推荐SCR脱硝技术方案1.docx

1、推荐SCR脱硝技术方案1山东某热电有限公司3130t/h锅炉烟气脱硝工程技术方案脱硝工程技术方案1 总则1.1 项目总论山东某热电有限公司共安装了3台130t/h循环流化床锅炉，共分两期建设完成，一期安装两台锅炉（1#、2#锅炉），二期安装一台锅炉（为3#锅炉）。锅炉设计的脱硝工艺为SCR脱硝。现对1#、2#、3#三台锅炉脱硝工程编制方案，请业主方提出宝贵意见。1.2 基本设计条件本烟气脱硝工程业主提供技术参数如下：项 目单位型号或参数锅炉类 型循环流化床锅炉型 号数 量台3最大蒸发量t/h130省煤器出口烟气量Nm3/h160000省煤器出口烟气温度350烟气中NOx浓度mg/Nm3300年

2、运行时间h7000（暂定）1.3 设计指标序号参数单位参数指标备注1脱硝装置入口烟气量Nm3/h160000每台炉2脱硝装置入口烟气温度3503处理前烟气中NOx浓度mg/Nm33004烟气中含尘浓度g/m3355设计脱硝效率%70%6脱硝装置负荷适应范围%30%-110%7处理后烟气中NOx浓度mg/Nm31008NOx削减量kg/h39.66单台炉9脱硝系统总阻力Pa120010反应器内烟气流速m/s511氨逃逸量ppm312液氨（规定品质）耗量kg/h13.97单台炉1.4 设计原则（1）脱硝系统的设计脱硝率应满足国家和当地政府的排放标准；（2）采用的脱硝工艺应具有技术先进、成熟，设备可

3、靠，性能价格比高，有处理同容量大型燃煤机组烟气的商业运行业绩；（3）脱硝系统应对燃煤锅炉的NO排放浓度有较好的适应性；（4）脱硝系统应能持续稳定与锅炉同步运行；（5）脱硝工程在工艺选择和设备布置中要充分考虑现场条件；（6）优先考虑还原剂有可靠稳定来源的脱硝工艺，比如还原剂采用液氨；（7）对脱硝系统的投资和运行的经济性进行初步的分析。（8）脱硝系统采用PLC控制，留有与外界通讯的接口。1.5 技术规范和标准脱硝系统的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等遵循但不限于下列标准规范与技术要求：火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催

4、化还原法（HG562-2010）工业管道工程施工及验收规范(GBJ235-82)工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范（HGJ22991）室外给排水设计规范（GBJB-86）机械设备安装工程施工及验收规范(TJ231-78)压缩机风机泵安装工程施工及验收规范(GB50275-98)钢结构设计规范（GB17-88）钢结构、管道涂装技术规程（HGJ20983）自动化仪表工程施工及验收规范（GB500932002）电气装置安装工程电器设备交接试验规程（GB5015091）1.6 技术要求（1）脱硝工艺采用SCR法，脱硝催化剂层数按3层设置，其中一层预留。（2）脱硝效率按不小于70%设计。（3）脱硝系

5、统暂按设置烟气旁路系统考虑。 （4）脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间的高含尘区域。（5）还原剂采用纯液氨。（6）脱硝设备年运行小时按7000h考虑。（7）脱硝装置可用率不小于98%。（8）装置服务寿命为30年。1.7 工程主要内容本锅炉烟气脱硝工程的范围为从锅炉出口至空预器进口之间脱硝的全部内容。锅炉的烟气脱硝工程建设按一炉配置一台反应器方案进行，共设计三台脱硝反应器。本锅炉烟气脱硝工程主要包括以下几部分：液氨制备供应系统；氨喷射系统；烟道系统；SCR反应器；催化剂装卸系统；吹灰系统；电气、控制系统；保温、油漆；采暖通风系统；配套土建设计。1.8 工程接口位置液氨储存和氨注入系统：入口：

6、液氨罐车出口。出口：喷氨喷嘴(SCR装置内)。烟气系统：入口：锅炉省煤器出口烟道。出口：空预器进口烟道。蒸汽：蒸发器入口：液氨蒸发器汽源接口。脱硝装置可单独设电控室，也可不单独设电控室，而与主装置的共用。脱硝装置不单独设变压器，由主装置将低压负荷接至脱硝装置的进线柜。低压负荷和配电、控制室考虑与主装置一起布置。烟气在线装置：本脱硝装置出口配置3套烟气在线装置，布置在主装置的控制室内。2 脱硝工艺的选择2.1.1 SCR烟气脱硝技术近几年来选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)发展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用,目前催化还原烟气脱硝技术是应用最多的技术。1）SCR脱硝反应目前世界上流行的SCR

7、工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种方法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水。还原剂为NH3，其不同点则是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：NH2CONH2+H2O2NH3+CO2在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通

8、过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：4NO+4NH3+O24N2+6H2O6NO+4NH35N2+6H2O 当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：2NO2+4NH3+O23N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不

9、反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。2）SCR系统组成及反应器布置在选择催化还原工艺中，NOx与NH3在催化剂的作用下产生还原。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。SCR系统一般由氨的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、烟气系统、检测控制系统等组成。SCR反应器在锅炉烟道中一般有三种不同的安

10、装位置，即热段/高灰布置、热段/低灰和冷段布置。a.热段/高灰布置：反应器布置在空气预热器前温度为350左右的位置，此时烟气中所含有的全部飞灰和SO2均通过催化剂反应器，反应器的工作条件是在“不干净”的高尘烟气中。由于这种布置方案的烟气温度在250400的范围内，适合于多数催化剂的反应温度，因而它被广泛采用。但是由于催化剂是在“不干净”的烟气中工作，因此催化剂的寿命会受下列因素的影响：烟气所携带的飞灰中含有Na,Ca,Si,As等成分时，会使催化剂“中毒”或受污染，从而降低催化剂的效能。飞灰对催化剂反应器的磨损。飞灰将催化剂反应器蜂窝状通道堵塞。如烟气温度升高，会将催化剂烧结，或使之再结晶而失

11、效，如烟气温度降低，NH3会和SO3反应生成酸性硫酸铵，从而会堵塞催化反应器通道和污染空气预热器。高活性的催化剂会促使烟气中的SO2氧化SO3，因此应避免采用高活性的催化剂用于这种布置。为了尽可能地延长催化剂的使用寿命，除了应选择合适的催化剂之外，要使反应器通道有足够的空间以防堵塞，同时还要有防腐措施。b.热段/低灰布置：反应器布置在静电除尘器和空气预热器之间，这时，温度为250400的烟气先经过电除尘器以后再进入催化剂反应器，这样可以防止烟气中的飞灰对催化剂的污染和将反应器磨损或堵塞，但烟气中的SO3始终存在。采用这一方案的最大问题是，静电除尘器无法在250400的温度下正常运行，因此很少采

12、用。c.冷段布置：反应器布置在烟气脱硫装置（FGD）之后，这样催化剂将完全工作在无尘、无SO2的“干净”烟气中，由于不存在飞灰对反应器的堵塞及腐蚀问题，也不存在催化剂的污染和中毒问题，因此可以采用高活性的催化剂，减少了反应器的体积并使反应器布置紧凑。当催化剂在“干净”烟气中工作时，其工作寿命可达35年（在“不干净”的烟气中的工作寿命为23年）。这一布置方式的主要问题是，当将反应器布置在湿式FGD脱硫装置后，其排烟温度仅为5060，因此，为使烟气在进入催化剂反应器之前达到所需要的反应温度，需要在烟道内加装燃油或燃烧天然气的燃烧器，或蒸汽加热的换热器以加热烟气，从而增加了能源消耗和运行费用。以上三

13、种方案为SCR反应器的基本布局方式，就现场设备而言，一般要遵循以下布置原则：a.在规划基本的现场布置方案时，建筑和设备的位置应该按照需要的功能来布置，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护、和安全性。b.一台锅炉可以有一个SCR反应器，根据现场空间和现有设备系统的条件来决定。c.为SCR反应器留有适当的空间，用来设置过道，便于催化剂模块的安装和操作。e.为催化剂模块的抬升预留足够的空间。f.通道应该尽可能连续，所有的主要通道能允许叉式升降机或铲车)通行，并考虑其转动半径。对于一般燃油或燃煤锅炉，其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，

14、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系统商业运行业绩的脱硝效率约为60%80%。2.1.2 SNCR烟气脱硝技术选择性催化还原脱除NOX的运行成本主要受催化剂寿命的影响，一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人，这就是选择性非催化还原技术。该技术是用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。还原剂喷入炉膛温度为8501100的区域，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。研究发现，在炉膛8

15、501100这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOX，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在8501100范围内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：NH3为还原剂4NH3+4NO+O24N2+6H2O尿素为还原剂NO+CO(NH2)2+1/2O22N2+CO2+H2O当温度高于1100时, NH3则会被氧化为4NH3+5O24NO+6H2O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8501100。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

16、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，

17、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烟气脱硝技术的脱硝效率一般为25%50%，受锅炉结构尺寸影响很大，多用作低NOX燃烧技术的补充处理手段。采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂，值得注意的是，近年的研究表明，用尿素作为还原剂时，NOX会转化为N2O，N2O会破坏大气平流层中的臭氧，除此之外，N2O还被认为会产生温室效应，因此产生N2O问题己引起人们的重视。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

18、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。2.1.3 SNCR/SCR混合烟气脱硝技术SNCR/SCR混合烟气脱硝技术是把SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来，进一步脱除NOX。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高效率及低的氨逃逸率进行有效结合。该联合工艺于20世纪70年代首次在日本的一座燃油装置上进行试验，试验表明了该技术的可行性。理论上，SNCR工艺在脱除部分NOX的同时也为后面的催化法脱硝提供所需要的氨。SNCR体系可向SCR催化剂提供充足的氨，但是控制好氨的分布以适应NOX的分布的改变却是非常困难的。为了克服这一难

19、点，混合工艺需要在SCR反应器中安装一个辅助氨喷射系统。通过试验和调节辅助氨喷射可以改善氨气在反应器中的分布效果。资料介绍SNCR/SCR混合工艺的运行特性参数可以达到40%-80%的脱硝效率，氨的逃逸小于5l0ppm。3 脱硝工程方案3.1 脱硝工艺系统烟气脱硝工艺系统主要由液氨储存系统、氨注入系统、SCR反应器及附属系统等组成。3.1.1 氨的储存系统（1）系统组成液氨储存系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐等。（2）工艺描述还原剂（氨）用罐车运输并在储罐储存。在高压下，氨被液化以减小运输和储存的体积。市场购买的还原剂液态氨浓度为99.6% ,供应商用罐装车运输（以液体形态储存在压力容器内），

20、送往氨贮存场地，通过氨卸载压缩机抽取储罐中气体氨，经压缩后将槽车中的液氨挤入液氨储槽中贮存。使用时，储存罐中的氨借助自压输送到蒸发器中。锅炉SCR烟气脱硝系统还原剂液氨设计参数表如下。表3-1 液氨设计参数表参数数值还原剂类型无水氨纯度（%）99.6脱硝效率（%）70氨逃逸（mg/Nm3）3催化剂寿命（小时）24000NH3耗量（kg/h）41.91（三台炉）年耗NH3（t/a）293.37（3）主要设备选型 卸载压缩机卸料压缩机为往复式压缩机，系统设置一台卸载压缩机。 液氨储槽本工程设置一台液氨储罐，供三台炉使用。液氨储罐的最大充装量为20m3。储氨罐可供应三台炉设计条件下，每天运行24小时

21、，连续运行10天的消耗量。3.1.2 氨注入系统（1）系统组成氨注入系统包括液氨蒸发槽、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水泵、废水池等。（2）工艺描述储罐里的液态氨靠自压输送到蒸发槽，在蒸发槽内将氨蒸发。从蒸发槽蒸发的氨气流进入氨气缓冲罐，通过氨气输送管道送至每一台炉的SCR反应装置旁。再用空气稀释高浓度无水氨，这样氨/空气混合物安全且不易燃。通过装在SCR入口烟道内的氨注入格栅，将氨/空气混合物注入到SCR系统内。（3）主要设备选型 液氨蒸发槽液氨蒸发槽面积按照在BMCR工况下三台锅炉120容量设计。采用蒸汽加热水。 氨气缓冲罐氨气缓冲罐的作用是稳定氨气的供应，避免受蒸发槽操作不稳定所影响。本工程

22、设有一台氨气缓冲罐。 氨气稀释槽氨气稀释槽为立式水槽，水槽的液位由满溢流管线维持，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。本工程设有一台氨气稀释槽，设计压力：常压。 稀释风机喷入锅炉烟道的氨气为空气稀释后的混合气体。所选择的风机满足脱除烟气中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。每台稀释风机按一台炉的100容量（一用一备）设置，共有二台离心式稀释风机。 氨/空气混合器为了实现氨和稀释空气的充分、均匀的混合，本工程共设置一台氨/空气静态混合器。 氨气泄漏检测器液氨储存及注入系

23、统周边设有2只氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。氨气泄漏检测器分别布置在液氨罐车卸氨时停车位置处及蒸发器和缓冲罐处（1点），液氨储罐附近（1点），共2点。 氨系统排放液氨储存和注入系统的氨排放管路为一个封闭系统，将由氨气稀释槽吸收成氨废水后排放至废水池再经废水泵送至主厂废水处理站。 氮气吹扫液氨储存及注入系统必须保持系统的严密性，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，本工程设有专用氮气瓶库，并配有氮气吹扫管线。3.1.3 SCR反应器及附属系统（1）系统组成SCR反应器和附属系统由氨注入格栅、SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。

24、（2）工艺描述由氨/空气混合器来的稀释氨气通过氨注入格栅的多个喷嘴，将氨喷入烟气中。注入格栅后的烟气混合装置促进烟气和氨的混合，保证烟气中氨浓度的均匀分布。来自锅炉出口的烟气通过SCR反应器，SCR反应器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3与NOX反应从而脱除NOX，催化剂促进氨和NOX的反应。在SCR反应器最上面有整流栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、安装和更换。SCR反应器催化剂层间安装声波吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反应副产物，以减少反应器压力降。（3）主要设备选型 SCR反应器反应器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射格栅，在反应器的

25、竖直段装有催化剂床。反应器采用固定床平行通道型式。 喷氨格栅为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气的NH3/NOx摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。本工程共设置三台喷氨格栅。 吹灰器SCR采用蒸汽吹灰器，能够保持催化剂的连续清洁，清灰彻底，不留死角，实现最大限度、最好的利用催化剂对脱硝反应的催化活性，延长催化剂的寿命，降低SCR的维护成本。每层催化剂设置一套声波吹灰器，本工程共有6套声波吹灰器。3.2 脱硝装置总体布置可根据现场实际情况进行最优布置。3.3 电气系统电气系统主要包括供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、防雷接地系统、电缆和电

26、缆构筑物等。3.3.1 供配电系统本方案中脱硝系统供电电源采用三相五线制，电压380/220V。供电系统由进线柜、馈电柜、就地控制箱、照明箱、检修箱等组成；脱硝电源由业主方将满足设计负荷的双路供电电源，引至脱硝电源系统进线柜的总开关上。本系统电气设备控制包括手动机旁就地控制、操作员站远程控制。所有在线备用设备在运行设备出现故障后均能通过硬接线方式投运，不影响整个系统的正常工作。所有设备的联锁、联跳、保护跳闸均采用硬接线方式，确保设备安全。电气设备的运行状态在就地控制箱、操作员站画面上有信号指示灯指示。3.3.2 电气控制与保护脱硝装置电气系统纳入脱硝岛PLC控制系统，不设常规控制屏。电气系统与

27、脱硝PLC采用硬接线。3.3.3 照明及检修系统照明采用交流正常照明系统。交流正常照明系统采用380/220V，中性点直接接地系统。脱硝电气检修系统电源取脱硝电气系统馈线柜。3.4 控制系统3.4.1 总则本工程脱硝控制设一套PLC加上位机控制系统，操作员站画面上可同时监视和控制脱硝装置内设备的运行。脱硝控制系统按照功能和物理相结合的原则设计，脱硝装置控制系统的功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、事件顺序记录（SOE）等，本方案中对脱硝装置控制系统的功能描述仅为最基本的要求，具体实施时，将结合所提供的工艺系统设计并组态功能完善的脱硝装置控制系统。其

28、控制系统的技术要求为：整个脱硝系统采用一套PLC加上位机控制系统，并通过工程师或操作员站在控制室内对所有脱硝系统设备进行控制和监测，通过系统配置的各项分析和测量仪表，自动按程序控制各设备的运行。系统可实现远控、远方手动、就地操作，泵可实现就地启动/停止/急停操作。人机接口设计（MMI）：设置一台操作员站，一台工程师站。脱硝控制室将设在锅炉集控室内。脱硝装置控制系统与操作员站计算机的监控范围包括：脱硝装置系统；脱硝装置电气系统（低压电源回路的监视和控制等）。3.4.2信号与测量脱硝控制室不设常规音响及光字牌，所有开关状态信号、电气事故信号及预告信号均送入脱硝PLC系统。脱硝控制室不设常规测量表计

29、，采用420mA变送器（变送器装于相关开关柜）输出信号并送入脱硝PLC。脱硝区域测量和电能计量设计按电测量及电能计量装置设计技术规程配置。3.4.3 烟气在线监测系统（业主负责）本工程设三套全组份烟气在线仪，用来测量出口烟气中的污染物浓度。3.5 土建工程脱硝建（构）筑物分为氨区和反应器区。土建工程设计执行国家及电力行业最新实行或将要实行的相关规范、规程和规定。我方提供土建工程设计、业主方负责土建施工。SCR主体支撑结构采用钢结构，SCR装置的钢支架应与已建成锅炉厂配合，根据SCR装置的荷重和检修、维护的要求设置相应的支撑、平台扶梯。氨储罐区、气化间采用防晒雨棚，高度为4.0m；氮气瓶室、氨区

30、配电间和控制室等采用砖混结构，高度为4.0m。3.6 消防系统主厂的消防系统已建成，有正规的消防队编制，自备有消防车辆，因此本项目仅可在界区内依规定设置消火栓和专用灭火器材，并留有消防通道。5运行费用分析5.1 运行成本分析按3台炉运行，单台炉平均年运行时间7000h计算。单价暂定，运形费用分析仅供参考，未包括催化剂的更换。运行成本见下表：运行成本核算明细表序号名称用量(/年)单价小计(万元)备注1液氨293.37t2400元/t70.41按设计品质2电175000kW.h 0.5元/kW.h8.753蒸汽4200t80元t33.604水7000m32.0元/m31.405人工3人30000元/年9.006合计123.16注：脱硝系统全年运行费用为123.16万元5.3 经济效益分析锅炉烟气脱硝工程,按三台炉运行计算，NOX年生成量为832.86吨，实施烟气脱硝工程后，每年减少NOX排放量