油气锅炉低温SCR脱硝方案doc.docx
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油气锅炉低温SCR脱硝方案doc
石化烯烃装置锅炉
烟气处理低温脱硝项目
技术方案
中石化宁波设计院
2015年6月10日
1、项目概况
3台油气锅炉烟气脱硝装置，根据目前脱硝技术的发展现状及我公司成熟的技术、设计和实际工程经验，针对本项目的具体情况，采用低温脱硝工艺，反应器布置在空气预热器之前。
考虑到厂内具体情况、还原剂的储运方便、安全，拟采用20%左右的氨水为还原剂。
本方案为初步技术方案，供业主参考。
2、烟气基本参数
脱硝进口烟气参数
单台（共2台）
烟气量
³
200000
240000
入口温度
℃
180
180
二氧化硫
³
50
50
氧含量
%
氮氧化物
³
50
50
烟尘浓度
³
小于30
小于30
3、烟气排放标准及设计要求
排放标准执行最新超低排放；
二氧化硫503；
氮氧化物503；
粉尘303；
（1）本项目采用低温工艺，脱硝工艺要适用于工程己确定的烟气条件，并考虑烟气变化的可能性；
（2）使用20%氨水作为脱硝还原剂；
（3）烟气脱硝装置的控制系统可进入主机控制系统，也使用系统单独控制；
（4）烟气脱硝效率≥88%；
（5）3逃逸量控制在5以下；
（6）脱硝装置可用率不小于98%，服务寿命为20年；
（7）采用成熟的工艺技术，设备运行可靠；
（8）根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资；
（9）脱硝工艺脱硝还原剂、水和能源等消耗少，尽量减少运行费用；
（10）烟气脱硝不能影响原系统出力及正常运行，同时，脱硝系统应具备单独运行、单独检修的要求。
4、烟气处理流程
5、脱硝工艺
工艺系统主要包括烟道系统、反应器、氨喷射系统、氨储存制备供应系统、声波吹灰系统等，下面将分别进行描述。
5.1脱硝系统
5.1.1脱硝原理
的全称为选择性催化还原法（）。
催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的（、2），将转化非污染元素分子氮（N2），与氨气的反应如下：
4+43+O2→4N2+6H2O
62+83→7N2+12H2O
系统包括催化剂反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。
工艺的核心装置是催化剂和反应器，有卧式和立式两种布置方式，一般采用立式较多。
5.1.2反应器本体
反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
脱硝效率与以下因素有关：
●催化剂质量；
●反应温度；
●停留时间；
●氨氮比；
●氨气与烟气混合均匀程序；
●烟气在反应器内分布均匀程度。
为达到较高的脱硝效率，设计每个功能段时必须考虑以上因素，每个环节均优化设计。
在本项目中，设计进入系统的烟气温度为180℃。
5.1.3喷氨格栅或氨水专用喷枪
喷氨段内安装有喷氨格栅，喷氨格栅上安装有喷氨专用喷嘴，喷氨格栅不仅能将氨气均匀喷入烟气中，而且还有良好的初步混合效果。
只有喷氨格栅喷出的氨气均匀，后面的混合器的混合效果才能好。
5.1.4氨气/空气混合器
为使氨气与烟气混合均匀，在喷氨格栅后安装有混合器，混合器采用多层纵向折流板形式，通过折流板的扰流，使烟气与氨气充分混合均匀。
混合器依据数值模拟计算结果进行设计，保证氨气混合效果。
5.1.5整流器
混合好氨气的烟气在反应器内的分布均匀程序不仅影响脱硝效率，也影响到氨的逃逸浓度。
烟气流速高区域烟气停留时间短，脱硝效率低、部分氨气无法反应而逃逸，虽然烟气流速低区域脱硝效率高，但在烟气分布不均匀时，则总体脱硝效率则低、氨易逃逸。
立式反应器上方烟气流向需要转90°角度，均流器前烟道不仅短，而且也有多个影响气流的局部构件。
安装均流器空间小，为使进入催化剂层的烟气分布均匀，均流器采用导流板加均流格栅板形式，导流板和格栅板依据数值模拟计算结果进行设计。
保证进入催化剂层的烟气流速均匀程度σ<0.2。
5.1.6催化剂
目前常用的催化剂形式主要为蜂窝式和板式。
（1）蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式，其特点是单位体积的催化剂活性高，达到相同脱硝效率所用的催化剂体积较小，适合灰分低于303，灰粘性较小的烟气环境。
（2）板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。
板式催化剂以金属板网为骨架，比表面积较小。
此种催化剂的特点是：
具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性，适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。
缺点是单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大，使用的钢结构多。
考虑到本项目的废气气量小而且其中少量颗粒物，气体堵塞催化剂孔道和冲刷磨损催化剂作用较小，所以本工艺采用的催化剂形式是蜂窝状整体催化剂。
催化剂尺寸：
150×150×800。
本工程共配置一台反应器，每台反应器设计三层催化剂层（2＋1层），其中上层为预留层。
烟气竖直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器入口及出口处均设置导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。
反应器内部各种加强板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。
反应器设置有足够大小和数量的人孔门。
反应器配置了可拆卸的催化剂测试元件。
反应器能承受运行温度低于300℃长期运行的考验。
脱硝催化剂主要性能参数见下表：
项目
单位
单台203（2台）
203
数据
数据
性能保证
脱硝效率
%
>88
>88
化学寿命期内2氧化率
%
＜1
＜1
化学寿命期内3逃逸率
≤5
≤5
允许运行温度内化学寿命
h
≥24000
≥24000
设计运行温度
℃
≥180
≥180
偏差范围
催化剂允许最大温升速度
℃
5
5
催化剂允许最大温降速度
℃
5
5
入口要求烟气速度偏差
%
10
10
入口要求烟气温度偏差
℃
5
5
入口要求烟气氨氮混合偏差
%
10
10
反应器及模块设计参数
反应器数量
个
1
1
每反应器初装催化剂层数
层
2
2
每反应器备用催化剂层数
层
1
1
催化剂用量
m3
46.66
58.32
反应器尺寸
××
5900×6100×9000
7500×6200×9000
还原剂用量
每小时20%氨水用量
180
210
5天20%氨水体积
m3
23.6
28
5.1.7催化剂再生系统
由于烟气中含有一定量的2。
由于采用低温催化剂的脱硝温度较低，仅为180℃左右，因此脱硝过程中会有生成硫酸氢铵的风险，硫酸氢铵覆盖在催化剂表面，会导致催化剂的失活。
目前催化剂的设计中已考虑到抑制2转化为3的催化活性，能防止生成硫酸氢铵的生成。
且尾气中的2含量较低为503，但是硫酸氢氨是一个富集的过程，因此需要考虑生成硫酸氢铵的问题。
因此根据低温脱硝的特点，增加设计催化剂活性恢复系统。
催化剂活性恢复采用加热分解硫酸氢铵的方式。
采用一台热风炉，加热空气至350-400℃，送入到脱硝反应器中。
从脱硝反应器出来后，热空气的余热用来加热进入热风炉的新风，达到节能的作用，最后，加热气体通过烟囱排入大气。
在催化剂活性恢复过程中，首先关闭脱硝反应器入口挡板门和出口挡板门，锅炉烟气从旁路进入到烟囱排放。
此时，开启脱硝反应器入口处的活性恢复热空气阀门和出口处的热空气排放阀门。
正式启动加热风机，风机风量设计为200003，从风机出来的风首先经过气气换热器，升温至约200℃，然后进入热风炉，热风炉燃料采用天然气，经天然气燃烧加热，使热风温度上升至350℃，进入到脱硝反应器中。
脱硝反应器中的催化剂经热空气加热，逐渐温度也上升至350℃，附着在催化剂表面的硫酸氢铵逐渐分解，分解后的H24、3跟随热空气排出脱硝反应器，进入气气换热器，加热新的空气，温度降至约100℃，然后再接入脱硝反应器后的烟道，从烟囱排入大气。
根据目前实验室数据，催化剂活性恢复工艺时间先设置为12小时，即每次启动运行12小时，停止恢复活性操作。
此后重新开始正常的脱硝流程。
暂定1年用一次，恢复时间可根据现场实际运行情况经检测后进行调整。
5.1.8还原剂溶液储存和输送系统
氨水储存区采用室外布置。
氨水的供应由槽车运送，利用卸氨泵将氨水由槽车输入氨水储罐内，然后由氨水输送泵将其输送至氨水蒸发器内蒸发为氨气，经氨气缓冲罐送达脱硝系统。
氨气系统安全阀等处排放的废氨气则排入氨气稀释罐中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理中心。
氨水存储制备系统包括卸氨泵、氨水储罐、氨水蒸发器、氨水输送泵、氨气缓冲罐及氨气稀释罐、废水泵、废水池等。
5.1.8.1卸氨泵
卸氨泵采用卧式单级离心泵，利用它将氨水由槽车泵入氨水储罐内。
本方案设2台卸氨泵，其中1台作为备用。
5.1.8.2氨水储罐
氨水储罐为圆柱形立式常压储罐。
160的锅炉各设置1只23.6m3的氨水溶液罐，220的锅炉设置1只28m3的氨水溶液罐，满足5天的系统用量要求。
氨水储罐由304制作。
储罐基础采用现浇钢筋砼基础，天然地基。
罐的厚度及强度设计考虑现场其他情况变量包括地震带，风载荷和温度变化等。
储槽罐装有温度计、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，当储罐内温度或压力高时报警。
储罐有防太阳辐射措施，四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储罐罐体温度过高时自动淋水装置启动，对罐体自动喷淋减温。
5.1.8.3氨水蒸发器
氨水蒸发所需要的热量采用蒸汽加热来提供热量。
蒸发器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（0.3），则切断氨水进料。
在氨气出口管线上装有温度检测器，当温度过低时切断氨水，使氨气至缓冲罐维持适当温度及压力，蒸发器也装有安全阀，可防止设备压力异常过高。
氨水蒸发器按照在工况下120％容量设计，本方案每台锅炉配一台氨水蒸发器。
5.1.8.4氨气缓冲罐
从蒸发器蒸发的氨气流进氨气缓冲罐，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的氨气/空气混合器。
氨气缓冲槽能满足为系统供应稳定的氨气，避免受蒸发器操作不稳定所影响。
缓冲罐上也设置有安全阀保护设备。
本方案设置1个氨气缓冲槽。
5.1.8.5氨气稀释罐
氨气稀释罐用于吸收各氨设备通过安全阀排放的氨气。
氨气稀释罐为一定容积水罐，水罐的液位由满溢流管线维持，稀释罐设计连结由罐顶淋水和罐侧进水。
制氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从吸收槽底部进入，通过分散管将氨气分散进入稀释罐水中，利用大量的水来吸收安全阀排放的氨气。
由于氨气危害很大，需要对排放的氨气进行吸收稀释处理。
本方案设1个氨气稀释槽。
5.1.8.6氨气泄漏检测器
氨水储存制备及供应系统周边设有多个氨气检测器，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，操作人员可采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。
5.1.7.7排放系统
氨水储存制备及供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，由氨气稀释罐吸收成废氨水后排放至废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理中心。
5.1.8.8氮气吹扫系统
为保证氨气储存及供应系统的严密性，防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸。
本系统的氨水蒸发器、氨气缓冲罐等都备有氮气吹扫管线。
在进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，防止氨气泄漏和与系统中残余的空气混合造成危险。
5.1.8.9氨水储存制备和供应控制系统
氨水储存制备和供应控制由（）实现。
所有设备的启停、顺控、连锁保护等都可以从（）实现，设备及有关阀门启停开关还可通过盘柜硬手操实现。
对氨水储存和供应系统故障信号实现控制室报警光字牌显示。
此系统所有的监测数据都可以在上监视，系统连续采集和处理反映氨水储
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