SCR脱硝方案氨水修订版.docx
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SCR脱硝方案氨水修订版
SCR脱硝方案氨水
Documentnumber:
PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
SCR烟气脱硝项目
技术方案
2016年7月
技术方案
1总则
本技术文件仅适用于烟气脱硝技改项目，它包括脱硝系统正常运行所必需具备的工艺系统、控制系统的设计、设备选型、采购、制造、运输、设备供货、脱硝系统的安装施工及全过程的技术指导、调试、试运行、人员培训和最终的交付投产。
土建设计及施工由招标方负责，由投标方提出土建条件资料。
本技术文件提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范条文，投标方保证提供符合国家或国际标准和本技术规范书要求的优质产品及其相应的服务，对国家有关安全、环保、劳卫、消防等强制性标准将满足其要求，同时确保达到招标技术条件书要求的指标值。
当投标方执行招标技术条件书所列标准（所列标准如有更新版本，以最新版本为准）有矛盾时，按较高标准执行。
技术合同谈判将以本技术文件书为蓝本，经修改后最终确定的文件将作为技术协议书，并与商务合同文件有相同的法律效力。
双方工作语言为中文，所有的技术条件书、文件资料均为中文。
本技术文件未尽事宜，双方协商解决。
2工程概况
锅炉主要参数
锅炉类型
链条炉
额定蒸发量
35t/h
省煤器出口烟气温度
M350°C（暂定）
烟气中NOX含量
W600mg/m3（暂定）
烟气中含水量
2%（暂定）
空气中氧含量
11%
烟气量
105000m3/h
备注：
NOx计算均已N02计算
脱硝工艺方案
锅炉脱硝装置分别采用选择性催化还原法（SCR）工艺做脱硝设计方案。
性能保证要求：
当装置进口烟气中NO•、:
的含量不大于600mg/m3时，保证脱硝装置出口烟气中NO,含量不大于200mg/m3o
2.3.1本工程为设计、供货、安装、培训、调试及交付使用等为一体的总承包项目。
招标方提供电源、气源、水源、热源至脱硝区域10米范围内。
2.3.2投标方提供详细的供货清单，但不局限于供货范围内所列设备和系统。
对于属于整套设备运行和施工所必需的部件，即使本文条款中未列出或数量不足.投标方仍须在执行合同时补足。
2.3.3投标方提供检修所需的专用工具、随机备品备件。
3设计采用的标准和规范
脱硝装置的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等符合相关的中国法律及规范。
对于标准的采用符合下述原则：
（1）与安全、环保、健康、消防等相关的事项执行中国国家及地方有关法规、标准；
（2）设备和材料执行设备和材料制造商所在国标准；
（3）建筑、结构执行中国电力行业标准或中国相应的行业标准。
脱硝工程设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、性能考
核、最终交付中采用的所有标准、规定如下:
GB50054-95
《低压配电设计规范》
GB50034-92
《工业企业照明设计标准》
GB13223-2003
《火电厂大气污染物排放标准》
GB12348-90
《工业企业厂界噪声标准》
GB16297-1996
《大气污染物综合排放标准》
HJ/T75-2001
《火电厂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》
GB50221—95
《钢结构工程质量检验评定标准》
GB50205-2001
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50212-91
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》
HGJ229—91
《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》
GB0198—97
《热工仪表及控制装置施工及验收规范》
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》
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》
GB50275-98
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》
HGJ209—83
《钢结构、管道涂装技术规程》
JGJ81—91
《建筑钢结构焊接规程》
DLGJ158-2001
《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》
4烟气脱硝工艺方案
脱硝工艺的简介
有关NO,的控制方法从燃料的生命周期的三个阶段入手，限燃烧前、燃烧中和燃烧后。
当前，燃烧前脱硝的研究很少，几乎所有的形容都集中在燃烧中和燃烧后的NO、：
的控制。
所以在国际上把燃烧中N0＜的所有控制
措施统称为一次措施，把燃烧后的NO：
控制措施统称为二次措施.又称为烟气脱硝技术。
目前普遍采用的燃烧中NOx控制技术即为低NO,燃烧技术，主要有低N0：
、：
燃烧器、空气分级燃烧和燃料分级燃烧。
应用在燃煤电站锅炉上的成熟烟气脱硝技术主要有选择性催化还原技术（SelectiveCatalyticReduction,简称SCR）、选择性非催化还原技术（SelectiveNon-CatalyticReduction,简称SNCR）以及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。
SCR烟气脱硝技术
近几年来选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）发展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用，目前催化还原烟气脱硝技术是应用最多的技术。
1）SCR脱硝反应
目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。
此两种法都是利用氨对N0,的还原功能，在催化剂的作用下将N0、：
（主要是N0）还原为对大气没有多少影响的N：
和水。
还原剂为N氐其不同点则是在尿素法SCR中’先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器.它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解岀来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。
尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为
NH：
CONH：
+H[Ot2NH3+CO：
在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合.最后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。
典型的SCR反应原理示意图如下：
SCR反应原理示意图
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4N0+4NH3+02^3N2+6H20
6N0+4NH3-^5N2+6H20
当烟气中有氧气时，反应第—式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。
在锅炉的烟气中，NO?
—般约占总的NO,浓度的5%,NO：
参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2^3N2+6H2O
6N0：
+8NH3->7N2+12H：
O
上面两个反应表明还原NO：
比还原NO需要更多的氨。
在绝大多数锅炉烟气中，NO：
仅占g总量的一小部分，因此NO：
的影响并不显着。
SCR系统NO,脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NO,反应。
有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。
一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。
但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NO、：
脱除率，就必须增加反应器中NH/NO•、:
摩尔比。
当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时.就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。
从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2）SCR系统组成及反应器布置
在选择催化还原工艺中，MX与NHs在催化剂的作用下产生还原。
催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。
催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。
如下图所示：
SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、
反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等组成。
下图为典型
SCR烟气脱硝工艺系统基本流程简图：
锅炉脱硝系统装置的基本流料
SNCR烟气脱硝技术
选择性催化还原脱除NO、：
的运行成本主要受催化剂寿命的影响，一种
不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人，这就是选择性非催化还原技术。
该技术是用nh$、尿素等还原剂喷入炉内与no,进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。
还原剂喷入炉膛温度为850~1100C。
的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成融并与烟气中的NQ：
进行SNCR反应生成血该方法是以炉膛为反应器。
研究发现，在炉膛850-1100C0这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NHs或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NO打基本上不与烟气中的6作用，据此发展了SNCR法。
在850-1100C0范围内.册或尿素还原NO,的主要反应为：
NHs为还原剂
4NH3+4NO+O：
->4汕+6H：
0
尿素为还原剂
NO+CO（NH：
）2+1/20：
t2N；+C0：
+H：
0
当温度高于1100C。
时，NHs则会被氧化为
4NH3+502-^4N0+6H:
0
不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。
NHs的反应最佳温度区为8501100C°o当反应温度过高时，由于氨的分解会使NO’还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使N0=
还原率降低。
NHs是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。
引起SNCR系统氨逃逸的原因有两种，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NO：
：
的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。
还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NO’在炉膛内的分布经常变化，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨分布不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。
在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。
为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NHs量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NHs与烟气良好地混合。
若喷入的曲3不充分反应.则逃逸的NHs不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上而且烟气中NHs遇到SO3会产生（NH^SO,易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。
SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%-40%.受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NO.、：
燃烧技术的补充处理手段。
采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂，值得注意的是，近年的研究表明，用尿素作为还原剂时.NO,会转化为NQN£会破坏大气平流层中的臭氧，除此之外，N：
0还被认为会产生温室效应，因此产生心0问题己引起人们的重视。
综上所述.SCR脱硝工艺技术先进，工艺成熟.经济合理，工业业绩居多，脱硝效率高，拟选用目前效率最高的SCR技术。
5工艺系统说明
SCR脱硝系统由三个子系统所组成，SCR反应器及附属系统、氨储存处理系统和氨注入系统。
氨的储存系统
（1）系统组成
氨水储存系统包括卸料泵、氨水储罐等。
（2）工艺描述
还原剂（氨）用罐车运输并在储罐储存。
市场购买的还原剂（氨水浓度15%），供应商用罐装车运输，送往氨贮存场地，通过氨卸料泵输送储槽中贮存。
使用时，储存罐中的氨水由输送泵送到蒸发器中。
锅炉SCR烟气脱硝系统物料平衡计算，计算结果如下表所示。
表5-1物料平衡计算表
参数
数值
还原剂类型
氨水
纯度（%）
15
脱硝效率（％）
84
氨逃逸（ppm）
3
催化剂寿命（小时）
24000
设备年运行时间（小时）
8000
NH3水耗量（kg/h）
136
年耗NH3（t/a）
1088
（3）主要设备选型
•氨水卸料泵
氨水卸料泵为离心泵，系统设置二台卸料泵.一台运行，一台备用。
•氨水储槽
本工程设置1台氨水储罐，供2台炉使用。
氨水储罐的最大充装量为63m3o储氨罐可供应2台炉设计条件下，每天运行24小时，连续运行10天的消耗量。
氨水储罐上安装有逆止阀做为储罐安全运行保护所用。
储罐还装有温度计、液位计和相应的变送器将信号送到主体机组DCS/PLC控制系统。
储罐四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当出现氨泄漏时用来吸收挥发的氨气。
氨注入系统
（1）系统组成
氨注入系统包括氨水输送系统、氨蒸发器（成套设备）、离心通风机、
（2）工艺描述
储罐里的氨水靠输送泵输送到蒸发器，在蒸发器内（通过蒸汽加热）将氨蒸发.每个蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在W2血
/cm2o当出口压力超过2kg/cm2时，切断节流阀，停止氨水供应。
从蒸发槽蒸发的氨气通过氨气输送管道送至每一台炉的SCR反应装置旁。
再用空气稀释高浓度无水氨到5%,这样氨/空气混合物安全且不易燃。
通过装在SCR入口烟道内的氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。
（3）主要设备选型
•氨水蒸发槽（成套设备）
氨水蒸发所需要的热量由低压蒸汽提供。
蒸发槽装有安全阀，可防止设备压力异常过高。
氨水蒸发槽面积按照在BMCR工况下单台机组100%容量设计。
每台蒸发能力：
300kg/ho
•稀释风机
喷入锅炉烟道的氨气为空气稀释后的含5%左右氨气的混合气体。
所选择的风机满足脱除烟气中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。
稀释风机两台按一台100%容量（一用一备）设置。
每台风机的风量:
1000m3/h,风压:
7000Pao
•氨/空气混合器
为了实现氨和稀释空气的充分、均匀的混合，本工程共设置一台氨/空气混合器，尺寸：
DN200,设计压力：
。
氨气泄漏检测器
氨水储存及注入系统周边设有1只氨气检测器，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。
•排污系统
氨水储存和注入系统的氨排放管路为一个封闭系统，经由废水泵送至主厂废水处理站。
废水泵流量：
20m3/h,扬程50m。
SCR反应器及附属系统
（1）系统组成
SCR反应器和附属系统由挡板门、氨注入格栅、SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。
（2）工艺描述
由氨/空气混合器来的稀释氨气通过氨注入格栅的多个喷嘴，将氨喷入烟气中。
注入格栅后的烟气混合装置促进烟气和氨的混合，保证烟气中氨浓度的均匀分布。
来自锅炉省煤器出口的烟气通过SCR反应器.SCR反应器包含催化剂层.在催化剂作用下，NHs与NO,反应从而脱除NO.%,催化剂促进氨和NOx的反应。
在SCR反应器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。
催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。
烟气经过烟气脱硝过程后经空气预热器热回收后进入静电除尘器和FGD系统后排入大气。
SCR反应器催化剂层间安装吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反应副产物，以减少反应器压力降。
SCR工艺主要性能指标有：
脱硝效率、氨量、反应器的压力降等。
SCRT艺主要设计参数有催化剂总量、催化剂高度、催化剂空隙率和烟气速度等。
（3）主要设备选型
•SCR反应器
反应器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射格栅，在反应器的竖直段装有催化剂床。
反应器采用固定床垂直（或卧式）通道型式，脱硝效率按75%设计，
反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有触媒支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、触媒负荷和热应力等。
反应器壳外部设有加固肋及保温层。
触媒通过反应器外的触媒填装系统从侧门放入反应器内。
•喷氨格栅
为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气的NHs/NO”摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。
包括供应箱、喷射格栅和喷射孔等。
喷射系统配有节流阀及节流孔板。
在对NO：
：
浓度进行连续分析的同时，调节必要的氨量从喷氨格栅中喷氨。
脱硝装置总体布置
本烟气脱硝工程主要构筑物有脱硝装置、液态氨的贮存和供应系统的构筑物。
在制定脱硝装置布置方案时，应考虑下面设备：
—SCR反应器；
一烟气管道；
一与锅炉省煤器和空气预热器的联接；
—辅助设备。
5.4.1布置原则
一在规划基本的现场布置方案时，建筑和设备的位置应该按照需要的功能来布置，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护和安全性。
-SCR反应器布置方案应该考虑将来在其它锅炉上安装脱硝装置的要求，脱硝系统的布置不能影响将来的装置布置和施工。
一一台锅炉设置一个SCR反应器。
-为SCR反应器留有适当的空间，用来设置过道，便于催化剂模块的安装和操作。
一为催化剂模块的抬升预留足够的空间。
-通道应该尽可能连续，所有的主要通道能允许叉式升降机（铲车）通行，并考虑其转动半径。
5.4.2总体布置方案选择
（1）SCR反应器的布置方式：
在热段/高灰布置中，SCR反应器位于换热器之后，因为该区域烟气温度在300-400C。
的范围内。
这种布置方式的主要优点是投资和运行费用低，因为该段的烟气温度与催化剂要求的运行范围相符合。
这种布置的其主要缺点是催化剂暴露于含有全部灰尘和硫分的烟气中。
采用这种布置方式主要是含硫量低于2%的烟煤锅炉。
由于SCR系统所要求的烟气温度为330~415C°,故本工程SCR反应器放置在换热器之后。
新建SCR系统的钢结构，根据在电厂现场测量及提供的资料，在布置基立柱等时主要考虑校核原有锅炉钢架基础的荷载。
（2）氨水的贮存和供应布置
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92）关于乙类液体储罐防火间距的要求：
氨站应该距离生产厂房、生产设备20m,距离明火和散发火花地点25m,距离全厂重要设施30m.距离运输道路、厂围墙10mo
氨储罐布置在半露天防晒雨棚中的零米地面；氨卸载压缩机等转动的机械设备以及电气设备布置在氨储罐旁边的建构筑物内。
蒸发器均布置在储罐旁边的构筑物内，采用防晒雨棚；稀释空气风机、氨/空气混合器均相应布置在每一台锅炉的零米附近。
氨水采用输送管道方式。
全厂脱硝装置的控制系统布置在主厂控制室内。
电气部分
380/220V供电系统
脱硝380/220V系统分别由锅炉或除尘器PC（动力中心）供电。
因此在脱硝负荷区域设置脱硝MCC段，MCC电源分别由本机组锅炉或除尘器380/220VPCA、B段引接，脱硝的照明及检修电源取自脱硝MCCo
5.5.2直流系统
提供U0V（控制）或220V（动力）直流电源供脱硝系统使用。
5.5.3控制与保护
脱硝系统的电气、工艺设备的监测、控制纳入单元机组的DCS系
统。
控制电压采用110VDC或220VACO
单元机组的DCS系统实现数据自动采集、定期打印制表、实时调
阅、显示电气接线、爭故自动记录及故障追忆等功能。
5.5.4继电保护
容量为100KW及以上的低压电动机配框架抽出式断路器和智能PC测控装置；100kW以下的低压电动机配塑壳式断路器、接触器和智能M
CC马达控制保护测量管理装置。
继电保护配置按《火力发电厂厂用电设计技术规定》配置。
仪表和控制系统
本工程采用炉机电网辅助集中监控方式.2台机组合设1个集中控制室.布置在原有主机组控制楼内。
本工程机组总的自动化水平：
能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在单元控制室内，以操作员站为主要监控中心，实现机组的启、停.运行工况的监视和调整以及事故处理等。
脱硝系统的控制方式和控制系统配置方案与电厂整体自动化水平与控制系统设计方案一致。
5.6.1技术要求
脱硝系统控制方式：
SCR和氨制备系统采用与机组DCS/PLC硬、软件一致的DCS/PLC进行控制，整个脱硝DCS/PLC系统作为单元机组DCS/PLC系统的2个远程站，并设置一套调试操作员站（兼作工程师站），脱硝DCS/PLC最终纳入到机组DCS/PLC系统进行控制。
整个脱硝系统内不采用基地式调节装置与其他控制设备。
运行人员可直接通过集控室中机组DCS/PLC操作员站完成整个脱硝系统的监控。
实现自动对有关参数进行扫描和数据处理；定时制表；参数越限时自动报警和打印；根据人工指令自动完成各局部工艺系统或辅机的程序启、停、模拟量控制。
当系统发生异常或事故时，通过保护、联锁或人工干预.系统能在安全工况下运行或停机。
氨制备区配置的仪表、控制装置、电气设备等符合我国相关的规定，选用防爆型。
检测仪表精度选择.主要参数不低于级，一般参数不低于级；变送器精度为级.分析仪表不低于PPb级。
脱硝装置进、出口NOx浓度检测采用多通道采样检测仪表。
采用与DCS/PLC硬件一体化的远程站系统（自带分散处理单元），
远程站与机组DCS/PLC间采用冗余通讯光缆连接。
远程I/O和处理器之间为冗余的通讯连接。
5.6.2调试操作员站
1）调试操作员站采用先进可靠的工控产品（带UPS）,具有抗干
扰、防辐射能力，不低于PentiumIV3.OG,512M内存，160G硬盘（SCSI总线），＞48倍速光驱，英寸软驱，标准键盘，鼠标器，21英寸液晶显示器（分辨率至少为1280X1024,颜色不低于256位色），多媒体防磁音箱。
配置一台彩色激光打印机（A3）。
2）脱硝系统监视和控制的所有显示器画面（包括模拟图、棒状图、趋势图、操作画面、报警画面及操作指导等），将集成在DCS/PLC监控操作员站上。
提供良好的软件接口和配合，直至在DCS/PLC监控操作员站上实现对脱硝系统进行远方监视和操作的全部功能。
3）液晶显示器画面能分别显示各系统的工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态，也能显示成组参数。
当参数
越限报警、控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示，并带有音响提示。
按照系统各工艺流程图设计显示器画面，设有足够的幅数以保证各工艺系统和控制对象的完整性及所控系统的运行和控制状况。
6供货范围及清单
供货范围（不仅限于此）
（1）SCR系统液氨储存区内液氨储罐、卸料泵、管路其所需附属设备；
（2）SCR系统范围内所有自动控制装置、仪表、测量装置、调节控制设备；
（3）SCR系统反应区内的钢结构、楼梯、平台；
（4）SCR系统范围内的防腐、保温和油漆；
（5）技术服务；
供货清单
序号
品目及编号
数量
单位
规格型号
备注
价格/万元
价格/万元
——
氨的制备供应系统
1
卸料泵
2
台
20m3/h;15m扬程；
共用
1
2
氨储罐
1
台
63m3,（p4000*5000
共用
15
30
3
氨气蒸发器
1
台
蒸发量300kg/h
共用
20
35
4
氨气、空气混合器
1
台
DN200;PN16
共用
1
2
5
稀释风机
2
台
1000m3/h;7000Pa
全压
共用
6
废水泵
2
台
2*2*2m
共用
4
7
氨气泄露检测器
1
台
共用
1
8
相应阀门、管道及其附件
1
批
共用
3
-
氨的喷射系统
1
氨喷射格栅
1
套
304S
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