SNCR+SCR脱硝方案.docx
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SNCR+SCR脱硝方案
100t/h循环流化床锅炉
烟气脱硝工程
技
术
方
案
（SNCR+SCR）
1项目概况
现有100t/h循环流化床锅炉2台。
据《GB13223-2011火电厂大气污染物排放国家标准》，NOx排放浓度必须满足当地环保要求，拟采用SNCR+SCR脱硝技术实施脱硝。
本脱硝系统设计脱硝处理能力锅炉最大工况下脱硝效率不小于80％，脱硝装置可用率不小于98%。
本项目工程范围包括脱硝系统的设计、设备供货、安装、系统调试和试运行、考核验收、培训等。
2技术要求
2.1设计原则
本项目的主要设计原则：
（1）本项目脱硝工艺采用“SNCR+SCR”法。
（2）本项目还原剂采用氨水。
（3）烟气脱硝装置的控制系统使用PLC系统集中控制。
（4）锅炉初始排放量均在400mg/Nm3（干基、标态、6%O2）的情况下，脱硝系统效率不低于80%。
（5）NH3逃逸量控制在8ppm以下。
（6）脱硝设备年利用按3000小时考虑。
（7）脱硝装置可用率不小于98%。
（8）装置服务寿命为30年。
2.2设计依据
锅炉参数：
锅炉类型：
流化床
锅炉出口热水压力：
烟气量：
100t/h锅炉烟气量：
260000m3/h
NOx含量：
400mg/Nm3
NOx排放要求：
小于100mg/Nm3
排烟温度：
150℃
烟气中氧含量：
8~10%
2.3设计规范
国家和地方现行的标准、规范及其他技术文件见下表：
GB13223－2011
《火电厂大气污染物排放标准》
YB9070—92
《压力容器技术管理规定》
GB50017－2003
《钢结构设计规范》
GB50052－95
《供配电系统设计规范》
GB50054－95
《低压配电设计规范》
GB50055－93
《通用用电设备配电设计规范》
GB50056－93
《电热设备电力装置设计规范》
CECS31：
91
《钢制电缆桥架工程设计规范》
GB50260－96
《电力设施抗震设计规范》
NDGJ91－89
《火力发电厂计算机监视系统设计技术规定（试行）》
GA/T75－94
《安全防范工程程序与要求》
GB50062－92
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
GB50034－92
《工业企业照明设计标准》
GB7450－87
《电子设备雷击保护导则》
SDGJ6－90
《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》
GB12348－90
《工业企业厂界噪声标准》
GBZ1-2002
《工业企业设计卫生标准》
HJ/T75-2007
《固定污染源烟气排放连续监测统技术规范》
GB4272-92
《设备及管道保温技术通则》
GB8175－87
《设备及管道保温设计导则》
GB50185－93
《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》
GB50009-2001
《建筑结构荷载规范》
GB5003-2001
《砌体结构设计规范》
GB50011-2001
《建筑抗震设计规范》
GB50191-93
《构筑物抗震设计规范》
GB50040-96
《动力机器基础设计规范》
JGJ107-2003
《钢筋机械连接通用技术规程》
GB50016-2006
《建筑设计防火规范》
GB50222-95
《建筑内部装修设计防火规范（局部修订条文）》
GB50207-2002
《屋面工程质量验收规范》
GB/T50105-2001
《建筑结构制图标准》
GB50013-2003
《采暖通风与空气调节设计规范》
GB50243-2002
《通风与空调工程施工质量验收规范》
GB50242-2002
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
GB50217-94
《电力工程电缆设计规范》
GB50057-94
《建筑物防雷设计规范》（2000年版）
GB14285-93
《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB50058-92
《爆炸火灾危险环境电力装置设计规范》
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》
GB1032-85
《三相异步电机试验方法》
NDGJ16-89
《火力发电厂热工自动化设计技术规定》（保留部分）
SDJ26-89
《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计技术规程》
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》
GB50202-2002
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》
GB50221—95
《钢结构工程质量检验评定标准》
GB50209—95
《建筑地面工程施工质量验收规范》
GB50205-2001
《钢结构工程施工质量验收规范》
JGJ82—91
《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规范》
GB50204—2002
《混凝土结构工程施工质量验收规范》
GB50207—2002
《屋面工程质量验收规范》
GB50212-91
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》
GBJl41—90
《给水排水构筑物施工及验收规范》
SD230—87
《发电厂检修规程》
HGJ229—91
《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》
SDJ66—82
《火力发电厂耐火材料技术条件与检验方法》
GB0198—97
《热工仪表及控制装置施工及验收规范》
GB50268-1997
《给水排水管道工程施工及验收规范》
SDJ69—87
《电力建设施工及验收技术规范》（建筑施工篇）
GB50168—92
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》
GB50169—92
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
GB50170—92
《电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范》
GB50171—92
《电气安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》
GB50172—92
《电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范》
GBJ147—90
《电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》
GBJl48—90
《电气装置安装工程变压器、互感器、电抗器施工及验收规范》
GBJl49—90
《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》
GB50256—96
《电气装置安装工程起重机电气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》
GB50231-98
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB50235-97
《工业金属管道工程施工及验收规范》
GB50236-1998
《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》
GB50270-98
《连续输送设备安装工程施工及验收规范》
GB50275-98
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》
GBJ149-90
《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》
HGJ209—83
《钢结构、管道涂装技术规程》
TJ231—78
《机械设备安装工程施工及验收规范》
JGJ8l—91
《建筑钢结构焊接规程》
JBl-3223—96
《焊条质量管理规定》
GB50150—91
《电气装置安装工程电器设备交接试验标准》
JJG617—96
《数字温度指示调节仪检定规程》
JJGl86—97
《动圈式温度指示调节仪表检定规程》
JJ674—92
《自动平衡式显示仪检定规程》
JJG351—96
《工作用廉金属热电偶检定规程》
JJG718—9l
《温度巡回检测仪检定规程》
JJG829—93
《电动温度变送器检定规程》
JJG882—94
《压力变送器检定规程》
行业标准、规范及其他技术文件见下表：
DL5000-2000
《火力发电厂设计技术规程》
DL5028-93
《电力工程制图标准》
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》
DLGJ158-2001
《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》
DL5027—93
《电力设备典型消防规程》
DL5002-93
《火力发电厂土建结构设计技术规定》
DL/T5094-1999
《火力发电厂建筑设计规程》
DL/5035-2004
《火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规程》
DL5053-1996
《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规范》
DL400-91
《继电保护和安全自动装置技术规程》
DL/T5153-2002
《火力发电厂厂用电设计技术规定》
DL/T5136-2001
《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》
DLGJ56-95
《火力发电厂和变电所照明设计技术规定》
DL/T620-1997
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
DL/T5137-2001
《电测量及电能计量装置设计技术规程》
DL/T5041-95
《火力发电厂厂内通信设计技术规定》
DL/T8044-2004
《电力工程直流系统设计技术规程》
DL/T50044-95
《低压配电设计规范》
DL/T5175-2003
《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》
DLl23—88
《火力发电厂热力设备和管道保温材料技术检验方法》
DL/T616—1997
《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》
DL5007—92
《电力建设施工及验收技术规范》（火力发电厂焊接篇）
DL5031—94
《电力建设施工及验收技术规范》（管道篇）
—92
《电力建设安全工作规程》（火力发电厂部分）
DL/T657-1998
《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》
DL/T658-1998
《火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程》
DL/T659-1998
《火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》
DL5017-93
《压力钢管制造安装及验收规范》
DL5033－1996
《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》
DL414－91
《火电厂环境监测技术规范》
DLGJ102－91
《火力发电厂环境保护设计规定（试行）》
电建（1996）671
《电力建设安全施工管理规定》
建质（1996）号
《火电工程启动调试工作规定》
电建（1996）666号
《火力发电厂工程竣工图文件编制规定》
电安生（1995）687号
《电力生产安全工作规定》
其他标准和规范
GBJ46—88
《施工现场临时用电安全技术规范》
电建（1995）543号
《电力建设文明施工规定及考核办法》
电建（1995）36号
《电力建设工程质量监督规程》
国务院第279号令
《工程建设质量管理条例》
HJ563-2010
火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法
3工作范围
3.1设计范围
烟气脱硝系统成套设备与界区外交接的公用工程设施（如水、电、气等），由业主提供，设备及系统所需的公用工程设施（水、电等）由业主引至界区外1米处，系统内除因增加脱硝系统而引起的锅炉相关设备的改造需由锅炉厂家配合设计和核算外，其他所有设备、管道、电控设备等全部由卖方设计并供货。
3.2供货范围
本项目工程范围包括脱硝系统的设计、设备供货、安装、系统调试和试运行、考核验收、培训等。
卖方负责提供一套完整的脱硝系统，供货范围包括所有工艺（机械）、电气、仪控的设备和材料。
脱硝系统分氨水溶液储存系统、溶液输送系统、炉前计量分配及喷射系统、反应器本体系统电气及控制系统。
系统安装、调试、试运行、培训等。
4技术方案
4.1技术原理
4.1.1SNCR技术原理
选择性非催化还原（SelectiveNon-CatalyticReduction，以下简称为SNCR）技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。
SNCR方法主要在850～1050℃下，将含氮的药剂喷入烟气中，将NO还原，生成氮气和水，如下图所示。
图4-1SNCR反应示意图
SNCR在实验室内的试验中可以达到90％以上的NOx脱除率。
应用在大型煤粉锅炉上，短期示范期间能达到75％的脱硝率，长期现场应用一般能达到30％～70％的NOx脱除率。
SNCR技术的工业应用是在20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的，在欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始SNCR技术的工业应用。
美国的SNCR技术应用是在90年代初开始的，目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。
SNCR技术有如下优点：
（1）脱硝效果满足要求：
SNCR技术应用在大型煤粉锅炉上，长期现场应用一般能够达到50％以上的NOx脱除率。
（2）还原剂多样易得：
SNCR技术中使用的脱除NOx的还原剂一般均为含氮化合物，包括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等）。
其中，实际工程应用最广泛，效果最好的是氨和尿素。
（3）无二次污染：
SNCR技术是一项清洁的脱硝技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成。
（4）经济性好：
由于SNCR的反应热源由炉内高温提供，不需要昂贵的催化剂系统，因此投资和运行成本较低。
（5）系统简单、施工时间短：
SNCR技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和喷射系统，主要设备包括储罐、泵、喷枪及其管路、测控设备。
由于设备相对简单，SNCR技术的安装期短，小修停炉期间即可完成炉膛施工。
（6）对锅炉无影响：
SNCR技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行改动，也不需要改变锅炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数不会有显着影响。
4.1.2SCR技术原理
选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction，以下简称为SCR）技术是目前降低NOx排放量最为高效，且是国内外应用最多最成熟的技术，脱硝率可达80％以上。
SCR烟气脱硝系统采用氨气作为还原介质。
SCRDeNOx装置的主要组成部分包括一个装催化剂的反应器，一个氨储罐和一个还原剂注入系统，国外较多使用无水液氨。
其基本原理是把符合要求的氨气喷入到烟道中，与原烟气充分混合后进入反应塔，在催化剂的作用下，并在有氧气的条件下，氨气选择性地与烟气中的NOx（主要是NO、NO2）发生化学反应，生成无害的氮气（N2）和水（H2O）。
主要反应化学方程式为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
选择性反应意味着不发生NH3与SO2的反应，但在催化剂的作用下，烟气中的少量SO2会被氧化成SO3，其氧化程度通常用SO2/SO3转化率表示。
在有水的条件下，SCR中未反应的的氨与烟气中的SO3反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4）与硫酸氨（NH4）2SO4等一些对反应有害的物质。
SCR技术有如下优点及缺点:
（1）脱硝效率高，一般可达80%以上，最大脱硝率可大于90%。
（2）工艺设备紧凑，运行可靠。
（3）还原后的氮气放空，无二次污染。
（4）烟气成分复杂，某些污染物可使催化剂中毒。
（5）烟气中的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降；
（6）系统中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的（NH4）HSO4或（NH4）2SO4。
（7）投资和运行费用较高。
4.1.3SNCR/SCR联合脱硝技术
SNCR/SCR联合脱硝技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逸出氨进行催化反应结合起来，从而进一步脱除NOx，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效脱硝率及低的氨逸出率有效结合。
理论上，SNCR工艺在脱除部分NOx的同时也为后面的催化法脱除更多的NOx提供了所需的氨，见图4-2。
图4-2SNCR/SCR联合技术示意图
SNCR/SCR联合工艺NOx的脱除率是SNCR工艺特性、氨的喷入量及扩散速率、催化剂提供的函数。
要达到75%以上NOx的脱除率和氨的逸出浓度在8ppm以下的要求，采用联合工艺在技术上是可行的。
然而，NOx的脱除率还必须同还原剂的消耗量和所需催化剂体积保持均衡。
在联合工艺的运行中，SNCR系统是在SNCR的温度窗口下喷入还原剂以逸出氨的产生模式运行的，还要求能调节这些逸出氨的量从而满足NOx总脱除率和氨的最低逸出浓度要求。
根据以上所述，联合工艺的特性直接取决于进入催化剂体内的氨与NOx分布情况，偏差较大的分布可能影响催化剂对整个运行的适应能力。
4.2工艺流程
4.2.1工艺描述
锅炉选用SNCR+SCR联合脱硝技术方案，采用氨水作为还原剂。
设置氨水储罐2台，氨水由氨水罐车运输至厂区氨水储罐，储罐设有不锈钢磁翻板液位计。
以便及时观察氨水液位状态。
在进行SNCR脱硝时，氨水输送泵将20%的氨水溶液从储罐中抽出，在静态混合器中和工艺水混合稀释成5~10%的氨水溶液，输送到炉前SNCR喷枪处。
氨水溶液在输送泵的压力作用下，通过喷枪时，经过空气雾化后，以雾状喷入炉内，与烟气中的氮氧化物发生氧化还原反应，生成氮气，去除氮氧化物，从而达到脱硝目的。
SNCR脱硝系统喷入过量的氨水经反应后溢出的氨气，进入SCR脱硝系统，在催化剂的催化还原下，过量的氨气与NOx进一步反应，从而达到进一步脱硝的效果，使NOx的排放达到100mg/Nm3以下，并使得氨逃逸低于8ppm。
本项目SNCR技术方案，选取最佳的温度窗口将氨水溶液喷入锅炉入口进行反应，并保证足够的穿透深度和覆盖面。
因后续还有SCR系统，故SNCR系统氨水用量考虑到SCR的用量，将SCR氨水用量一并计算在内，输送泵输送的氨水包括了SCR系统的氨水用量。
烟气脱硝系统构成包括：
●氨水溶液存储；
●氨水溶液输送系统；
●在线稀释系统；
●计量分配系统
●炉内喷射系统
●SCR反应器系统（反应器本体、吹灰系统、烟道接口）；
●催化剂；
●烟道及其附属系统；
●脱硝系统仪表；
●电气系统；
●附属系统（检修起吊设施、防腐、保温和油漆等）；
●其它（设备标识、安全标识、照明等）。
4.2.2SNCR系统组成
SNCR主要由氨水溶液存储系统，氨水溶液输送系统、稀释水系统、炉前喷射系统组成。
（1）氨水存储系统
氨水由氨水罐车运转至厂区，经由卸氨泵输送到氨水储罐，氨水罐顶部设有呼吸阀，顶部设有安全喷淋阀，氨水罐区设有围堰，以防氨水泄露。
本项目2台锅炉公用一套氨水存储系统。
主要设备说明：
1）卸氨泵2台，一用一备，电机功率3kw，304不锈钢材质。
2）氨水输送泵
氨水输送泵3台，2用1备，采用不锈钢离心泵，Q=2m3/h，H=130m。
3）稀释水泵
稀释水输送泵3台，2用1备，采用不锈钢离心泵，Q=2m3/h，H=130m。
4）氨水溶液储罐
用来储存10%—20%氨水溶液，2个，50m3。
储罐容量能够满足锅炉BMCR工况下至少3天需求量。
储罐采用碳钢防腐材料制造。
5）静态混合器
采用不锈钢材料。
6）稀释水箱
15m3，采用不锈钢材料。
（3）炉前计量分配及喷射系统（单元制）
本项目根据现有条件，每台炉设计一套计量分配系统；
初步考虑炉前喷射系统设计为2层，布置在锅炉二次风上方2米处，喷枪8只。
项目进行时，再根据条件进行CFD模拟计算，进一步优化设计。
经静态混合器混合稀释后的稀尿素与雾化介质混合后送到炉前喷射系统。
每台炉的喷射系统设有就地压力表和调节阀，用来控制喷枪的流量。
根据本项目的实际需要，喷射系统选择压缩空气雾化，法兰套管式安装。
4.2.3SCR脱硝系统组成
SCR系统一般由氨的储存和输送系统、氨与空气混合系统、氨气喷射系统、反应器系统、检测控制系统等组成。
而本项目因采取SNCR+SCR联合工艺，SCR脱硝所需的氨气由SNCR系统喷入过量的尿素产生，因此本工程SCR脱硝系统仅有反应器系统及检测控制系统等组成。
SCR系统设计原则：
1）每台锅炉配置1套SCR反应器本体设计。
2）反应器设置在锅炉出口与省煤器之间的高含尘段；
3）反应器内部易磨损的部位采取必要的防磨措施；
4）通过方案优化使烟气流经反应器阻力尽可能小；
5）反应器内部各类加强板、支架设计成不易积灰的型式；
6）反应器采取保温，使经过反应器的烟气温度变化小于5℃；
7）反应器设置足够大小和数量的人孔门；
8）在反应器出口设置一套取样口，用于抽取分析NOx和NH3逃逸情况；
9）反应器设计考虑内部催化剂维修及更换所必需的吊装方式及起吊装置；
10）SCR反应器能承受运行温度450℃不少于5小时的考验，不产生任何损坏；
11）催化剂层数选择蜂窝式催化剂。
SCR系统包含以下系统：
（1）反应器系统
在SCR反应器内，通过催化剂在合适的温度范围内使烟气中的NOx与NH3产生反应生成N2与H2O，从而达到除去烟气中的NOx的目的。
SCR反应器采用固定床形式，催化剂为模块放置。
反应器内的催化剂层数取决于所需的催化剂反应表面积。
典型的布置方式是布置三层催化剂层。
在最上一层催化剂层的上面，是一层无催化剂的整流层，其作用是保证烟气进入催化剂层时分布均匀。
通常，在第二层催化剂下面还有一层备用空间，以便在催化剂活性降低时加入第三层催化剂层。
SCR反应理想温度区间为350~450℃，是催化还原反应比较适合的温度区间，SCR反应器布置方案需从满足该温度区间要求的锅炉上级空预器尾部烟道侧引出烟道至SCR反应器，经SCR反应器进行催化还原反应后返回至空预器尾部烟道，并且进、出SCR反应器烟道之间需增加旁路挡板门及旁路烟道，以便SCR反应器旁路运行。
该布置需空预器尾部烟道有宽裕的高度空间，且SCR反应器需设置土建钢结构支撑，需要有较宽阔的地面空间。
本反应器采用二层催化剂，一层备用层，烟气经SNCR脱硝后，NOx排放浓度降至200mg/Nm3，再经SCR单层催化剂后，将NOx排放浓度降至100mg/Nm3，SCR的设计效率60%。
反应器的尺寸和布置采用催化剂模块的通用设计，在设计中综合考虑世界所有催化剂供货商的尺寸和荷载；可适用于不同种类，不同厂家的催化剂。
催化剂采用蜂窝式催化剂。
设计根据锅炉飞灰的特性合理选择孔径大小并设计有防堵灰措施，以确保催化剂不堵灰。
同时，催化剂设计将尽可能的降低压力损失。
催化剂模块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。
各层模块规格统一、具有互换性。
催化剂模块采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊，同时考虑钢结构框架的腐蚀。
催化剂能满足烟气温度不高于450℃的情况下长期运行，同时催化剂能承受运行温度450℃不少于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。
反应器内催化剂机械寿命为3年（按年运行小时数大于8000小时计）。
并有防止催化剂中毒和碎裂的措施。
（2）吹灰系统
吹灰器的数量和布置将催化剂中的积灰尽可能多地吹扫干净，尽可能避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降和反应器烟气阻力的增加。
声波吹灰器在烟道内部部分器件采用不锈钢材料，能在450℃高温环境中长期使用和工作。
吹灰介质采用主机提供的厂用空气。
声波吹灰器每30分钟发声10秒。
吹灰装置设在催化剂上部
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