烟气脱硝方案.docx
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烟气脱硝方案
20t/h链条锅炉SNCR脱硝工程技术方案
1概述
1.1项目概况
近年来，随着我国火电装机容量的急速增长，火电NOx排放量逐年增加，NOx已成为目前我国最主要的大气污染物之一。
随着我国对SOx排放控制的加强，NOx对酸雨的影响将逐步赶上甚至超过SOx。
14年5月16日，环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合发布《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014），据此标准为控制火电厂的NOx排放，此锅炉执行重点地区燃煤锅炉NOx排放浓度限值，即最终烟气NOx排放浓度<200mg/Nm3（标态，干基，9%氧）。
本工程为1台20t/h以煤为燃料的链条锅炉，原始NOx排放浓度按450mg/Nm3，为了满足排放要求，本工程考虑对其进行SNCR脱硝改造。
还原剂用20%浓度的氨水设计，脱硝后NOx排放浓度小于200mg/Nm3，锅炉脱硝效率为56％。
1.2主要设计原则
（1）脱硝设计效率满足用户要求。
（2）采用的脱硝工艺具有技术先进、成熟，设备可靠，性能价格比高，对锅炉工况有较好的适用性。
（3）脱硝系统能持续稳定运行,系统的启停和正常运行不影响主机组的安全运行。
（4）脱硝装置的可用率应≥98%,且维护工作量小,不影响电厂的文明生产；脱硝装置设计寿命按30年。
（5）脱硝工艺的选择应利于电厂的管理和降低运行管理费用。
1.3推荐设计方案
（1）由于本锅炉炉膛温度较高，拟采用SNCR烟气脱硝技术，锅炉脱硝设计效率为56％。
（2）还原剂为20%氨水。
（3）NH3逃逸量（烟囱出口处测量）控制在8ppm以下。
如有更高的排放要求可在烟道尾部增加催化剂，采用混合法脱硝技术。
2、SNCR法NOx控制机理
在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在800~1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。
SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，受制于停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素，并对锅炉效率造成一定的影响（通常在0.2~0.5%）。
（1）反应温度
NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：
反应温度超过1100℃时，NH3被氧化成NOx，氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。
选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。
4NH3+5O2→4NO+6H2O
采用氨水或尿素溶液作为脱硝还原剂时，还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入炉内，雾化液滴蒸发热解成NH3之后，才进入合适的温度区域进行还原反应。
基于氨水与尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同，其喷入炉膛的合适温度窗口也有差别：
氨水为还原剂时，窗口温度约为800℃~1,100℃；尿素为还原剂时，窗口温度约为850~1,150℃。
由于炉内烟气温度的分布受到锅炉负荷、煤种、锅炉受热面布置等多种因素的影响，合适的脱硝还原反应温度区间以及喷射器的具体喷射位置，需要在CFD模拟计算以后才能最终确定。
在锅炉实际运行时，随着负荷的变化，适合脱硝还原剂温度的区间位置也会发生变动，在实际应用时，常采用下述措施：
（a）在线调整雾化液滴的粒径大小与含水量，缩短或延长液滴的蒸发与热解时间，使热解产物NH3投送到合适的脱硝还原反应区域。
（b）布置多点区域喷射器，在不同运行状态，采用不同的喷射点进行喷射。
（2）停留时间
国外研究表明，NH-NO非爆炸性反应时间仅约100ms。
停留时间指的是还原剂在炉内完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。
延长反应区域内的停留时间，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。
当合适的反应温度窗口较窄时，部分还原反应将滞后到较低的温度区间，较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。
当停留时间超过1s时，易获得较高的脱硝效果，停留时间至少应超过0.3秒。
（3）化学当量比（NSR）
NH3-NO理论化学反应当量比为1:
1，但由于还原剂有小部分未反应的NH3随烟气排入大气，因此，需要比理论化学当量比更多的还原剂喷入炉膛才能达到较理想的NOx还原率。
此外，当原始NOx浓度较低时，脱硝还原化学反应动力降低，为达到相同的脱硝效率，需要喷入炉内更多的还原剂参与反应。
运行经验显示，脱硝效率在50%以内时，NH3/NOx摩尔比一般控制在1.0~2.0之间。
（4）还原剂与烟气的混合
脱硝还原剂与烟气充分均匀混合，是保证在适当的NH3/NO摩尔比下获得较高脱硝效率的重要条件之一。
为将还原剂准确送到炉膛内合适的脱硝还原反应温度区间，并与烟气充分混合，通常采用如下措施：
●优化雾化器的喷嘴，控制雾化液滴的粒径、喷射角度、穿透深度及覆盖范围。
●强化喷射器下游烟气的湍流混合，增加反应温度区域内的NH3/NOx扩散，提高反应速率。
（5）对锅炉效率的影响
还原剂水溶液喷入炉膛高温烟气中，雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程，需要从烟气中吸收部分热量，这可能会增加锅炉的热损失。
通常应尽可能控制还原剂的喷入量，使SNCR装置对锅炉热效率的影响小于0.5%。
（6）氨逃逸
SNCR脱硝反应过程中，部分未参与反应的NH3随烟气进入下游烟道。
在146~207℃温度区间，气态氨与烟气中SO3反应生成粘性较强的NH4HSO4，容易造成空预器低温段受热面堵塞和腐蚀。
图1-1是空预器入口烟气中NH3与SO3浓度对空预器的影响：
区域I，不需要任何措施，为安全运行区域；区域II，可能会发生轻微的堵塞和腐蚀，不需要经常的水冲洗；区域III，硫酸氢氨的堵塞和腐蚀非常危险，需要频繁的水冲洗；区域IV，将随时导致机组停运。
图1-2是美国EPA对多个SNCR工程的氨逃逸浓度与脱硝效率的统计，脱硝效率约30~40%时，氨逃逸浓度不超过5μL/L。
通常，SNCR的氨逃逸浓度控制在10μL/L时，对空预器影响轻微。
由于SNCR不使用催化剂，无额外的SO3产生，对空预器的影响程度会比采用SCR小。
图1-1NH3与SO3对空预器的影响图1-2氨逃逸与脱硝效率的关系
3主要设计参数
表3-1锅炉基础数据
序号
名称
数据
单位
备注
1
锅炉类型
链条锅炉
2
装机容量
20
t/h
4
烟气量（干基9%氧）
30000
Nm3/h
估算
5
N0x初始排放浓度
450
mg/Nm3
干态9%含氧
6
N0x脱硝排放浓度
200
mg/Nm3
干态9%含氧
表2-2主要设计参数和性能指标
序号
项目内容
单位
数值
备注
1
脱硝前烟气NOx基准浓度
mg/Nm3
450
2
SNCR脱硝效率
%
56
3
SNCR运行后NOx浓度
mg/Nm3
200
4
NH3逃逸浓度
ppm
<10
5
SNCR系统对锅炉效率影响
%
<0.5
6
NSR
1.5
7
氨水浓度
％
20
8
氨水稀释后浓度
％
2.9
9
氨水消耗量
kg/h
38
20%浓度
10
除盐水耗量
kg/h
500
稀释水
11
杂用压缩空气耗量
Nm3/min
1.3
注：
以上消耗量是初步数据，待初步设计完成后提供最终数据。
4工艺系统说明
4.1氨水存储和供应系统
本项目的还原剂采用20%浓度的氨水。
外购的氨水由槽车运至电厂，氨水罐车中氨水经卸载泵打入氨水储罐中。
储存罐体积要满足业主用量要求，可按照7天的消耗量进行设计。
储罐材料采用SS304。
储罐为立式平底结构，装有液位、温度显示仪，装有人孔、梯子，通风孔。
储罐基础为混凝土结构。
该设备的布置应符合国家有关危化品安全、防火、卫生要求。
通常布置在较为独立的场地。
本项目设置1台氨水储罐，容量按1台机组7天消耗量设置。
4.2还原剂供给系统
专为用来提供氨水动力的系统。
主要功能包括：
为还原剂提升压头，提供喷射系统动力；
按照控制系统的要求提供足量的还原剂流量；
对还原剂液体内的杂质进行过滤；
该装置布置在氨水储存罐附近，配置一套。
4.3稀释水系统
SNCR系统设置一套稀释水系统。
根据还原剂喷射量以及喷射器的特性，向还原剂混合装置提供足够的稀释压力，以保证喷射装置处理良好的工作状态。
入除盐水压力不稳定采用稀释水箱。
稀释水装置布置在锅炉附近。
2.4计量分配系统
为每台锅炉的SNCR系统设置一套氨水稀释计量分配系统。
喷射区计量模块是一级模块，根据锅炉负荷、燃料、燃烧方式、NOx水平、脱硝效率等参数的变化，调节进入锅炉喷射区的反应剂流量。
同时，该模块在还原剂计量后，对各喷射区各喷射器的还原剂喷射流量进行逐个分配。
雾化空气和冷却空气从该装置注入。
2.5喷射器组件
每一个喷射器组件都具有还原剂和空气的接入口，以达到NOx减排所需流量和压力。
喷射器由不锈钢材料制造。
本项目为每台机组左右墙各设置1层喷射器，每层每侧各2支喷射器，共4支墙式喷射器（具体位置根据锅炉实际情况确定）。
2.6控制系统
烟气脱硝设置一套独立的PLC系统，实现对氨水供应系统设备的控制和操作界面，并通过PID调节实现氨水喷量的自动控制。
2.7电气系统
脱硝系统供电电压为380/220V三相四线制。
业主为氨区及每台SNCR区各提供一路电源到卖方柜内。
氨区照明灯具采用工厂三防灯形式；氨区及SNCR区不设置检修箱。
SNCR装置电耗和还原剂制备系统的电耗见下表。
序号
用电设备名称
台数
单台（kW）
装机容量（kW）
电压（VAC）
相数
备注
1
氨水储存区
1.1
氨水卸载泵
1
2
2
380
3
1.2
氨水输送泵
2
1.1
2.2
380
3
1.4
照明系统
1
4
4
220
2
2
炉区
2.1
稀释水装置
2
1.1
1,。
1
380
3
2.2
炉区热控用电
1
2
2
220
2
5主要设备表
表主要设备表
工艺设备清单
序号
设备名称
形式、规范
单位
数量
备注
一
氨水区
1
卸氨泵
卧式离心式泵,过流部分材质304,15m3/h,15m
台
1
2
氨水储罐
立式，Φ2.2m×2.3mH，材质：
304SS，V=7m3
台
1
3
氨水输送泵
立式多级离心泵（0.3m3/h,100m）
台
2
4
喷淋及洗眼器
套
1
二
炉区SNCR
1
稀释水箱
立式，Φ1.5m×2mH，材质：
304SS，V=3.5m3
台
1
2
稀释水泵
立式多级离心泵（0.8m3/h,100m）
台
2
3
计量装置
LCSNCR-MM-1
套
1
4
分配装置
LCSNCR-MM-4
套
1
5
墙式喷射器
LCSNCR-INJ，4支/炉
支
4
6
氨水软管及接头
套
4
雾化空气软管及接头
套
4
三
管道阀门
1
管道、支吊架等材料
套
1
2
仪表、阀门
套
1
四
平台扶梯
1
脱硝平台
SNCR模块平台
吨
0.5
五
其他
1
锅炉开孔、套管
含水冷壁开孔
套
4
2
喷枪密封盒
套
4
3
氨水遮阳棚
4m×5.5m×5m（高），轻钢彩板结构
1
个
六
电气系统
1
氨区控制柜
600*500*1000碳钢喷涂
台
1
2
稀释水泵控制柜
600*500*800碳钢喷涂
台
1
3
照明灯具及材料
批
1
4
动力电缆
VV4*6
批
1
5
电缆桥架及穿线管
镀锌桥架100*100，镀锌穿线管DN25
批
1
6
安装钢材及辅材
批
1
七
热控系统
1
PLC
套
1
2
压力表
带仪表阀
支
4
3
双金属温度计
不锈钢套管
支
1
4
磁翻板液位计
台
1
5
热电阻
台
1
6
调节阀
个
1
模块内
7
电磁流量计
个
1
模块内
8
转子流量计
个
4
模块内
9
压力表
个
9
模块内
注：
本方案不含CEMS、氨逃逸。
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