页岩油SCR脱硝方案概论.docx

1、页岩油SCR脱硝方案概论窑街煤电集团页岩油燃料有限公司燃气发电机组烟气脱硝工程技术方案兰州星晨环保科技有限公司2015年4月22日1、 总则 11.1 项目总论 11.2 基本设计条件 11.3 设计指标 11.4 设计原则 21.5 技术规范和标准 21.6 技术要求 31.7 工程主要内容 31.8 工程接口位置 32、脱硝工艺的选择 43、脱硝工程方案 73.1 脱硝工艺系统 73.2 脱硝装置总体布置 133.3 电气系统 133.4 控制系统 143.5 土建工程 153.6 消防系统 154、运行费用分析 154.1 运行成本分析 155、SCR系统主要设备表 176、质量保证及服

2、务承诺 181 总则1.1 项目总论窑街煤电集团页岩油燃料有限公司30台燃气发电机组，设计的脱硝工艺为SCR脱硝。1.2 基本设计条件本烟气脱硝工程技术参数如下：项 目单位型号或参数发电机组类 型/燃气发电机组数 量台30入口总烟气量Nm3/h1500Nm3/min90000Nm3/h入口烟气温度500烟气中NOx浓度mg/Nm31000年运行时间h80001.3 设计指标序号参数单位参数指标1脱硝装置入口烟气量Nm3/h900002脱硝装置入口烟气温度300-4503处理前烟气中NOx浓度mg/Nm310004处理后烟气中NOx浓度mg/Nm3805设计脱硝效率%92%6脱硝装置负荷适应范围

3、%50%-100%7NOx削减量kg/h1108脱硝系统总阻力Pa12009反应器内烟气流速m/s510尿素消耗量kg/h1651.4 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）采用的脱硝工艺应技术先进、成熟、可靠；（3）脱硝系统应对燃气发电机组的NO排放浓度有较好的适应性；（4）脱硝系统应能持续稳定与燃气发电机组同步运行；（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）优先考虑尿素（或采用液氨）为还原剂，有可靠稳定来源（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

4、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）火电厂烟气脱硝技术规范选择性催化还原法（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

5、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92%设计。（3）脱硝系统暂按设置烟气旁路系统考虑。 （4）还原剂采用固体尿素溶解成纯液态尿素溶液（或液氨）（5）脱硝设备年运行小时按8000h考虑。（6）脱硝装置可用率不小于98%。（7）装置服务寿命为30年。1.7 工程主要内容烟气脱硝工程建设按多炉配置一套脱硝装置方案进行，本工程主要包括以下几部分：尿素制备供应系统；氨气喷射系统；烟道系统；SCR催化反应器；催化剂装卸系统；吹灰系统；电气、控制系统；保温、油漆；配套土建设计。1.8

6、工程接口位置尿素储存和尿素注入系统：入口：尿素储存罐、尿素溶解箱。出口：喷射系统、喷氨格栅蒸汽：SCR装置：蒸汽吹灰系统。管 道：系统保温电源及控制：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：本脱硝装置进出口配置2套烟气在线装置，检测进出口烟气数据。2 . 脱硝工艺的选择2.1.1 SCR烟气脱硝技术近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S

7、CR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，先利用分解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

8、后通过分配格栅喷入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。在燃气发电机组的烟气中，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。在绝大多数燃气发电机组烟气中，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

9、反应。有一小部分氨不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。反应器布置在燃气发电机组出口，这时，温度为400的烟气进入催化剂反应器，烟气中的SO2二氧化硫含量较少。反应器布置在无尘、无S

10、O2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。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.30台燃气发电机组可以合并成一个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

11、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。3 脱硝工程方案3.1 脱硝工艺系统3.1.1 尿素储存与尿素溶液制备系统（1）设计原则 作为还原剂的固体尿素，被溶解制备成浓度为32.5的尿素溶液，尿素溶液经尿素溶液输送泵输送喷入反应器，进行脱氮反应。固体尿素运送到现场后，进入尿素储存仓内进行储备。尿素储存仓的容积足够储存脱硝系统运行15天所需要的尿素的量。溶解池的设计容积按照脱硝系统运行所需要的尿素溶液的量进行设计。（2）主要的设备和构筑物 尿素储存仓：尿素如果贮存不当，容易吸湿结块。因此，尿素储仓要求干燥、通风良好、温度在20度以下，若购买的尿

12、素为袋装式的，则储仓地面用木方垫起20cm左右，上部与仓顶要留有50cm以上的空隙，以利于通风散湿，垛与垛之间要留出过道，以利于检查和通风。若为散装尿素，则储存仓应注意防潮，保持物料的流动性。秤重给料机：按照水和尿素的比例，秤重给料机向溶解池内输送所用尿素量，配置为32.5%浓度的尿素溶液供使用。配置的方式为定时配置。溶解池：采用不锈钢结构。所用溶解水为去离子水、去矿物质水、反渗透水或者冷凝水尿素溶液输送系统（1）设计原则尿素溶液输送泵采用离心泵。输送泵设有备用，对于输送供给系统，输送泵应采用2100%方案考虑。输送供给系统设置加热器，补偿尿素溶液输送途中热量损失的需要。为避免杂物对泵机及喷嘴

13、的损坏，溶解池到输送泵入口设有滤网。（2）主要设备输送泵2台。一用一备尿素车间3.1.2尿素溶液喷射系统（1）设计原则尿素溶液喷射系统的设计应能适应燃气发电机组最低负荷工况和最大负荷工况之间的任何负荷持续安全运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。并应尽量考虑利用现有燃气发电机组平台进行安装和维修。 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SCR反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。（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。来自燃气发电机组

14、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蒸汽及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

15、进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。吹灰器SCR采用蒸汽及声波吹灰器，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吹灰器。催化剂SCR催化剂是SCR脱硝系统的核心，一般分为平板式、蜂窝式和波纹式三种，其中蜂窝式在我国使用最广泛。催化剂参数催化剂指标单位数据及技术参数备注及说明型式蜂窝式型号DMZ-CAT-18L600催化剂设计体积机组配反应器数台1催化剂体积m331催化剂的设计总体积m331催化剂尺寸及重量催化剂元件孔数AXB18x18节距（Pitch）mm8.2孔径mm7.1壁厚mm

16、1.1外壁厚mm1.7开孔率mm0.726元件尺寸mm150x150元件高度mm600元件有效脱硝面积m25.5215元件体积m30.0135催化剂比表面积m2409元件质量Kg7.425催化剂体积密度g/cm30.55模块内催化剂体积m30.972每个模块内的催化剂净重量Kg534.6SCR结构催化剂层数层2+1反应器尺寸mm40004000反应器横截面积m216催化剂化学指标催化剂主要成分基材TiO2活性化学成分V2O5、WO3、TiO2催化剂中TiO2含量%8090催化剂中V2O5含量%0.65催化剂中WO3含量%510催化剂中MoO3含量%01催化剂初始活性k0Nm/h36.92到寿命

17、后的催化剂相对活性KE /k00.693催化剂参数脱硝效率（脱硝效率SOR%92氨逃逸率L/L3SO2/SO3转化率%0.93催化剂寿命化学寿命h240003年机械寿命h480003.2 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

18、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PLC控制系统，不设常规控制屏。电气系统与脱硝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

19、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

20、接口设计（MMI）：设置一台操作员站，一台工程师站。脱硝控制室将设在燃气发电机组集控室内。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，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 烟气在线监测系统本工程设2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 土建工程土建工程设计执行

21、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燃气发电机组配合，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。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。4运行费用分析4.1 运行成本分析物料衡算设计燃烧产生NOx值为1000mg/Nm3，设计排放值按80mg/Nm3计，出口最大烟气排放量为90000Nm3/h。NOx/NH3取1.5，固体尿素纯度按85%计。在此区间内

22、的停留时间设计为0.5s以上。计算按全部生成NO计。生成NO量：90000Nm3/h1000 mg/Nm3=90kg/h化学反应式：2NO+CO(NH2)2+1/2O2 2N2+CO2+2H2O每小时消耗80%纯度固体尿素的量为：9068601.580%=191.2kg 每天每台消耗191.2*24=4588.8kg电耗：脱硝系统内的主要设备为称重给料机以及输送泵的用电。设计总的装机容量为20kw。人员配置：3人，1人/班运行费用估算（以脱除1kgNOx所需要的资费表达）还原剂费用：固体尿素价格按1500元/吨，每小时消耗量为 1500元/吨1000kg191.2kg =286.8元电费：20

23、kw1.2kw.h=24元人工费：4000元/人.月3024=5.6元水费：0.71吨2元/吨=1.42元每脱除1kgNOx的支出为：（286.8+24+5.6+1.42）191.2=1.66元5.SCR系统主要设备表SCR系统预算 单位：万元序号设备主要规格单位数量单价合计1SCR反应器400040007500套178.678.62催化剂蜂窝式m3312623尿素溶解罐25003000只219384雷达液位计SKD800只22.555喷射及控制系统定制，套152526双螺杆式空气压缩机6.2m3/minN=22KW套112.5257压缩空气罐C-6/8套16.26.28烟气分析CEM装置SC

24、S-900C套232649氨逃逸分析CEM装置SCS-900C套1353510DCS 控制系统套1818111温度传感器0500套12212压力传感器02.5Mpa套821613流量传感器030t套12214液位传感器010m套23615电动阀门DN10100，PN16项137.137.116不锈钢管道304批131.231.217电缆电力电缆/信号电缆批1353518手动阀门止回阀、截止阀球阀等批113.813.819就地仪表压力表、流量计等批117.517.520其他安装附件法兰、螺栓、弯头、垫片等批115.415.421烟囱管道安装1500米1000.151522在线监测平台及爬梯150

25、0座座4.24.223设备基础6000座11.51.524设备房24000*10000*4000座1111125应急水池3000*4000*3000座15526环保验收费155总价664.56 质量保证及服务承诺对燃气发电机组烟气脱硝工程项目服务作如下承诺：承诺：（1）本公司提供的脱硝主体设备承诺1年内免费维修，1年后只收成本费。（2）本公司负责脱硝技术设备的设计、制造、施工、安装、调试、培训服务，提供符合设计标准，满足工期进度，质量合格的设备产品。质量保证：（1）严格有效地控制质量保证的全过程，保证系统设备从设计、制造、订货、安装和服务都处于受控状态，确保设备产品的制造、施工、安装合格率达1

26、00%。（2）保证脱硝系统技术工艺成熟、先进可靠、系统投入运行后，连续安全、稳定运行。通过环保监测部门测试达到设计要求，提供监测报告，达到国家规定的环保排放标准视为合格工程的验收。（3）设备制造、安装、施工、调试过程中，用户及其技术监督部门有权参与全过程工程质量的监督，用户的参与不解除我方所负的任何责任。服务承诺：（1）本着对用户负责，诚信服务的宗旨，加强售前、售中、售后服务、“超前服务”“全过程服务”“终身服务”，贯彻在产品制造、安装、调试、检修的全过程。（2）对承建的设备，不分规格大小，不分路途远近，无论是否在保修期内，一律热情服务，用户对质量不满意，服务不停止。（3）接到用户反映的信息后，在24小时之内做出响应或派出服务人员，尽快到达现场，调试检修及时处理解决问题，确保设备正常运行。（4）用户在燃气发电机组例行中小修、大修、停炉时，可提前一周用电话或传真通知，我公司将派专业技术人员，按时赴现场对设备进行系统检查调试。（5）负责对用户操作人员进行技术培训，并为用户提供脱硝方面的技术咨询。