SNCR脱硝技术方案最终.docx
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SNCR脱硝技术方案最终
SNCR脱硝技术方案最终
滨州东力热电有限公司
2×130t/hCFB燃煤锅炉烟气脱硝项目
标书方案
项目编号：
HYHABZ2013-0790
招标方：
滨州东力热电有限公司
投标方：
煤炭工业济南设计研究院有限公司
2013年08月
1.2.3厂区的岩土工程条件
该区域的工程地质条件中等，未受新活动的影响。
根据静力触探曲线资料分析及山地踏勘，拟建线路在垂深15.0米范围内场地岩土可划分成8个工程地质层。
1.2.4地震烈度
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），扩建厂区地震动峰值加速度为0.10g（相应的地震基本烈度为7度）。
场地土类型与建筑场地类别
厂/场区地震地震基本烈度为Ⅷ级
厂址区建筑场地建筑场地级别为I~II类场地
1.2.5脱硝系统入口烟气参数
表2-2脱硝系统入口烟气参数
序号
名称
数量
数量
数量
数量
1
燃煤量（t/d）
300
350
390
520
2
负荷（t/h）
64-67
70-77
82-90
128-130
3
烟气产生量（m3/h）
10088
117688
131138
174850
4
排烟温度（℃）
118-128
128-130
131-135
138-142
5
平均床温（℃）
830
846
860
937
表2-3锅炉BMCR工况SNCR脱硝系统入口烟气中污染物成分（标准状态，湿基，实际含氧量）
项目
单位
数据
烟尘浓度（暂定）
mg/Nm3
24.3～43.3
NOx（入口）
mg/Nm3
180-350
NOx（出口）
mg/Nm3
设计值90（保证值100）-100
1.2.6水源
表2-3水质全分析
水样名称
取样位置
水温℃
外观
取样时间
2010.6.23
PH值
7.55
电导率
730.75
浊度（FTU）
阳
离
子
单位
mg/L
单位
mg/L
单位
mmol/l
K+
总溶液固体
总硬度
162.06
Na+
悬浮固体
酚酞碱度
0
Mg2+
9.53
全SiO2
12.85
甲基橙碱度
143.13
Ca2+
49.08
COD
8.04
Fe2+
活性硅
Fe3+
溶液固体
Ba2+
Sr2+
Mn2+
NH4+
0.78
AI3+
Cu2+
0.004
阴离子
CI－
31
SO42－
149.04
NO3－
3.0
HCO3－
286.79
CO32－
PO43－
0.24
1.2.7水文气象条件
气象：
年平均气温15.5℃
1.3设计与运行条件
1.3.1SNCR脱硝工艺描述:
我院公司与美国斯普瑞公司合作，独家引进吸收该公司的SNCR烟气脱硝技术及喷雾技术，进行了技术的自主转化。
针对国内生中、小型循环流化床锅炉的炉内脱硝技术，进一步完善了工艺系统设计，形成了技术成熟、适应国内需要的SNCR系统，可广泛适用于循环流化床锅炉、焚烧炉、水泥窑等各类系统的烟气脱硝处理。
采用美国ANSYS公司的CFD计算流体力学仿真分析软件，目前比较流行的是采用CFD技术，对本脱硝工程SNCR系统的布置进行了数值模拟计算流体力学技术（CFD）进行分析、预测。
由于SNCR反应需要在特定的温度区间和停留时间下进行，所以还原剂喷射位置的确定对SNCR系统十分关键。
错误的喷射位置会造成氨逃逸增加，还原剂用量增加和达不到要求的脱硝效率。
还原剂喷射位置的确定需要通过流场模拟以确定喷射位置，流场模拟会模拟锅炉温度、气体流动和烟气混合情况，以确定合适的喷射位置。
SNCR的效率取决于以下几点：
烟气温度，还原剂和烟气混合、反应的停留时间，还原剂的喷射量，还原剂的和烟气的混合效果，未控制时的NOx含量，以及氧气和二氧化碳的含量。
设计和运行良好的SNCR系统，在达到一定的脱硝效率同时，不会有过量的未反应的氨气（氨逃逸）或其他的污染物质排放到空气中。
当温度高于适合NOx脱除反应的温度范围，NOx脱除效率也将降低。
在曲线的右边，还原剂的氧化反应将增强，其将和还原剂与NOx的反应进行竞争。
尽管脱除效率低于最优，但运行的时候一般温度是高于最优温度的，这样能减少副反应的发生。
在曲线的左端的温度下，尽管一定的脱硝效率和有较长的停留时间情况下，仍然会有较高氨逃逸的可能性。
NH3作为还原剂时，SNCR的最佳反应温度是950℃。
SNCR的原理是以氨水、尿素[CO（NH2）2]等作为还原剂，雾化后注入锅炉。
在一定的温度范围内，氨水或尿素等氨基还原剂可以在无催化剂的作用下选择性地把烟气中的NOx还原为N2和H2O，故是一种选择性化学过程。
其原理如图所示。
2、SNCR技术简介
SNCR技术是以PETROSNCR系统为核心，并在此基础上进行设计转化和国内配套而发展起来的。
SNCR系统采用模块化设计，处理工艺由下图所示。
国外已经投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术,它建设周期短、投资少、脱硝效率中等,适合于对中小型电厂锅炉的改造,以降低其NOx排放量，在一定温度范围内，在无催化剂的作用下，氨或尿素等氨基还原剂可选择性地把烟气中的NOx还原为N2和H2O，基本上不与烟气中的氧气作用，据此发展了SNCR法。
其主要反应为：
氨（NH3）为还原剂时：
4NH3＋6NO→5N2＋6H2O
尿素为还原剂
NO+CO（NH2）2+1/2O2→2N2+CO2+H2O
该反应主要发生在950℃的温度范围内。
当温度超过1100℃时，NH3会被氧化成NO，反而造成NOx排放浓度增大。
其反应为：
4NH3＋5O2→4NO＋6H2O
而温度低于850℃时，反应不完全，氨逃逸率高，造成新的污染。
可见温度过高或过低都不利于对污染物排放的控制。
由于最佳反应温度范围窄，随负荷变化，最佳温度位置变化，为适应这种变化，必须在炉中安置大量的喷嘴，且随负荷的变化，改变喷入点的位置和数量。
此外反应物的驻留时间很短，很难与烟气充分混合，造成脱硝效率低。
选择性非催化还原技术就是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOX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，而且还需要一定的停留时间。
还原剂喷入炉膛合适的温度区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
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。
NH3的反应最佳温度区为850～1100℃。
当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx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NOx还原率降低。
NH3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NOx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NOx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NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。
若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3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NH3遇到S03会产生（NH4）2S04易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。
SNCR系统烟气脱硝过程由下面四个基本过程完成：
·接收和储存还原剂；
·还原剂的计量输出、与水混合稀释；
·在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂；
·还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
1.3.2燃料
本期工程采用的煤质资料如下表：
（按实际煤种作为设计煤种）
表2-4设计和校核煤种的煤质及灰成分分析表
热值（kal/kg）
固定碳（%）
灰分（%）
挥发分（%）
硫分（%）
低位热值（kj/kg）
4800-5200
42-47
26-29
19-25
1.6-2
20072-21744
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
War
备注
53.41%
2.64%
5.19%
5.77%
2%
25.18%
5.8%
1.3.3气/汽源、水源参数
进入可供脱硝装置气/汽源、水源的参数
厂用气
排汽含尘粒度0.1um，压力露点≤-40℃
压力
Mpa
0.4-0.6
仪用气
排汽含尘粒度0.1um，压力露点≤-40℃
压力
Mpa
0.4-0.6
辅助蒸汽
温度
℃
200-250
压力
Mpa
0.58-0.85
工业水
压力
Mpa
0.2-0.3
氨水稀释水要求质量：
总硬度<150ppm；
钙硬度<100ppm；
“M”碱度<100ppm；
铁<0.5ppm；
导电镀<250μmhos；
没有明显的混浊和悬浮固态物。
当电厂工业水质能满足以上条件时可代替除盐水。
1.3.4电厂控制系统
发电锅炉采用炉、机、电集中控制方式。
控制系统采用分散控制系统（DCS），其功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、机炉辅机及发电机-变压器组的顺序控制系统（SCS）。
两台锅炉合设一个集中控制室，集中控制室与电子设备室集中布置。
两台锅炉的分散控制系统之间设置一公用网络，分别与两台锅炉的DCS通过网桥开关联接。
1.3.5电厂供电现状
电动机电源电压：
低压380V
1.3.6还原剂
本脱硝工程采用氨水作为还原剂，采用浓度为20%的氨水水溶液。
氨水溶液储存量不小于2台锅炉BMCR工况下5~7天的用量，满足招标方的要求。
1.4技术要求
1.4.1本项目范围
锅炉脱硝装置改造项目的设计、设备供货、安装、系统调试和试运行、考核验收、培训等。
1.4.2脱硝装置的总体要求
1.4.2.1脱硝系统和设备至少满足以下总的要求：
●SNCR脱硝不增加烟气阻力；
●脱硝装置设计在两台锅炉负荷50%-110%BMCR负荷范围内有效地运行；
●采用SNCR烟气脱硝技术，采用20%氨水溶液（wt%）作为SNCR烟气脱硝系统的还原剂；
●设计系统脱硝效率达到71.43%，原烟气氮氧化物折算浓度按照350mg/m3考虑（出口烟气含氧量按10.5%），系统脱硝效率最低保证值按照不小于71.43%进行设计。
当原烟气折算浓度小于设计值350mg/m3时，亦应达到上述脱硝效率要求。
●脱硝装置的服务寿命为30年。
脱硝装置中其他所有设备，在正常检修维护时都能保证30年的使用寿命；
●脱硝装置在运行工况下，氨的逃逸率小于8mg/m3；
●氨水储存系统按2台锅炉公用设计，其它系统按单元锅炉设计；
●烟气脱硝工程内电气负荷均为低压负荷情况，系统内只设低压配电装置；
●控制系统：
烟气脱硝工程氨水计量分配的控制系统与炉区的控制系统采用新增的DCS控制系统，该系统可以独立运行，并通过光纤通讯，在主控室设置操作员站，实现现场操作及锅炉控制室内DCS监视和操作。
控制对象包括：
脱硝还原剂浓度控制系统、喷枪混合控制系统、温度监测系统等。
，使脱硝控制系统可在无需现场就地人员配合的条件下，在锅炉控制室内完成对脱硝系统脱硝剂的输送、计量、水泵、喷枪系统等启停控制，运行参数的监视、记录、打印及事故处理。
1.4.2.2工程主要组成部分满足如下要求：
1.4.2.2.1还原剂喷射系统
1）还原剂喷射系统的设计能适应锅炉50％～110％BMCR之间的任何负荷持续安全运行，并能适应锅炉的负荷变化和锅炉启停次数的要求。
2）SNCR脱硝装置能够在NOx排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行。
3）喷射系统尽量考虑利用现有锅炉平台进行安装和维修。
4）喷枪有足够的冷却保护措施以使其能承受反应温度窗口的温度，而不产生任何损坏。
5）采用固定喷嘴，压缩空气雾化的双流体喷枪，在锅炉每个旋风分离器入口布置二套喷枪，在水平烟道上布置二套喷枪，剩余二套布置在水平烟道的下部锅炉本体上；每台锅炉共布置8套喷枪。
喷枪设置外套管，除旋风分离器位置的4支喷枪外其他的均通入锅炉鼓风机冷空气冷却保护。
6）在线配制稀释好的氨水溶液将送到各层喷射层，各喷射层设有总阀门控制本喷射层是否投运，投运的喷射层采用固定喷枪方式。
短喷枪喷射所需的雾化介质采用压缩空气。
炉前压缩空气总管上设有流量压力测量，分几路通到各喷射层，每个喷射层的雾化压缩空气总管设有压力调节、压力测量、流量测量控制阀门，再通往各个喷射器。
氨水溶液由旋风分离器进口水平烟道处的分配箱向各支管喷射点均匀分配后喷射进入旋风分离器入口位置。
氮氧化物与还原剂在氨水汽化后发生气相反应。
少量气态氨排入大气。
本工程每台锅炉配制八支喷枪，喷枪布置在燃烧室出口与分离器入口之间的烟道截面处，用于分配稀释后的还原剂，孔径尺寸根据实际选择喷枪尺寸确定。
进行详细施工设计时，通过数学模型计算（CFD）了解炉膛NOx浓度分布、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及烟气组分分布情况。
温度、混合效果、停留时间是循环流化床锅炉SNCR系统取得上面的关键因素的保证，取决于喷氨点位置的选取。
所确定的喷射点应该温度合适，混合充分，并且有足够的停留时间。
分离器是循环流化床锅炉最合适的反映剂喷射区域，高脱硝效率的关键所在。
因本项目锅炉设计采用的是非紧凑型旋风分离器，故选择旋风分离器入口作为喷射点，此处的烟气对喷入的氨有引射作用，烟气速度和氨喷雾速度夹角为锐角，有利于氨水雾和烟气的混合。
而且入口处的喷雾需要的穿透距离短，氨水喷雾可以比较容易地充满垂直于烟气速度方向的横截面内，从而保证混合均匀。
再者，入口处烟气到中心管出口有较远的行程，氨获得较长的停留时间，有利于还原反应的进行。
有以下情况时，SNCR系统必须全部停止：
1，锅炉MFT动作
2，锅炉没有烟气量
3，脱硝DCS控制系统故障
4，氨水在线浓度计故障
5，CEMS污染物在线监测系统故障
1.4.2.2.3计量分配系统
1）每台锅炉配置计量与分配系统。
2）计量分配系统就近布置在喷射系统附近锅炉平台上，以焊接或螺栓的形式固定。
不影响锅炉其他部位检修工作。
3）计量分配系统设置空气过滤器，以防设备堵塞。
4）计量混合系统主要包括：
每种输入介质的开关阀；每种输入介质的过滤器；单向阀；还原剂控制阀；压缩空气压力调节阀；还原剂流量计；混合液用压力变送器；压缩空气用压力表；还原剂用就地手动控制阀、压力表、流量计。
1.4.2.2.4氨水溶液储存和制备系统
1）氨水溶液储存系统的总储存容量按照不小于两台锅炉SNCR装置BMCR工况下5~7天的总消耗量来设计，区域布置考虑二台锅炉的所需，预留场地，本期建设的溶液制备与储存系统与将来扩建的设施考虑无互为备用。
还原剂氨水由槽罐车运输到厂区，通过卸料泵站向储存罐内注液。
储存罐及泵站模块可安装于混凝土围堰内。
为避免罐内过压或真空，罐顶部安装安全阀及呼吸阀。
运行期间，罐压通过压力变送器可实现就地及远程连续监测。
输送泵（一用一备）在一定压力下向SNCR系统提供氨水。
因此一定量的氨水循环往复，循环线路的压力由压力调节阀控制。
脱硝所要求的氨水量由安装在SNCR系统计量模块的流量控制阀设定。
氨水SNCR系统对罐区及系统安全设计要求较高，我们在储罐设计上对安全性作了详细的设计，如整个系统配有气体实时监测系统，一旦出现氨泄露将会发出警报，并在高位泄露的情况下自动停止系统运行。
为了保证储罐的安全，储罐上配有的所有仪器仪表均是防爆仪表，在使用过程中不会产生电火花。
储罐的设计也充分考虑了氨水蒸汽压高的特点，设有温度及压力监测，对储罐内的压力进行实时监测，罐内一旦超压，压力释放阀会自动开启，使罐内压力回落到正常水平。
2）氨水考虑采用罐车运输。
3）氨水溶液浓度为20％（重量比）。
4）氨水溶液和储存设备依据就近原则在锅炉附近空地布置。
设备间距满足施工、操作和维护的要求，各设备间的连接管道保温。
5）氨水溶液罐设置1座，溶液罐由304不锈钢材质制造，并做焊口探伤检测，保证不泄漏。
6）氨水溶液罐的开口有人孔、氨水或氨水溶液入口、氨水溶液出口、通风孔、搅拌器口、液位表、温度表口、取样口和排放口。
7）氨水溶液罐和氨水溶液储罐之间设置输送泵，输送泵采用离心泵。
8）氨水溶液储罐装设1座并设呼吸阀装置。
并在储存罐预留15%溶液管道接口。
9）氨水溶液储罐设有梯子、平台、栏杆和液面计支架。
10）氨水溶液罐考虑疏水回收利用。
11）氨水配置罐采用磁翻板液位计（带信号输出），远传采用连续法兰式液位计，就地安装。
1.4.2.2.5氨水溶液输送供给系统
1）每锅炉各设一套氨水溶液输送供给系统。
2）氨水溶液输送泵采用液压隔膜计量泵，由变频器调节控制。
3）输送泵设有备用，对于每套输送供给系统，输送泵采用2×100%容量设计。
4）氨水溶液输送供给系统设置过滤器，以防止设备堵塞。
1.4.2.2.6背压控制阀
背压控制回路能调节氨水溶液输送泵为计量装置供应氨水所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置一套。
1.4.2.2.7喷枪分配装置
喷枪分配装置放在喷枪前，同时，该装置设有雾化空气和冷却空气管道，为了安装方便，这个装置已组成模块。
喷枪是SNCR系统的关键设备，喷枪的材质、设计对脱硝系统的效率和喷枪的寿命有很大的影响。
我公司针对本锅炉要求的效率和雾化，设计最适合的喷枪。
火电锅炉炉膛大、烟气量大，设计基于本项目特点的耐磨耐高温、穿透力强的喷枪。
1.4.2.2.8墙式喷枪组件
每一个喷枪组件都具有适合的尺寸和特性，保证达到必须的NOx减排所需的流量和压力。
喷枪枪体材质316L，喷嘴为哈氏合金材质。
每台锅炉都设有一个流量计量模块，包括一个布置在开关阀和流量调节阀之间的流量计构成。
计量模块管线上设置现场压力表和压力开关，压力开关的压力信号送往DCS系统，作为每台锅炉喷氨量的反馈信号。
装设在烟囱的NOx测量信号送到DCS系统，经过一定的算法，通过DCS向调节阀发送指令信号。
氨水在计量管线的调节阀之后分成两路，分别送往两个分离器。
每个分离器均设置了8支氨水喷枪，每个分离器有一个氨水流量分配模块，在分离器前的氨水流量分配模块中，每支喷枪前都设置了差压流量计，用于监视每支喷枪的了氨水流量。
通过差压流量计后的阀门开度调节，而实现每支喷枪之间流量的均匀分配。
喷枪：
每台锅炉8套。
采用转为脱硝系统设计和生产的气力雾化喷射器，它包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩四部分。
喷枪本体上的氨水溶液进口和雾化气体进口为螺纹连接，通过两根金属软管分别与氨水溶液管路、压缩空气管路连接。
每个组件包括空气雾化喷枪、用于插入调整的适配器、用于连接锅炉支撑的连接件、快装接头和用于化学剂和雾化空气管路及冷却空气管路连接的钢丝编织可弯曲软管。
1.4.2.2.9稀释水系统
当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变化时，送入炉膛的氨水量也应随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。
若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。
因此，设计了稀释水系统，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。
1.4.2.3给水排水系统及废水处理系统
●给水排水系统：
SNCR系统，利用满足要求的新鲜化学水，自动配制成一定浓度的氨水溶液，经输送系统输送至喷枪，喷入炉膛内部进行脱硝反应。
按电厂水质报告，氨水溶液稀释水采用新鲜工业稀释所用水要或除盐水。
●废水的处理：
氨水溶液制备以及稀释过程中无废水产生，在系统停运期间，氨水管路的冲洗水回到氨水溶液制备车间地坑，重复回收利用，无需废水处理系统。
1.4.2.4管道
1.4.2.4.1设计原则
本工程中的工艺材料，根据物性及工艺要求，氨水溶液管道选用不锈钢无缝钢管，氨水溶液相关设备、管道阀门及相关辅材选用不锈钢材质；稀释水管道、压缩空气管道选用不锈钢材质的无缝钢管。
（1）投标方根据最新版国标设计、供应成套管道、辅件和管道支撑。
氨水制备到锅炉的氨水溶液循环管道的支架，尽量利用厂区原有管网支架。
（2）管道设计时，充分考虑工作介质对管道系统的腐蚀与磨损，选用恰当的管材（如衬胶钢管、不锈钢管、合金钢钢管和玻璃钢管道等）、阀门和附件，并且征得招标方的同意。
管道设保温措施及电伴热系统，符合火力发电厂保温油漆设计规程CodefordesigninginsulationandpaintingoffossilfuelpowerplantDL/T5072—1997和《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GBJ126-89。
（3）投标方按设计标准，合理确定各管道系统的设计参数（如压力、温度、流量、流速等），其数据提交招标方。
（4）管道及附件的布置必须满足脱硝装置施工及运行维护的要求，并避免与其它设施发生碰撞。
（5）投标方管道与招标方管道或设备相连接处，投标方指明所用材料的特性。
Ø标准化。
本工程设计及其实施将按照国家、地方的有关标准进行。
我们所选用的系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式。
Ø先进性。
工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。
考虑到电子信息技术的迅速发展，本设计在技术上将适度超前，所采用的设备，产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。
Ø实用性。
本工程设计将以用户需求分析着手，并以得到用户认可的需求为目标来开展工作，保证满足目前及将来的各种需要。
Ø合理性和经济性。
在保证先进性的同时，以提高工作效率，节省人力和各种资源为目标进行工程设计，充分考虑系统的实用和效益，争取获得最大的投资回报率。
Ø安全性和可靠性。
安全和可靠是对动力能源的基本要求，是本集成管理系统工程设计所追求的主要目标。
Ø模块化和可扩充性。
集成管理系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，又可使系统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的设备产品。
Ø方便性和舒适性。
我们提供的DCS集中控制系统在使用和操作上将是十分方便和舒适的，将为系统的拥有者、管理者及其客户提供最有效的信息服务，提供高效、舒适、便利和安全的工作环境。
Ø灵活性。
系统提供管理人员和用户灵活移动和变更设备的可能。
投标方方设计依据至少遵循下列文件和标准，但不限于此：
1）本项目招标文件
2）《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000
3）《电力工程制图标准》DL5028-93
4）《继电保护
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