4
压缩空气管道
DN20
批
1
外购
6
控制系统
6.1
控制管理模块(含PLC)
S7-200
套
1
西门子
6.2
设备控制柜
套
1
中材组装
7
电缆桥架
7.1
控制电缆
国产知名品牌
套
国产
7.2
电缆桥架及其辅材
镀锌桥架
批
1
国产
7.3
照明灯具
防爆灯
批
国产节能产品
3.4SNCR系统原料及公用工程消耗
序号
项目
单位
消耗量
用户
备注
1
氨水
Kg/h
400
还原反应区
最大用量
3
电(380v,50Hz)
Kwh
5
专用风机
4
电(220v,50Hz)
Kwh
3
仪表及控制系统
6
水
L/h
400
系统补水
最大用量
3.5报价表
序号
设备名称
型号及规格
原产地和制造商名称
单位
数量
单价(万元)
合价(万元)
1
卸载泵
Q=25m3/hH=24m
2.2kw
格兰富
套
1
0.6
1.8
2
氨水溶液贮罐
V=60m3,Φ4.5m×5mH,材质:
304SS,壁厚5mm
国产
台
1
30
30
3
地坑泵
Q=10m3/h,扬程40mH2O,电机15Kw
国产
台
1
0.6
0.6
4
输送循环泵
Q=5m3/hH=150m材质:
304SS功率6KW
格兰富
台
3
1.2
3.6
5
稀释水泵
Q=8m3/hH=150m材质:
304SS电机功率5.5KW
国产
套
1
0.6
0.6
6
计量模块
国产
套
5
10
50
7
分配模块
国产
套
5
15
75
8
固定式喷枪
带快速接头及金属软管等,316L
进口
套
14
4.3
60.2
9
平台扶梯
国产
t
1
0.5
0.5
10
球阀
DN80PN1.0MPa304SS
国产
个
25
0.09
2.25
11
球阀
DN65PN1.0MPa304SS
国产
个
15
0.07
1.05
12
球阀
DN50PN1.0MPa304SS
国产
个
15
0.05
0.75
13
球阀
DN15PN1.0MPa304SS
国产
个
30
0.02
0.60
14
止回阀
DN65PN1.0MPa304SS
国产
个
15
0.06
0.90
15
篮式过滤器
DN80PN1.0MPa304SS
国产
个
15
0.1
1.5
16
背压阀
国产
个
1
0.05
0.05
17
洗眼器带冲淋器
套
1
0.03
0.03
18
喷淋装置
国产
套
1
0.1
0.1
19
氨气泄漏检测器
国产
套
1
0.6
0.6
20
稀释水罐
20m3
个
1
2.5
2.5
21
PLC控制系统
GE新华
套
1
37
37
22
火灾报警系统
与主厂房一致
套
2
0.5
1
23
电磁流量计
罗斯蒙特
台
2
1.2
2.4
24
压力变送器
罗斯蒙特
套
2
0.6
1.2
25
热电阻
上仪/川仪/苏仪
台
5
0.