最新山西永鑫自备电厂锅炉脱硫脱硝改造方案图文.docx
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最新山西永鑫自备电厂锅炉脱硫脱硝改造方案图文
山西永鑫自备电厂锅炉脱硫脱硝改造方案_图文
山西永鑫煤焦化有限责任公司
3×75t/h锅炉烟气脱硝脱硫改造工程
改
造
方
案
西安华江环保科技股份有限公司
2014年8月
1工程概况1
2设计依据1
2.1锅炉概况1
2.2引风机1
2.3末级空预器出口烟气数据2
2.4燃煤特性2
2.5排放要求3
2.6设计标准3
2.7费用标准5
3脱硝介绍5
3.1SNCR技术5
3.2SCR技术7
3.3SNCR/SCR混合烟气脱硝技术8
3.4脱硝技术的比较9
4SNCR脱硝方案11
4.1具体设计参数：
11
4.2还原剂比较分析11
4.2.1无水氨（液氨）、氨水和尿素的特性11
4.2.2脱硝还原剂的技术经济比较13
4.3脱硝设备供货清单13
4.3.1还原剂接收与制备设备主要清单14
4.3.2储存设备主要清单14
4.3.3还原剂喷射设备主要清单14
4.3.4脱硝喷枪设备主要清单15
4.3.5废液回收设备主要清单15
4.3.6压缩空气系统主要清单15
4.3.7电气及自动化设备主要清单15
4.3.8环境喷淋设备主要清单16
4.4烟气脱硝性能保证指标16
4.5运行成本分析17
5脱硫介绍18
5.1石灰石/石膏法工艺流程18
5.2 湿式氨/硫铵法18
5.2 脱硫技术比较19
6.脱硫方案20
6.1具体设计参数20
6.2FGD系统的组成21
6.2.1吸收塔系统21
6.2.2烟道系统24
6.2.3还原剂储存及浆液制备系统24
6.2.4脱硫副产物分离装置25
6.2.5工艺水和石膏冲洗水的系统25
6.2.6排空及浆液返回装置25
6.3设备清单25
6.3.1吸收塔系统26
6.3.2吸收塔循环泵27
6.3.3石膏排出泵27
6.3.4氧化风机27
6.3.5石灰石仓28
6.3.6石灰石浆液制备及供应系统28
6.3.7石膏脱水系统29
6.3.8排放系统30
6.3.9供水系统32
6.3.9电气部分设备及材料清单33
6.3.10热控部分设备及材料清单34
6.4石灰石要求36
6.5烟气脱硫性能保证指标37
6.6运行成本分析38
1工程概况
山西永鑫煤焦化有限责任公司3×75t/h循环流化床烟气脱硫脱销改造工程。
工程位于山西省临汾市安泽县。
为全面落实国家“十二五”氮氧化物、二氧化硫污染减排规划和要求，依据国家GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》，对2009年投运的3×75t/h循环流化床烟气中的NOx、SO2进行处理。
该项目实施后，可有效削减NOx、SO2的排放总量，切实改善空气质量，保护公众健康，促进可持续发展。
2设计依据
2.1锅炉概况
1）锅炉形式：
循环流化床锅炉
2）型号：
UG-75/3.82-M41
3）运行模式：
全年运行
4）数量：
3台（2用1备）
5）投产时间：
1#、2#炉2009年2月；3#2009年10月
6）制造厂家：
无锡华光锅炉股份有限公司
2.2引风机
表2.1引风机参数
名称
单位
参数
型号
-
JLY75-44No.23.8D
数量
-
每炉一台
风量
m3/h
127398-236765
风压
Pa
6111-3728
调节挡板开度
％
35-85
电机功率/电压
kW/kV
400/10
电机电流
A
30.3
2.3末级空预器出口烟气数据
表2.2烟气数据
名称
单位
设计参数
实测数据
烟气流量
m3/h
162560
125000-170000
烟气温度/湿度
℃/％
150/无
115-150/无测定
烟气压力
Pa
无
无测定
SO2浓度
mg/m3
≤300
低于3000
Nox浓度
mg/m3
≤250
低于500
烟尘浓度
mg/m3
无测量
含氧量
％
5
7％-12％
2.4燃煤特性
表2.3烟气数据
名称
单位
设计参数
实际参数
煤产地
-
-
晋、陕
发热量
kcal/kg
2705
控制要求3500-4200
固定碳
％
33.52
2014年1-6月平均36.79
氢
％
1.68
无测定
氧
％
2.9
无测定
氮
％
0.58
无测定
硫
％
0.18
购煤要求低于1.5
水分
％
1
5-10（2014年1-6月平均7.73）
干燥灰分
％
60.14
32-45（2014年1-6月平均44.65）
挥发分
％
33.08
28-35（2014年1-6月平均32.26）
燃料颗粒特性
mm
0～10
<10mm，>85％
2.5排放要求
表2.4排放要求
名称
单位
设计参数
SO2浓度
mg/m3
≤150
NOx浓度
mg/m3
≤150
2.6设计标准
GB16297《大气污染物综合排放标准》
GB13271《锅炉大气污染物排放标准》
HJ2040《火电厂烟气治理设施运行管理技术规范》
GB50057《建筑物防雷设计规范》
GB50034《工业企业照明设计标准》
GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
HGJ229《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》
GB0198《热工仪表及控制装置施工及验收规范》
GB50259《电气装置安装工程电气照明施工及验收规范》
GBJ232《电气装置安装工程施工及验收规范》
GB50205《钢结构工程施工及验收规范》
GB50231《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB50017《钢结构设计规范》
DL/T680《耐磨管道技术条件》
GB/T8163《流体输送用无缝钢管》
GB12348《工业企业厂界噪声标准》
GB50054《低压配电设计规范》
GB50055《通用用电设备配电设计规范》
GB50217《电力工程电缆设计规范》
GB50229《火力发电厂与变电所设计防火规范》
GB50260《电力设施抗震设计规范》
GBJ87《工业企业噪声控制设计规范》
GB50009《建筑结构荷载规范》
GB4272《设备及管道保温技术通则》
GB50264《工业设备及管道绝热工程设计规范》
GB/T13275《一般用途离心通风机技术条件》
GB/T2888《风机和罗茨风机噪音测量方法》
GB3274《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》
GB4879《防锈包装》
GB8196《机械设备防护罩安全要求》
GB50055《通用用电设备配电设计规范》
DL/T5048《电力建设施工及验收技术规范书》
GB50212《建筑防腐蚀工程施工及验收规范及条文说明》
GB50231《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB7231《工业管道的基本识别色和识别符号》
GB4053《固定式钢梯及平台安全要求》
GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》
2.7费用标准
表2.5费用标准
名称
单位
设计参数
备注
新水
元/m3
2
-
软水
元/m3
10
-
蒸汽
元/吨
70
-
电
元/（kW·h）
0.5
-
压缩空气
元m3
折算为电计算
液氨
元/吨
1900
液氨纯度99.9％
石灰石粉
元/吨
260
-
3脱硝介绍
目前主流的烟气脱硝技术有选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原技术（SCR）和SNCR/SCR联合脱硝技术。
3.1SNCR技术
在800～1000℃这一温度范围内、无催化剂作用下，氨水等还原剂可选择性地还原烟气中的NOx生成N2和H2O，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR脱硝技术。
SNCR烟气脱硝的主要反应为：
NH3为还原剂
●4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
●6NO+4NH3→5N2+6H2O
●6NO2+8NH3→7N2+12H2O
●2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应。
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，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。
在较大尺寸的锅炉中，因为需要覆盖相当大的炉内截面，还原剂的均匀分布则更困难。
为保证脱硝反应能充分地进行，以最少喷入NH3的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SO3会产生NH4HSO4易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。
因此，SNCR工艺的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。
图3.1为尿素作为还原剂SNCR脱硝工艺流程图。
图3.1SNCR工艺系统流程图
SNCR烟气脱硝过程是由下面四个基本过程组成：
1）还原剂的接收和溶液制备；
2）还原剂的计量输出；
3）在锅炉适当位置注入还原剂；
4）还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
3.2SCR技术
选择性催化剂还原（SCR）技术是在烟气中加入还原剂（最常用的是氨和氨水），在催化剂和合适的温度等条件下，还原剂与烟气中的氮氧化物（NOx）反应，而不与烟气中的氧进行氧化反应，生成无害的氮气和水。
主要反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
SCR技术采用催化剂，催化作用使反应活化能降低，反应可在更低的温度条件（320～400℃）下进行。
对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。
制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。
除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。
SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、（氨水转化为氨系统）、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。
SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式，高尘布置、低尘布置和尾部布置，图3.2为目前广泛采用的高尘布置SCR烟气脱硝系统工艺流程图。
图3.2SCR工艺系统流程（高尘布置）
对于一般燃煤或燃油锅炉，SCR反应器多选择安装于锅炉省煤器与空气预热器之间，因为此区间的烟气温度刚好适合SCR脱硝还原反应，氨被喷射于省煤器与SCR反应器间烟道内的适当位置，使其与烟气充分混合后在反应器内与氮氧化物反应，SCR系统商业运行的脱硝效率约为80%～90%。
3.3SNCR/SCR混合烟气脱硝技术
SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用末反应氨进行催化反应结合起来，或利用SNCR和SCR还原剂需求量不同，分别分配还原剂喷入SNCR系统和SCR系统的工艺有机结合起来，达到所需的脱硝效果，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。
SNCR/SCR混合工艺的脱硝效率可达到60～90%。
图3.3为典型的SNCR/SCR混合烟气脱硝工艺流程。
图3.3SNCR/SCR联合工艺脱硝流程图
3.4脱硝技术的比较
几种主要烟气脱硝技术综合比较情况如表3.7所列。
表3.1SCR、SNCR、SNCR/SCR技术综合比较
名称
SCR技术
SNCR技术
SNCR+SCR技术
反应剂
NH3
氨水或尿素
NH3
反应温度
320～400℃
800～1000℃
前:
800~1000℃，
后段：
320～400℃
催化剂
V2O5-WO3/TiO2
不使用催化剂
后段加少量催化剂
脱硝效率
80～90%
30～80%
50～90%
反应剂喷射位置
SCR反应器入口烟道
炉膛内喷射
锅炉负荷不同喷射位置也不同
SO2/SO3氧化
SO2氧化成SO3的氧化率<1%
不会导致SO2氧化，SO3浓度不增加
SO2氧化较SCR低
对空气预热器影响
NH3与SO3易形成硫酸氢铵，需控制NH3泄漏量和SO2氧化率，并对空预器低温段进行防腐防堵改造。
SO3浓度低，造成堵塞或腐蚀的机率低
硫酸氢铵的产生较SCR低，造成堵塞或腐蚀的机率比SCR低
系统压力损失
新增烟道部件及催化剂层造成压力损失
没有压力损失
催化剂用量较SCR小，产生的压力损失较低
燃料及其变化的影响
燃料显著地影响运行费用，对灰份增加和灰份成分变化敏感，灰份磨耗催化剂，碱金属氧化物劣化催化剂，AS、S等使催化剂失活。
基本无影响
影响与SCR相同。
由于催化剂较少，更换催化剂的总成本较SCR低
锅炉负荷变化的影响
SCR反应器布置需优化，当锅炉负荷在一定范围变化时，进入反应器的烟气温度处于催化剂活性温度区间。
多层布置时，跟随负荷变化容易
跟随负荷变化中等
工程造价
高
低
较高
本项目脱硝方案的选择
本项目为3台75t/h锅炉脱硝项目，原始NOx排放浓度约为500mg/Nm3。
为满足最新实施的NOx排放要求，同时考虑到脱硝的经济性，推荐采用SNCR脱硝工艺，脱硝后NOx排放浓度低于150mg/Nm3，实现达标排放。
每台锅炉一套脱硝系统，还原剂储备系统公用一套。
SNCR脱硝工艺优点如下：
1）脱硝效率可达30%～80%以上，确保NOx达标排放。
2）脱硝系统运行灵活，调整余地大。
3）投资省。
4）占地小。
5）对锅炉的运行影响较小。
6）运行维护方便。
4SNCR脱硝方案
4.1具体设计参数：
表4.1设计参数
序号
名称
单位
参数
1
烟气流量
m3/h（工况）
170000
2
烟气流量
Nm3/h
110000
3
反应温度
℃
850
4
初始NOX浓度
mg/Nm3
500
5
处理效率
%
≥70
6
处理后NOX浓度
mg/Nm3
≤150
7
还原剂
氨水
8
氨水（20%）消耗量
kg/h
168
9
氨逃逸
ppm
≤8
4.2还原剂比较分析
脱硝还原剂选择是整个脱硝系统中很重要的一个环节。
在脱硝系统中，还原剂是最大的消耗品（对于SNCR来说是这样，但对于SCR来说催化剂的消耗费用更多）。
其消耗成本直接影响到脱硝系统的整体经济评估。
目前，世界上脱硝系统最常用的还原剂有三种：
尿素、氨水和液氨。
4.2.1无水氨（液氨）、氨水和尿素的特性
无水氨的特性：
亦名液氨，为GB12268-90规定之危险品，危险物编号23003。
无色气体，有刺激性恶臭味。
液态氨变气态氨时会膨胀850倍，并形成氨云。
氨蒸气与空气混合物爆炸极限16～25%（最易引燃浓度17%）和遇高温（93︒C以上）时有爆炸的危险，氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸，如有油类或其它可燃性物质存在，则危险性更高。
氨是有毒物质，会导致人急、慢性中毒，严重时可致人死亡；氨气是具有腐蚀性、无色、具有强烈气味的气体；虽然绝大部分的时间都在安全使用，但一旦发生事故，它会形成一个致命的毒云对现场工作的工人及附近社区居住的人造成危害；若与氨直接接触,会刺激皮肤，灼伤眼睛，使眼睛暂时或永久失明,並导致头痛、恶心、呕吐等；严重时，会导致呼吸系统积水（肺或喉部水肿），可能导致死亡；长期暴露在氨气中，会伤肺，导致产生咳嗽或呼吸急促的支气管炎。
氨水的特性：
氨水与无水氨都属于危险化学品。
氨溶液为《危险货物品名表》《危险化学品名录（2002版）》GB12268-90规定之危险品：
含氨＞50%的氨溶液，危险货物编号为23003；35%＜含氨＜50%、危险物编号为22025；10%<含氨≤35%的氨溶液，危险货物编号为82503。
用于脱硝的还原剂通常采用20%～25%浓度的氨水，是无色透明液体，易分解放出氨气，温度越高，分解速度越快，可形成爆炸性气氛。
若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
与强氧化剂和酸剧烈反应。
与卤素、氧化汞、氧化银接触会形成对震动敏感的化合物。
接触下列物质能引发燃烧和爆炸：
三甲胺、氨基化合物、铂、二氟化三氧、二氧二氟化铯、卤代硼、汞、碘、溴、次氯酸盐、氯漂、氨基化合物、塑料和橡胶。
腐蚀铜、黄铜、青铜、铝、钢、锡、锌及其合金等等。
如果溢出，氨水液体扩散范围较无水氨小，浓度范围较易控制。
但有强烈的刺激性气味，因是液体不需压力容器储存，较无水氨相对安全。
但是接触限值（溢出的氨浓度），不管来自无水氨或氨水，对人体影响一样。
从运输角度来看，氨水因为浓度仅在19%～29%，与人接触的概率较无水氨多，所以氨水比无水氨在与人接触频率的观点上，危险性更胜于无水氨，必须谨慎考虑。
4.2.2脱硝还原剂的技术经济比较
1）技术比较
从脱硝的原理来说，烟气脱硝系统的实质是氨气（NH3）与NOx起还原反应。
从这个角度看，氨水和液氨均可作为脱硝反应的还原剂。
但对于SNCR系统来说，最理想的还原剂为氨水，除了以上提到的原因外，氨水本身的特性使它相比液氨具有更好的可控制性、能够在炉膛横截面上分布的更均匀，因此可以达到更高的脱硝效率和更低的氨逃逸率。
2）经济比较
两种还原剂的建造成本一般来说，氨水低，液氨高。
而且相对运输方式来说，液氨也具有较高的危险性。
表4.2不同还原剂特点
还原剂
特点
氨水
运输成本较大
需要较大的储存罐
脱硝有效温度窗口窄
液氨
高危险性原料
运输和存储安全性低
综上所述，考虑到贵公司在焦化行业要使用氨。
因此本项目首先考虑氨水作为SNCR脱硝还原剂。
4.3脱硝设备供货清单
4.3.1还原剂接收与制备设备主要清单
编号
设备材料名称
规格型号
数量
技术参数
备注
1
氨水接收泵/循环泵
ZS25-50-160
3套
扬程25m流量50m³/h,功率5.5kW
化工防腐泵，不锈钢材质
2
阀组
1套
304SS
3
法兰，管件
1套
304SS
4.3.2储存设备主要清单
编号
设备材料名称
规格型号
数量
技术参数
备注
1
清水罐
10m³
1台
碳钢
防腐
2
排污球阀
DN50
3个
PN16
304SS
3
储罐
40m³
2台
防腐
4
液位变送器
WP-UM308
3个
2~10米
PN16
5
出口闸阀
DN50
3个
PN16
304SS
6
进水球阀
DN50
3个
PN16
304SS
4.3.3还原剂喷射设备主要清单
编号
设备材料名称
规格型号
数量
技术参数
备注
1
还原剂喷射
计量泵
CDLF1-23
3套
扬程150m流量1m³/h，功率1.5kW
不锈钢材质
2
阀组
3套
PN16
304SS
3
Y型过滤器
DN25
3个
PN16
PN16
4
法兰，管件
3套
PN16
304SS
5
液体压力变送器
T20X-1-1.6
3套
0.5级
PN16
6
气体压力变送器
3套
0.5级
PN16
7
电磁流量计
YKLD-25S-T1F100
3套
DN25PN16
4.3.4脱硝喷枪设备主要清单
编号
设备材料名称
规格尺寸
数量
技术参数
备注
1
喷枪
DN05-2520
18把
0.05~0.3t/h
耐热不锈钢喷头
2
附件
DN15，PN16
18套
配套件
3
管路
气路、液路管路
3套
304
满足喷枪使用条件
4
喷枪套管
炉膛开洞使用
18套
310
满足脱硝使用效率数量
4.3.5废液回收设备主要清单
编号
部件名称
规格、尺寸
数量
技术参数
备注
1
自吸泵
SP-2MQHRC
1台
扬程18m流量32m³/h功率7.5kW
安装在废液池外
2
配套阀门
1套
304SS
4.3.6压缩空气系统主要清单
编号
设备材料名称
规格尺寸
数量
技术参数
备注
1
螺杆式压缩机
1套
2Nm³/min
一备一用
2
冷干机
1套
3
储气罐
3m³
1台
法兰，管件
1套
4.3.7电气及自动化设备主要清单
编号
设备材料名称
规格型号
数量
技术参数
1
变频器柜
800宽×800深×2200高
3套
2
PLC组件柜
800宽×800深×2200高
1套
PLC系统采用西门子S7-300系列PLC
3
计算机及网络（独立中控）
包括操作站、UPS电源及网络连接设备
3套
4
CEMS
3套
5
电缆
3套
6
电缆桥架
3套
4.3.8环境喷淋设备主要清单
编号
设备材料名称
规格尺寸
数量
技术参数
备注
1
环境喷淋装置
1套
布置于储罐上方
2
环境氨气浓度监测报警仪
FIX550
1台
0~100ppm
环境监测
3
洗眼器
1套
安全防护
4
喷淋花洒
1套
安全防护
5
废液池
1个
土建施工
防水防腐处理
4.4烟气脱硝性能保证指标
表4.3烟气脱硝工程性能保证指标（单台）
名称
单位
参数
锅炉蒸发量
t/h
75
燃料类型
煤
处理烟气量
m3/h
170000
处理烟气量
Nm3/h
110000
炉膛内NOx浓度
mg/Nm3
500
脱硝后NOx排放浓度
mg/Nm3
≤150
SNCR脱氮效率
%
≥70
氨逃逸
ppm
≤8
炉膛内温度
℃
850
年运行小时
h
7200
还原剂（20%氨水）储备量
d
5
脱硝还原剂-（20%氨水）消耗量
kg/h
168
NOx削减量
t/a
426
运行达标说明:
采用以氨水为还原剂的选择性非催化还原（SNCR）技术，脱硝效率≥70%，满足本项目氮氧化物排放浓度≤150mg/Nm3（折合为烟气中氧含量为6％计算）的要求，氮氧化物年削减量可达426吨。
4.5运行成本分析
表4.3烟气脱硝工程运行成本分析（氨水为还原剂）
技术方案
SNCR
脱氮效率指标
≥70%
锅炉蒸发量
t/h
75
NOx初始值（
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