脱硝培训手册尿素.docx
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脱硝培训手册尿素
电厂4×1000MW机组烟气脱硝改造工程
脱硝理论培训手册
目录
1.概述
2.系统组成
3.系统的启动与停止
4.运行控制
5.安全注意事项
1．概述
1.1原理介绍
采用“选择性催化剂还原烟气脱硝”技术，其主要化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，工业应用时须安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降至400℃左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。
SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生。
2SO2+O2→2SO2
NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。
因此，只有在催化剂环境的烟气温度在305-425℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
1.2主要设计参数
1.2.1脱硝系统入口烟气参数
表1脱硝装置入口设计参数
项目
名称及符号
单位
设计煤种1
设计煤种2
备注
工
业
分
析
收到基全水分Mar
%
14.00
9.61
空气干燥基水分Mad
%
8.49
3.89
收到基灰分Aar
%
11.00
19.77
收到基挥发分Var
%
27.33
22.82
收到基固定碳FCar
%
47.67
47.8
收到基低位发热量Qnet,ar
kJ/kg
22,760
22,440
哈氏可磨系数HGI
56
54.81
元素分析
收到基碳Car
%
60.33
58.00
收到基氢Har
%
3.62
3.36
收到基氧Oar
%
9.95
7.28
收到基氮Nar
%
0.69
0.79
收到基全硫St,ar
%
0.41
1.27
灰
融
性
变形温度DT
℃
1,130
1,110
软化温度ST
℃
1,160
1,190
流动温度FT
℃
1,210
1,270
灰
矿
物
组
成
二氧化硅SiO2
%
36.71
50.41
三氧化二铝Al2O3
%
13.99
15.73
三氧化二铁Fe2O3
%
13.85
23.46
氧化钙CaO
%
22.92
3.93
氧化镁MgO
%
1.28
1.27
五氧化二磷P2O5
%
--
三氧化硫SO3
%
9.3
2.05
氧化钠Na2O
%
1.23
1.23
氧化钾K2O
%
0.72
1.1
烟
气
参
数
机组负荷
MW
1000
1000
湿烟气流量
kg/h
3,645,200
3,976,977
实际氧量
湿烟气流量
Nm3/h
2,761,515
3,012,861
实际氧量
干烟气流量
Nm3/h
2,501,104
2,753,454
实际氧量
干烟气流量
Nm3/h
2,996,323
3,304,145
6%氧量
100%负荷烟气温度
℃
356
353
50%负荷烟气温度
℃
310
307
飞灰浓度
g/Nm3
14.5
24.34
烟
气
成
分
及
烟
气
污
染
物
烟气湿度
%
9.43
8.61
NOx
mg/Nm3
450
450
O2
%
2.74
2.74
CO2
%
15.26
15.06
CO
ppm
0
0
SO2
ppm
379
1094
SO3
ppm
3.8
11.0
F
mg/Nm3
10.7
12.31
Cl
mg/Nm3
10.6
16.01
As
mg/Nm3
固态排渣炉，可忽略
固态排渣炉，可忽略
Hg
mg/Nm3
<0.13
<0.12
Pb
mg/Nm3
<0.13
<0.12
1.2.2煤质及烟气参数
设计煤种：
神府东胜煤，校核煤种：
晋北煤。
锅炉（B-MCR）燃煤量：
365.7t/h（设计煤种）、372.7t/h（校核煤种）。
电厂常用的代表性煤种——印尼煤、伊泰煤和晋北煤的工业分析、元素分析、痕量元素分析和煤中灰成分分析等见表3。
表22007年1-6月入厂煤分析
煤种
所占比例
Qnet，ar
Aar
Mt，ar
Vdaf
St，d
%
kJ/kg
%
%
%
%
印尼煤
50
23，814
4.37
16.13
47.15
0.79
神华伊泰煤
17
23，142
8.39
15.85
36.15
0.41
大友煤
19
22，782
13.54
13.82
32.17
1.02
平朔煤
11
22，456
18.42
9.55
39.19
1.60
表3代表性煤种分析数据（元素分析、痕量元素分析和煤中灰组成成分）
检测项目
符号
单位
晋北煤
伊泰煤
印尼煤
全水分
Mt
%
11.4
16.0
17.6
空气干燥基水分
Mad
%
3.89
6.03
7.27
收到基灰分
Aar
%
14.50
10.94
5.54
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
38.18
38.91
47.32
收到基碳
Car
%
59.05
57.77
58.67
收到基氢
Har
%
3.89
3.79
4.50
收到基氮
Nar
%
0.83
0.79
1.24
收到基氧
Oar
%
9.33
10.06
11.60
全硫
St，ar
%
1.00
0.65
0.85
收到基低位发热量
Qnet，ar
MJ/kg
22.47
21.73
22.62
煤中氟
Far
µg/g
100
81
86
煤中氯
Clar
%
0.013
0.008
0.007
煤中砷
Asar
%
0.0017
0.0035
0.0027
煤中铅
Pbar
µg/g
<1
<1
<1
煤中汞
Hgar
µg/g
<1
<1
<1
煤灰中二氧化硅
SiO2
%
50.01
50.05
53.50
煤灰中三氧化二铝
Al2O3
%
35.40
26.38
23.68
煤灰中三氧化二铁
Fe2O3
%
6.08
7.25
10.54
煤灰中氧化钙
CaO
%
3.17
6.23
3.04
煤灰中氧化镁
MgO
%
0.67
1.20
2.25
煤灰中氧化钠
Na2O
%
0.14
0.28
0.86
煤灰中氧化钾
K2O
%
0.52
0.91
1.90
煤灰中二氧化钛
TiO2
%
1.33
1.34
0.92
煤灰中三氧化硫
SO3
%
2.00
5.78
2.75
煤灰中二氧化锰
MnO2
%
0.078
0.085
0.052
煤灰中五氧化二磷
P2O5
%
0.029
0.018
0.023
1.2.3尿素品质：
序号
指标名称
单位
合格品
优等品
1
总氮（干基）
%
≥46.3
≥46.5
2
缩二脲
%
≤1.0
≤0.5
3
水分
%
≤0.7
≤0.3
4
铁
%
≤0.001
≤0.005
5
碱度（NH3计）
%
≤0.03
≤0.01
6
硫酸盐（以SO42-计）
%
≤0.02
≤0.005
7
水不溶
%
≤0.04
≤0.005
8
颗粒（4~8mm）
%
≥90
≥90
1.2.455%尿素溶液品质：
淡黄色或清澈或轻微浑浊的液体；
悬浮固态物<5µg/g；
水硬度（CaCO3）<10µg/g。
1.2.5溶解水品质要求：
溶解水将采用电厂除盐水，水质尽量满足如下指标：
总硬度（以CaCO3表示）<150µg/g
导电性<250μs/cm
SiO2<15µg/g
金属物（铁，锌，铅，锰，铬，镍，铜）总量<1µg/g
钠<5µg/g
正磷酸盐、砷、汞<1µg/g
固体悬浮物<10NTU
硫酸盐<10µg/g
pH值约7~9
1.2.6压缩空气及蒸汽系统：
表4脱硝系统用蒸汽与压缩空气的来源及参数
序号
项目
单位
数值
备注
杂用压缩空气
1
来源
厂内杂用压缩空气
2
压力
MPa
0.6
仪用压缩空气
1
来源
厂内仪用压缩空气
2
压力
MPa
0.5
吹灰蒸汽
1
来源
汽源1辅助蒸汽
2
温度
℃
300～350
3
压力
MPa
1.0～1.6
1.2.7设计参数表：
机组类型
超超临界燃煤锅炉机组
NOxOUTULTRA™系统数量
一套绝热热解室系统用于1台锅炉
设计–烟气流量（单台）
烟气流量,干基（SCR入口烟气）380degC
在运6%含O2量
3,304,145
NOx入口浓度（干基，6%含O2量）,mg/Nm3
450
NOx出口浓度（干基，6%含O2量）,mg/Nm3
90
NOx脱除率,%
80
NH3逃逸,ppm
3
温度要求（初步）:
317～400
环境累年平均气温,℃
17℃
喷射热解室温度，℃
300-650
氨设计流量,kg/hr
460
空气中氨所占份额（vol%）
<5%
热解室出口总流量,Nm3/hr（使用电加热器方案）
9,860
SCR还原剂消耗量（干尿素,kg/hr）
863.9
NOxOUTA（55%）,调整后的流量kg/hr
1570
使用尿素溶液浓度（重量浓度）
55%
雾化空气（杂用气，0.6～0.8Mpa,a）,kg/hr（单台）
260
电加热器耗电量（单台）kW耗电量
1,230
*设计采用电厂锅炉一次风（300°C,10kPa）作为热解室的加热空气。
说明：
由于热解产物发生逆反应的温度约为270ºC，因而热解室出口温度范围控制在310－350ºC之间，以确保进入热解炉的气体不会发生逆反应。
使用包含300ºC,10KPa的锅炉一次风，所用的任何热空气必须是无硫、低尘的。
1.3.主要设备情况
序号
名称
规格及技术要求
单位
数量
一
烟气系统
1.
SCR反应器
外形尺寸：
14100X15690X21410（材料Q345，单台金属重量300吨）
座
4×2
2.
涡流混和器
材料Q345，金属总重量5吨/炉
个
4×10
3.
烟道补偿器
非金属材质，温度450℃，3900mmx15600mm
个
4×2
非金属材质，温度450℃，4250mmx15690mm
个
4×2
非金属材质，温度450℃，6000mmx14500mm
个
4×2
非金属材质，温度450℃，3400mmx14500mm
个
4×2
非金属材质，温度450℃，4200mmx15748mm
个
4×2
4.
SCR入口挡板门
电动双层百叶挡板，4250×15690×400mm，
台
4×2
5.
SCR出口挡板门
电动双层百叶挡板，6000×14500×400mm，
台
4×2
6.
SCR旁路挡板门
电动双层百叶挡板，3400×14500×400mm，
台
4×2
7.
蒸汽吹灰器
蒸汽吹灰器，电机1.1KW
台
4×24
8.
高压冲洗水泵
电机功率132KW
台
4×1
9.
电动锁气器
电机功率0.55KW
台
4×8
二
尿素颗粒储存溶解系统
1.
尿素颗粒储仓
有效V＝141m3，Φ6m×5.1m（直段）＋Φ6m×4.5m（锥段）锥体部分内衬1Cr18Ni9Ti不锈钢
个
2
2.
袋式除尘器
UF-1B机械振打式，F＝14m2，Q=1500m3/h，N=2.2kW，清灰电机N=0.55kW
台
2
3.
斗式提升机
Q＝20t/h，N＝7.5kW
台
2
4.
仓壁振动器
振动电机，0.5kW
台
2
5.
气化板
L=150mmW=300mm
台
16
6.
中间储仓
V＝2.28m3
台
2
7.
尿素溶液溶解罐
V＝18.8m3，H＝3m，有效容积12m3，1Cr18Ni9Ti不锈钢
台
2
8.
尿素溶解罐
盘管式加热器
DN50，304L不锈钢
台
2
9.
尿素溶解罐搅拌器
N＝4kW，轴及浆叶材质316L
台
2
10.
尿素溶液混合泵
型号：
XCB80-50-160-L，Q＝29m3/h，H=23m，N=5.5kW，不锈钢材质
台
4
11.
溶解车间地坑泵
型号：
LY25-250，Q＝5m3/h，H=15m，N=4kW，不锈钢材质
台
1
12.
疏水箱
V＝10m3
台
1
13.
疏水泵
型号：
CZx25-200，Q＝8m3/h，H=53mN=5.5kW
台
2
14.
溶解罐排风扇
型号：
T4－72－No3A，Q=800m3/h，P=285Pa，玻璃钢材质
台
2
三
尿素溶液储存输送系统
1.
尿素溶液储罐
V有效＝240m3，1Cr18Ni9Ti不锈钢
台
2
2.
尿素溶液储罐
盘管式加热器
DN32，304L不锈钢
台
2
3.
高压循环泵
型号：
XCB40-25-315-L，变频调节，电功率N＝18.5kW，Q＝8.2m3/h，H=134m，不锈钢材质
套
4
4.
背压控制阀
组合件
套
2
四
热解系统
1.
计量分配装置
总重量：
约1200kg，组合件
套
4
2.
绝热分解室
直径Ф2743mm，高16343mm
套
4
3.
尿素溶液喷射器
12支/炉，材质：
316不锈钢
套
4
4.
电加热器
电加热功率1250kW
台
4
2．系统的组成
本工程烟气脱硝采用选择性催化还原（SCR）脱硝工艺，一炉两个反应器，还原剂（尿素）储存、配制等为公用系统。
本工程工艺系统包括：
（1）烟气系统；
（2）SCR反应器；
（3）催化剂的吹灰系统；
（4）挡板门密封风系统；
（5）输放灰系统；
（6）尿素颗粒储存及溶解系统；
（7）尿素溶液储存及输送系统；
（8）热解炉有关系统；
（9）氨喷射系统；
（10）厂区尿素溶液管道伴热系统；
（11）空预器高压冲洗水系统；
（12）其他由主系统接出的水、汽、气等辅助系统的设计。
2.1烟气系统
烟气系统是指从锅炉尾部低温省煤器下部引出口至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至回转式空预器入口之间的连接烟道、以及反应器旁路烟道。
烟道设计压力按±5800Pa,瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。
烟道采用Q345B材质，壁厚按6mm设计，烟道内烟气流速小于15m/s，烟道积灰厚度计算应基于最低允许烟气流速为8m/s时携带飞灰量，并考虑平均烟道积灰1.0米时荷重。
为避免积灰形成塌灰堵塞，要求烟气脱硝后返回空气预热器的烟道向上倾角不小于30度。
应尽量减小所改造烟道系统的压降，其布置、形状和内部件（如导流板和转弯处导向板）等均应进行优化设计。
在外削角急转弯头、变截面收缩急转弯头处设置导流装置，导流装置应采用耐磨材质制作。
为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别考虑了烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。
所有烟道将在适当位置配有足够数量和大小的人孔门和清灰孔，以便于烟道的维修和检查以及清除积灰。
烟道将在适当位置配有足够数量测试孔。
反应器进出口及旁路均设置双百叶电动挡板，进口挡板尺寸为4250×15690×400mm；出口挡板尺寸为6000×14500×400mm；旁路挡板尺寸为3400×14500×400mm。
烟气系统主要介质有烟气流、氨流、氮气流，其物流流向如下：
原烟气：
来自锅炉省煤器的未脱硝烟气→原烟气挡板→SCR系统入口→涡流混合器→整流装置→催化剂层。
净烟气：
催化剂层→净烟气挡板→SCR反应器出口。
2.2SCR反应器
每台锅炉配置2台SCR反应器，反应器断面尺寸为15.69X14.1m，高约22m。
反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，反应器内部易磨损的部位采用防磨措施。
反应器壳体材质为Q345B，反应器内部各类加强板、支架设计成不易积灰的型式，同时考虑热膨胀的补偿措施。
反应器设置足够大小和数量的人孔门。
反应器设置将内部催化剂维修及更换所必须的安装门。
SCR反应器将能承受运行温度420℃不少于5小时的考验，而不产生任何损坏。
SCR工艺的核心装置是脱硝反应器，下图为典型的脱硝反应器的结构。
本工程SCR装置为高含尘布置，在锅炉低负荷的情况下，在水平段烟道会出现积灰的情况，当锅炉升负荷时,会造成瞬时大量积灰涌向低温空预器的情况，可能会造成空预器的堵灰，影响锅炉运行。
反应器入口段烟道存在较长的水平段烟道，在锅炉低负荷情况下，也存在积灰问题，但是不存在反应器吹灰时瞬间灰量增大的情况，所以积灰情况比较均匀，不会造成烟道内瞬间含尘量骤增的情况，所以，对机组的运行不会造成大的危害，对催化剂的寿命也不会有太大的影响。
2.3催化剂
反应器内催化剂层按照2+1层设计。
催化剂的型式采用蜂窝式。
催化剂设计将考虑燃料中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。
催化剂模块将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。
催化剂将能承受运行温度420℃不大于5小时的考验，而不产生任何损坏。
催化剂保证寿命为24000运行小时。
脱硝系统最低喷氨温度与烟气中SO2浓度，烟气中含湿量等参数有关，SO2浓度越高，最低喷氨的温度越高，如果在低于最低喷氨的温度下继续喷氨进行氮氧化物的脱除反应，会在催化剂的孔内形成硫酸氢氨等副产物，堵塞催化剂微孔，降低催化剂活性和寿命。
除此之外，硫酸氢氨副产物还会对下游空预器的换热元件造成低温腐蚀和堵塞。
本工程业主给定的数据是按烟气中SO2浓度1％（3.8ppm）取用，催化剂供应商是按烟气中SO2浓度3％（11.4ppm），进行了严格的计算，最终得到最低/最高连续喷氨温度分别为：
317/400℃。
建议在机组长期处于低负荷条件下运行时，为保证脱硝系统连续稳定运行，应当燃用含硫量低的煤种。
2.4吹灰系统
设置半伸缩耙式蒸汽吹灰系统，每台反应器每层催化剂布置4只吹灰器，吹灰器布置在反应器的侧面。
卖方提供用于三层催化剂的吹灰器。
蒸汽吹灰器所用蒸汽取自锅炉供空预器蒸汽吹灰的辅助蒸汽母管，由于供催化剂吹扫气源气量有限，吹灰器的运行采用连续间歇式运行，即每台炉每次运行一台吹灰器，该吹灰器运行静止后，下一台吹灰器开始运行。
吹灰器的运行顺序如下（以#1炉为例）：
#1A侧反应器最上层4台吹灰器逐个运行吹扫，吹扫完成后下层4台吹灰器再逐个进行吹灰；#1A侧反应器8台吹灰器全部吹扫完成后，#1B侧反应器的8台吹灰器开始逐个运行，运行顺序同#1A侧。
每个吹灰流程时间约为16分钟。
吹灰频率：
每8小时吹灰1次。
2.5氨的空气稀释和喷射系统
根据SCR系统布置特性，在旁路挡板设置密封风系统，减小SCR装置运行时的烟气泄漏，密封风采用空预器出口热二次风，可以大大高于烟气酸露点，并高于烟气压力。
旁路挡板门密封风入口阀的开启与旁路挡板运行连锁，当旁路门开启时，密封风入口阀关闭，当旁路门关闭时，密封风入口阀开启。
2.6挡板密封风系统
锅炉房区域仪表用气就近取自锅炉房区域仪表用压缩空气母管，氨站区域仪表用压缩空气取自厂区仪用压缩空气管道，在氨站区域设置压缩空气储罐稳压。
2.7灰斗及输灰系统
根据本工程烟气中飞灰的特性，在每个SCR反应器入口烟道处设置4个灰斗，同时在每个灰斗下方设置一台电动锁气器及相应的输灰管路，将收集到的飞灰定期排入空预器出口水平烟道，可以降低烟气中的飞灰对脱硝催化剂和空预器换热元件的磨损。
根据业主提供的煤质参数，每台机组SCR入口灰斗总除灰量为3.7t/h，每侧反应器入口灰斗的灰量为1.85t/h，每个灰斗的设计容积为3m3，每侧反应器4个灰斗的总容积为12m3。
电动锁气器为定期运行，设置为每班运行一次，每次运行1小时，确保将灰斗收集下来的飞灰及时排出。
2.8尿素颗粒储存及溶解系统
尿素颗粒储存及溶解系统为全厂公用，设置两列，可同时运行或互为备用。
袋装尿素颗粒拆袋后，经斗式提升机送至尿素车间顶部的尿素颗粒储仓，每个储仓体积185m3,两个储仓容积可以满足全厂4台机组3天用量。
储仓为碳钢制造，锥体内衬不锈钢，设计考虑配备干燥风及振动装置来防止尿素吸潮、架桥及堵塞。
此外还配有布袋过滤器，预留气力输送接口。
设置两只尿素溶解罐，溶解罐体积20m3。
尿素溶液配制采用批量方式。
采用定容制中间仓将尿素颗粒由尿素颗粒储仓输送到溶解罐，在溶解罐中，用除盐水制成55%的尿素溶液。
配制时采用混合泵将溶液由储罐底部抽出返回上部进行循环，使溶液更好地溶解混合。
溶解罐采用1Cr18Ni9Ti不锈钢。
溶解系统运行方式为：
向溶解箱注水（除盐水或者疏水箱疏水），淹没内部盘管后，通入溶解蒸汽（将溶液加热至65℃后停止加热，在配制过程中，溶液温度低于45℃后开始加热）；同时向溶解罐中加入尿素颗粒（配制一罐溶液需要5个中间仓的尿素颗粒，约9.14t）；启动搅拌器，加强溶解混合；启动尿素混合泵，加强溶解混合；再次向溶解罐中注水，注入总水量应低于7t，每罐尿素溶液需水量约7.48t，其余水量应在尿素颗粒全部加入，并充分混合搅拌，读取密度计数据后逐渐加入。
溶液配制合格后，关闭再循环电动阀，开启尿素溶液储罐进口电动阀，用混合泵将溶液送入溶液储罐。
全过程约需1.5小时，单班可配制5罐，满足2台炉全天的尿素溶液耗量。
2.9尿素溶液储存及输送系统
溶解罐中配制合格的尿素溶液经尿素混合泵排入尿素溶液储罐。
设置两只尿素溶液储罐，每只储罐体积为240m3，两只储罐容量满足全厂4台炉4天的尿素溶液用量要求。
每只储罐配两台变频尿素循环泵，正常运行工况为每个储罐单元单独向两台炉供应尿素溶液。
储罐采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制造。
储罐为立式平底结构，装有液面、温度显示仪、人孔、梯子、通风孔及蒸汽加热装置，其中蒸汽加热装置
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