600MW机组脱硝改造设备说明书.docx
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600MW机组脱硝改造设备说明书
一期脱硝系统设备说明书
1概况
烟气脱硝工艺可以分为湿法和干法两大类，湿法是指反应剂为液态的工艺方法，干法是指反应剂为气态的工艺方法。
无论是干法还是湿法，依据脱硝反应的化学机理，又可以分为还原法、分解法、吸附法、等离子体活化法和生化法等。
目前世界上较多使用的湿法有气相氧化液相吸收法和液相氧化吸收法，较多使用的干法有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法等（SNCR）。
国电北仑一期2×600MW脱硝改造工程采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，还原剂采用气氨，每台锅炉配两台反应器。
脱硝工艺引进国外（日本JGCC@C）的技术,在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，设计脱硝效率不小于60％，脱硝层数按2+1设置。
脱硝系统不设置烟气旁路和省煤器高温旁路系统,双反应器布置在锅炉省煤器出口和空预器之间,催化剂区域内流速设计不超过6m/s。
烟气脱硝系统由氨气制备系统和脱硝反应系统两部分组成，脱硝反应系统由上部烟道、氨喷射器、氨混合器、SCR反应器、出口烟道等几部分组成。
SCR反应器以锅炉中心线为基准，分左右两侧对称布置。
由于氨的运输与贮存均为液态方式，本工程中设置液态氨的卸料、贮存与液态氨转化为气态氨的系统，既氨气制备系统。
烟气脱硝主要用来将锅炉排放烟气中的氮氧化物分解成无害的氮气和水，液氨从液氨槽车由卸料压缩机送入液氨储罐,经过蒸发器蒸发为氨气后通过氨缓冲罐和输送管道进入锅炉区,通过氨空气混合器与空气均匀混合后由喷氨格栅喷入烟道，再通过烟氨混合器与烟气均匀混合，混合后的烟气通过SCR反应器内催化剂层进行还原反应。
SCR反应器设置于空气预热器前、省煤器底部灰斗后，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。
脱硝设备年利用小时按5500小时考虑，投运时间按8000小时考虑。
脱硝氨区废水通过废水泵接到三期氨站废水排放管后引入到化学一类废水池。
脱硝钢结构主体约1150吨；脱硝烟道总重约为210吨；SCR反应器总重约285吨；催化剂约150吨/层。
2技术规范及工作原理
2.1技术规范
表1脱硝系统入口烟气实测参数
项目
单位（体积百分比）
数据（湿基）
省煤器出口烟气成分
#1炉
#2炉
CO2
%
17.28
17.57
O2
%
2.46
2.45
N2
%
73.57
73.12
H2O
%
6.52
6.68
表2锅炉600MW负荷下脱硝系统入口烟气参数
序号
项目
单位
#1机组
#2机组
600MW
450MW
300MW
600MW
450MW
300MW
1
烟气温度
℃
348
315
294
343
315
293
2
入口烟气压力
kPa
-1.43
-
-1.115
-
3
烟气流量
m3/h（湿基，实际O2）
5200000（BMCR）
-
5200000（BMCR）
-
4
烟气流量
Nm3/h（标态，干基，6%O2）
-
-
-
5
NOx
mg/Nm3（标态，干基，6%O2）
400
-
400
-
6
含尘量
g/Nm3
40
-
40
-
表3锅炉ECR工况脱硝系统入口烟气中污染物成分（标准状态，湿基6%O2）
项目
单位
数据
#1炉
#2炉
烟尘浓度
g/Nm3
40
40
NOx（以NO2计）（6%O2,干基）
mg/Nm3
400
400
Cl（HCl）
mg/Nm3
0.043
0.088
F（HF）
mg/Nm3
0.062
0.120
SO2
mg/Nm3
2800
2800
SO3
mg/Nm3
28
28
表5脱硝设备设备技术规范
序号
项 目 名 称
单 位
数 据
1.1
一般数据
总压损（含尘运行）
Pa
800（两层催化剂，BMCR）/
1000（三层催化剂，BMCR）
SCR反应器本体每层催化剂
Pa
400（两层），600（三层）
进口烟道
Pa
250
出口烟道
Pa
150
NOx脱除率，性能考核期间
%
80
NOx脱除率，加装备用层催化剂前
%
80
SO2转化成SO3的转化率
%
1
氨逃逸率
µL/L
3
脱硝装置可用率
%
98
1.2
消耗品
液氨（规定品质）
t/h
0.65（一期）1（二期）
工业冲洗水（规定水质）
m3/h
1
电耗
kW
液氨系统
SCR反应区
空压机
40kW
150kW
400kW
仪用压缩空气
m3/h
5Nm3/h,0.6Mpa（SCR区）
30Nm3/h,0.6Mpa（氨区）
杂用压缩空气（间断）
m3/h
60.8Nm3/h,0.7Mpa（声波2层）
91.2Nm3/h,0.7Mpa（声波3层）
蒸汽
t/h
1.5
设备冷却水量
m3/h
1
消防水量
m3/h
128
1.3
SCR反应器出口污染物浓度（氧含量6%，标态，干基）
NOx
mg/Nm3
60
NH3
µL/L
3
SO2
mg/Nm3
2970
SO3
mg/Nm3
27.7
HCl
mg/Nm3
同入口
HF
mg/Nm3
同入口
烟尘
g/Nm3
40
1.4
噪音等级（最大值）
稀释风机（距声源1米远处测量）
dB（A）
<85
其他设备（距声源1米远处测量）
dB（A）
<80
2
脱硝设备
2.1
烟气系统
（1）
烟道
总壁厚
mm
6
腐蚀余量
mm
1
烟道材质
Q345
设计压力
Pa
±8700
运行温度
℃
348（#1）、343（#2）
烟气流速
m/s
15
保温厚度
mm
240
保温材料
硅酸铝纤维毯
保护层材料
铝皮
膨胀节材料
非金属
灰尘积累的附加面荷载
kN/m2
15
烟气阻力
Pa
400
灰斗（有/无）
个
无
单个灰斗体积（有/无）
m3
（2）
反应器
数量
2/炉
大小（长×宽×高）
m
12X15.6X19.5（#1）、11X15.6X19.5（#2）
壁厚
mm
6-30
腐蚀余量
mm
1
材质
Q345
设计压力
Pa
±8700
运行温度
℃
348（#1）、343（#2）
烟气流速
m/s
15
保温厚度
mm
240
保温材料
硅酸铝纤维毯
保护层材料
铝皮
灰尘积累的附加面荷载
kN/m2
4
烟气阻力
Pa
400（含催化剂）
（3）
氨喷入系统
型式
涡流混合
喷嘴数量
个
6
管道材质
20钢
阀门数量
个
12
（4）
静态混合器（如有）
无
型式
数量
个
材质
均匀混合所需烟道长度
（5）
催化剂
生产厂家
cormetech康宁
型式
蜂窝式
层数
2（运行）+1（备用）
每层高度
m
3
活性温度范围
℃
320-420
孔径（pitch）
mm
18x18
基材
TiO2
催化剂组成
V2O5、WO3
体积
m3
536x2
比表面积
m2/m3
409
模块数量
个
96
模块尺寸
1912x974x915
重量
T
1.2/模块
模块吊装方式
电动葫芦起吊
加装附加层年数及催化剂数量
年/m3
3/147（#1）、3/134（#2）
加装附加层所需时间
天
3
加装附加层到第一次更换催化剂时间
年
3
更换一层催化剂所需时间
天
6
烟气流速（截面）
m/s
#1炉：
5.10（空塔流速）
#2炉：
5.10（空塔流速）
（6）
声波吹灰器
型号
数量
台
20
压缩空气压力
MPa
0.7
压缩空气流量
Nm3/h
60.8Nm3/h,0.7Mpa（声波2层）
91.2Nm3/h,0.7Mpa（声波3层）
2.2
氨站及供应系统
（1）
卸料压缩机
型号
ZW-0.8/16-24
生产厂家
蚌埠液化气压缩机厂
结构形式
风冷立式双缸单作用
工程容积流量
m3/min
0.8
压缩级数
1
转速
r/min
550
吸气压力
MPa
1.6
排气压力
MPa
2.4
吸气温度
℃
≤50
排气温度
℃
≤100
润滑方式
曲轴、连杆、十字头
飞溅润滑
气缸、填料
无油润滑
外形尺寸
mm
1500×800×1100
机组重量
Kg
约720
电动机
型号
YB180M-4
额定转速
r/min
1470
额定电压
V
380
额定电流
A
35.9
额定功率
kW
18.5
（2）
液氨储罐
生产厂家
宁波明欣化工机械有限责任公司
型号
F121315/F121316
数量
台
2
容积
m3/罐
150
外径
m
3.6
长度
m
15.46
壁厚
mm
6
设计压力
MPa
2.16MPa
工作压力
MPa
0.1~1.5
设计温度
℃
20
工作温度
℃
-20~50
材质
Q345R
降温喷淋水
有
防晒棚
有
（3）
液氨蒸发槽
型号
数量
台
2
容积
t/h
1.6
外壳设计压力
MPa
2.16
盘管设计压力
MPa
1.6
热量消耗
kJ/h/台
2100
热水耗量
t/h
1.5（蒸汽耗量）
蒸发能力
kg/h/台
1500
材质
外壳Q345，盘管不锈钢
（4）
氨气缓冲槽
型号
数量
台
2
容积
m3
10
设计压力
MPa
0.5
运行压力
MPa
0.35
运行温度
℃
20-50
材料
16MnR
（5）
氨气稀释槽
型号
数量
台
1
设计温度
℃
20
设计压力
MPa
0.1
容积
m3
10
材料
Q235
（6）
废水泵
生产厂家
江苏靖江天力泵业有限公司
型号
65WFB-C
数量
台
2
出口压力
MPa
0.48
功率
kW
22
流量
m3/h/台
46
转速
r/min
2900
整机重量
Kg
344
配套电机
（7）
氨站仪用气储罐
生产厂家
西安宋南浩达机械有限公司
产品编码
11698#
设备代码
21706107720111698
容器容积
2m3
容器内径
mm
1100
容器长
mm
2318
壳体厚度
mm
8
材料
Q235B
壳体重量
kg
610
设计压力
MPa
1.05
设计耐温
100℃
（8）
稀释风机
型式
数量
台
4
流量
Nm3/h
9500
全压
Pa
4500
静压升
Pa
-
转速
r/min
-
效率
％
-
主轴承型式
-
100%负荷轴功率
kW
电机
·型式
·转速
r/min
·额定功率
kW
22
·额定电压
kV
0.38
·轴承型式
·冷却方式
风冷
·绝缘等级
重量（风机／电机）
T
入口滤网及消音器型式
出口挡板型式
可调式
出口逆止门型式
（9）
混合器（氨气与空气混合箱）
型号
数量
台
4
11.2.2工作原理
选择性催化还原法是利用氨（NH3）对NOx的还原功能，在催化剂的作用下将NOx还原为对大气没有多大影响的N2和水。
“选择性”的意思是指氨有选择的进行还原反应，在这里它只选择NOx还原。
氨与烟气中的NOx在催化剂（如V2O5-TiO2）床层上进行如下的主要反应：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
（1）
6NO+4NH3→5N2+6H2O
（2）
6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2（4）
还原剂NH3与烟气均匀混合后一起通过一个由催化剂填充的脱氮反应器，反应器中的催化剂分上下多层（一般为2～4层）有序放置。
在催化剂作用下，NOx和NH3发生还原反应，生成N2和H2O。
经过最后一层催化剂后，使烟气中的NOx控制在排放限值以下。
催化剂不同，反应所需温度也不一样。
以二氧化钛为载体的钯、铂催化剂，所需的反应温度为300℃～400℃。
11.3SCR反应器
SCR工艺的核心装置是脱氮反应器，图1为改造的脱硝反应器的结构。
图1#1炉脱硝反应器结构
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。
SCR反应器的设计考虑与周围设备布置的协调性及美观性。
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，反应器入口及出口段设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。
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。
反应器设置有人孔门,和内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置。
反应器的内部设计能适应于任何蜂窝式催化剂产品。
SCR反应器能承受运行温度420℃不少于5小时的考验，而不产生任何损坏。
11.4催化剂
催化剂是SCR的核心。
由于采用催化剂，可以使NOx与氨之间的化学反应在较低的温度下（180℃～600℃）进行，并且可以获得更高的还原剂利用效率。
催化剂促进化学反应，但是它本身并不消耗，催化剂效率会随着时间的推移逐步有所下降，主要因为它的表面被玷污或者被一些有害元素毒害而丧失了活性。
几乎所有的催化剂都含有少量的氧化钒和氧化钛，因为氧化钛具有较高的抗SO3的能力。
一般燃煤锅炉用催化剂，均要求SO2转化率在1%以下。
SCR催化剂的载体可以是氧化钛、沸石、氧化铁、或活性炭。
燃煤锅炉使用的大多数催化剂是由钒和钛混合而成，一般来说催化剂是由多种的活泼金属和载体物质构成。
对于不同的烟气温度需要选用不同的催化剂。
基本的金属催化剂含有钛、钒、鉬或者是钨。
金属催化剂的使用范围，从230℃～425℃，而对于更高温度比如360℃～600℃，则可使用分子筛催化剂，对于一些更低温度，比如180℃～290℃，可使用含有一些贵金属如铂和鈀的金属催化剂。
催化剂的结构、形状随它的用途而变化。
蜂窝式和板式是常用的结构，一般组合成尺寸约为2×1×1m3的模块。
见图11-2。
对于催化剂的两种形式，两者各有优缺点：
一般认为在燃煤电厂脱硝装置布置在省煤器和空预器之间时，采用平板式催化剂和大孔径的蜂窝式催化剂都是可以的，对于燃气电厂和脱硝装置布置在低含尘浓度的时候，会采用蜂窝式催化剂。
从国外应用情况来看，推荐平板式和蜂窝式的厂商数量基本持平，另外，从目前世界范围内的使用情况来看，两种形式的催化剂数量也基本相当。
具体比较见表11-4。
表4两种型式催化剂比较
项目
平板式
蜂窝式
压降
小
大
活性
相当
相当
阻塞问题
不易阻塞
易阻塞
催化剂组成
TiO2里有不锈钢骨架
基材全是TiO2
催化剂体积（同等条件下）
大
小
价格
低
高
可靠性
着火
不会着火
反应器体积
小
大
本工程催化剂的型式采用美国cormetech（康宁）蜂窝式、模块式产品。
根据锅炉飞灰的特性合理选择孔径大小，设计有防堵灰措施，以确保催化剂不堵灰。
同时，催化剂设计尽可能的降低压力损失。
催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的设计寿命不低于催化剂的寿命。
设计时并考虑了燃料中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。
在加装新的催化剂之前，催化剂体积应满足性能保证中关于脱硝效率和氨的逃逸率等的要求。
同时，考虑预留加装催化剂的空间。
催化剂能承受运行温度420℃不少于5小时，而不产生任何损坏。
11.5氨喷射系统
11.5.1氨喷射器
氨喷射器安装位置和喷嘴的结构与布置方式都要尽量保证喷入的氨与烟气充分混合。
在将氨喷入烟气之前，利用热水或蒸汽，或者在小型电器设备中对氨进行汽化。
将汽化后的氨与空气混合（通常与空气预热器来的一股热风混合），然后通过网格型布置在整个烟道中的喷嘴把NH3和空气混合物均匀地喷到烟气中（95％～98％空气，2％～5％氨）。
为了使氨与烟气在SCR反应器前有较长的混合区段以达到混合的均匀度，采用的措施是把氨的喷入点选在催化剂上游较远的地方，另外还通过设置格栅来强化混合程度。
为保证氨气和烟气混合均匀，喷射系统设置流量调节阀，能根据烟气不同的工况进行调节。
喷射系统具有良好的热膨胀性、抗热变形性和和抗振性。
氨喷射系统提供2层平台，一层氨喷射系统的阀门操作平台，二层氨喷嘴上游处设置调试和性能试验平台。
11.5.2制氨系统
液氨储存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。
此套系统提供氨气供脱硝反应使用。
液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入储氨罐内，将储槽中的液氨输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽来控制一定的压力及其流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送达脱硝系统。
氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理。
液氨具有一定的腐蚀性，在材料、设备存在一定的应力情况下，可能造成应力腐蚀开裂；液氨容器除按一般压力容器规范和标准设计制造外，要特别注意选用合适的材料。
由上述氨的性质和对氨系统的重要性可知，设计的氨的制备及其供应系统中：
氨的供应量能满足锅炉不同负荷的要求；存氨罐与其他设备、厂房等要有一定的安全防火防爆距离，并在适当位置设置室外防火栓，设有防雷、防静电接地装置；氨存储、供应系统相关管道、阀门、法兰、仪表、泵等设备选择时，满足抗腐蚀要求，采用防爆、防腐型户外电气装置。
氨液泄漏处及氨罐区域应装有氨气泄漏检测报警系统；系统的卸料压缩机、储氨罐、氨气蒸发槽、氨气缓冲槽及氨输送管道等都备应有氮气吹扫系统，防止泄漏氨气和空气混合发生爆炸。
本工程液氨系统的设计由四川化工设计院承担。
按五台机组公用一套系统设计，主要设备如下：
1.卸料压缩机
卸料压缩机抽取储氨罐中的氨气，经压缩后将槽车的液氨推挤入液氨储罐中。
在选择压缩机排气量时，考虑储氨罐内液氨的饱和蒸汽压，液氨卸车流量，液氨管道阻力及卸氨时气候温度等。
卸料压缩机2台，1用1备，型号为ZW-0.8/16-24。
2.储氨罐（每台炉一系列）
每台炉液氨的储氨罐容量，按照锅炉BMCR工况，在设计条件下，每天运行20小时，连续运行10天的消耗量考虑，设计2×150M3卧式储氨罐。
储槽上应安装有超流阀、逆止阀、紧急关断阀和安全阀为储槽液氨泄漏保护所用。
储槽还装有温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器将信号送到脱硝控制系统，当储槽内温度或压力高时报警。
储槽应有保温层和遮阳棚防太阳辐射措施，四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储槽槽体温度过高时自动淋水装置启动，对槽体自动喷淋减温；当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置，对氨气进行吸收，控制氨气污染。
3.液氨蒸发槽
液氨蒸发所需要的热量采用蒸汽来提供热量。
蒸发槽上装有压力控制阀将氨气压力控制在一定范围，当出口压力达到过高时，则切断液氨进料。
在氨气出口管线上应装有温度检测器，当温度过低时切断液氨，使氨气至缓冲槽维持适当温度及压力，蒸发槽也应装有安全阀，可防止设备压力异常过高。
液氨蒸发槽应按照在BMCR工况下2×100％容量设计，气化能力2×450kg/h。
4.氨气缓冲槽（氨气积压器）
从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲槽，通过调压阀减压成一定压力，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的脱硝系统。
液氨缓冲槽应能满足为SCR系统供应稳定的氨气，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。
缓冲槽上也应设置有安全阀保护设备。
容量2×5m3。
5.氨气稀释槽
氨气稀释槽为一定容积水槽，水槽的液位应由满溢流管线维持，稀释槽设计连结由槽顶淋水和槽侧进水。
液氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽低部进入，通过分散管将氨气分散入稀释槽水中，利用大量水来吸收安全阀排放的氨气。
容量10m3一只。
6.氨气泄漏检测器
液氨储存及供应系统周边设有氨气检测器，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。
液氨储存及供应系统设在炉后，应采取措施与周围系统作适当隔离。
氨气泄漏检测器分别布置在液氨区及氨气稀释区域，2台炉共计6个。
7.排放系统
在氨制备区设有排放系统，使液氨储存和供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，将经由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池，再经由废水泵送到工业废水处理车间。
8.氮气吹扫系统
液氨储存及供应系统保持系统的严密性防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸是最关键的安全问题。
基于此方面的考虑，在本系统的卸料压缩机、储氨罐、氨气蒸发槽、氨气缓冲槽等都备有氮气吹扫管线。
在液氨卸料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和系统中残余的空气混合造成危险。
11.6吹灰器系统
本工程采用声波吹灰。
每台锅炉安装二层（32只）声波吹灰器，第三层预留吹灰孔。
吹灰控
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