玻璃窯爐SNCR/SCR 混合脫硝工藝技術

關鍵詞:  脫硝 ,煙氣脫硝, 煙氣脫硝模塊, 脫硝模塊, SCR煙氣脫硝, SNCR煙氣脫硝

目   錄

1 概述 1

1.1 項目概況 1

1.2 設計原則 1

1.3 設計參數 1

1.4 主要設計原則確定 2

1.5  技術要求 3

1.6 標準與規范 4

1.7 國內標準及規范 5

1.8 性能保證值 6

2 流程描述及技術特點 6

2.1 SCR 工藝概述 6

2.2 SCR 的優點 7

2.3 主要影響因素 7

3 工藝系統和設備 8

3.1  公用系統及設備 8

3.2  鍋爐 SCR系統組成 8

3.3  氨水噴射系統 9

4 控制系統 10

4.1  總則 10

4.2 儀表和控制系統配電原則 11

4.3  控制系統方案 11

4.4  檢測儀表 12

4.5  電源和氣源 13

5 電氣系統 13

5.1  主要設計原則及工作范圍 13

5.2  電負荷統計 16

6 性能數據表 16

6.1  設計數據 16

6.2  設備及材料清單 21

6.3 投資與運行成本比較分析 24

7 項目實施進度安排 26

8 SCR技術難點及對策 27

8.1 問題一：氨氣分布不均勻 27

8.2 問題二：噴射器霧化不良 27

9 各系統工程實例圖片 27

10 發明人簡介 31

11 方案附圖 33

11.1  SCR脫硝流程圖 33

11.2  氨站布置圖 33

 

1 概述

1.1 項目概況

玻璃窯爐。其目前的NOx排放不能達到國家小于300mg/Nm3的最新標準，為響應國家環保部對大氣污染治理的整體部署，對玻璃窯爐進行脫硝改造。

1.2 設計原則

本初步技術方案書適用于玻璃窯爐選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝裝置。煙氣脫硝技術總的設計原則包括：

(1)  采用選擇性催化還原脫硝(SCR)工藝。

(2)  2套爐還原劑制備系統共用。

(3)  使用外購的20%濃度成品氨水作為脫硝還原劑。

(4)  脫硝裝置的控制系統采用 DCS(與現有脫硝系統的 DCS 合用控制室和硬件)。

(5) 在保證還原劑噴射區溫度285℃~420℃條件下，SCR入口濃度不高于4950mg/Nm3(干基 ，10%O2)時 ，脫硝效率不低于94% ，出口 NOx 濃度均不高于 300mg/Nm3。

(6) NH3 逃逸量應控制在 10ppm 以下。

(7) 脫硝裝置可用率不小于 95%，服務壽命為 30 年。

1.3 設計參數

1.3.1 鍋爐設計參數

表 1.1 主要設備及參數

序號 額度蒸發量（t/h） 煙氣量(Nm3/h) NOx

濃度(mg/Nm3) 鍋爐型式

1 35000 4950

1.3.2 供電現狀

200kW 及以上電動機采用 6kV 電壓。

電動機電源電壓：高壓6 kV；低壓  380 V

1.4 主要設計原則確定

1.4.1 脫硝效率

在條件優化時，SCR可達到90%左右的脫硝效率，在中小型鍋爐上短期示范期間能達到 98%的脫硝效率，典型的長期現場應用能達到 90%～95%的NOx 脫除率。

因此，本技術方案按94%的設計效率進行設計。

目前鍋爐的排放濃度為4950mg/Nm3左右，按94%的效率設計可以滿足火電廠大氣污染物排放標準(GB13223－2011)的要求。

1.4.2 氨逃逸濃度

本工程擬采用氨水作為脫硝還原劑。在實際工程應用中，由于NH3與NOx混合不均勻、還原劑噴射點溫度偏離最佳溫度窗口溫度等的限制，使得NH3與NOx的不能完全反應，這樣就會有少量的氨未參與反應就與煙氣逃逸出反應裝置，這種情況稱之為氨逃逸。

氨的逃逸是無法完全避免，但可以控制。主要原因是逃逸的氨是一種二次污染，另外一個很重要的原因就逃逸的氨會引起鍋爐后部設備包括空預器的腐蝕和堵塞。脫硝反應中氨逃逸主要可導致：

l  生成硫酸氫銨沉積在空氣預熱器等下游設備，造成腐蝕和堵塞； 

l  造成氣溶膠二次污染；

l  增加飛灰中的 NH3 化合物，對綜合利用有影響。

鍋爐的燃燒過程中，燃煤中的元素硫絕大多數燃燒生產 SO2，但是不可避免有少量的 SO3 生成，雖然燃燒的過程中SO3的生成量非常有限，但是其所產生的影響不可低估。SCR比SNCR 脫硝工藝的氨逃逸要求嚴格的原因，就是因為 SCR由于采用了脫硝催化劑，使得SO2/SO3轉化率增加。當煙氣中的SO3與未參與脫硝反應的逃逸氨產生反應，將會生成銨化合物 NH4HSO4 以及(NH4)2SO4。NH4HSO4 在180~240℃時呈液態，當溫度低于180℃時呈固態。硫酸氫銨具有較強的腐蝕性和粘性，可導致鍋爐尾部煙道設備包括空預器、電除塵等的腐蝕與損壞。

另外，這種冷凝物部分會沉積在飛灰上，部分粘附在空氣預熱器表面，因此 80%以上逃逸氨被飛灰吸附進入除塵設備。研究發現，氣態NH3在電除塵器中會被吸附在飛灰上。經過除塵器后有少量的氨會被帶入其下游的 FGD。

因此無論SCR還是SNCR對氨的逃逸都有嚴格的限定。通常，當SCR的氨逃逸控制在10ppm 以下時，對鍋爐受熱面不會產生堵塞、腐蝕影響，對于下游的空預器、引風機、FGD、ESP(FF)等均不會產生明顯影響。

因此，本項目方案氨逃逸將嚴格控制在10ppm以下，不會引起受熱面和除塵器壓損增加、腐蝕等問題，也不會對飛灰的綜合利用造成影響。

1.5  技術要求

1.5.1 本項目范圍

玻璃爐窯的脫硝裝置(SCR)的設計、設備供貨、安裝、系統調試和試運行、考核驗收、培訓等。

1.5.2 脫硝裝置的總體要求

脫硝裝置(包括所有需要的系統和設備)至少滿足以下總的要求：

● 采用 SCR 煙氣脫硝技術；

● 鍋爐入口煙氣 NOx 濃度為 4950mg/Nm3(10%O2，干基)時，采用SCR 技術時鍋爐出口煙氣NOx 濃度控制在 300mg/Nm3(10%O2，干基)以下。

● 脫硝裝置在設計溫度285℃~410℃條件運行負荷范圍內有效地運行，脫硝效率不低于94%；

● 脫硝裝置應能快速啟動投入，在負荷調整時有良好的適應性，在運行條件下能可靠和穩定地連續運行；

 ● 在鍋爐運行時，脫硝裝置和所有輔助設備能投入運行而對鍋爐負荷和鍋爐運行方式沒有任何干擾，SCR 脫硝系統增加煙氣阻力不大于600Pa。

● 脫硝裝置在運行工況下，氨的逃逸小于 10ppm。

● 使用氨水作為脫硝還原劑，氨水由業主直接外購。氨水正常濃度為20%，但濃度會在15%-25%范圍內波動，技術方案能適應氨水濃度的變化。

● 煙氣脫硝工程內電氣負荷均為低壓負荷情況，系統內只設低壓配電裝置，低壓系統采用 380V 動力中性點不接地電源；

● 煙氣脫硝工程的控制系統采用 DCS 控制系統，該系統可以獨立運行，實現脫硝系統的自動化控制。控制對象包括：還原劑流量控制系統、噴槍混合控制系統、冷卻水控制系統、空氣和空氣凈化控制系統、溫度監測系統等。脫硝控制系統可在無需現場就地人員配合的條件下，在脫硝控制室內完成對脫硝系統還原劑的輸送、計量、 水泵、風機、噴槍等的啟停控制，完成對運行參數的監視、記錄、打印及事故處理， 完成對運行參數的調節。

● 系統設備布置充分考慮工程現有場地條件，還原劑運輸，全廠道路(包括消防通道)暢通，以及爐后所有設備安裝、檢修方便；

● 在設備的沖洗和清掃過程中如果產生廢水，收集在脫硝裝置的排水坑內，廢水宜排入電廠廢水處理設施，集中處理，達標排放。

● 在距脫硝裝置1米處，噪音不大于85dBA；

● 所有設備的制造和設計完全符合安全可靠、連續有效運行的要求，性能驗收試驗合格后一年質保期內保證裝置可用率≥95%；

● 脫硝裝置的檢修時間間隔與機組的要求一致，不增加機組的維護和檢修時間。 機組檢修時間為：小修每年1次，中修周期為3年，大修周期為6-7 年；

● 脫硝裝置的整體壽命為30年。

● 為了確保工程質量，在使用壽命期間始終能實現本工程要求的脫硝效果，供方所提供的設備、部件保證都是經過運行驗證、可靠、質量良好的產品。

1.6 標準與規范

脫硝裝置的設計、制造、土建施工、安裝、調試、試驗及檢查、試運行、考核、最終交付等符合相關的中國法律及規范。

對于標準的采用符合下述原則：

l  與安全、環保、健康、消防等相關的事項必須執行中國國家及地方有關法規、標準；

l  上述標準中不包含的部分采用技術來源國標準或國際通用標準，由投標方提供，招標方確認；

l  進口設備和材料執行設備和材料制造商所在國標準；

l  建筑、結構執行中國電力行業標準或中國相的行業標準。

投標方在投標階段提交脫硝工程設計、制造、調試、試驗及檢查、試運行、性能考核、最終交付中采用的所有標準、規定及相關標準的清單。在合同執行過程中采用的標準需經招標方確認。

工程聯系文件、技術資料、圖紙、計算、儀表刻度和文件中的計量單位為國際計量單位（SI）制。

1.7 國內標準及規范

投標方提供的國內規范、規程和標準必須為下列規范、規程和標準的最新版本，但不僅限于此：

HJ562-2010 《火電廠煙氣脫硝工程技術規范選擇性催化還原法》

GB50054－2011 《低壓配電設計規范》

GB50217-2007 《電力工程電纜設計規范》

GB50057-2010 《建筑物防雷設計規范》

DL5000-2000 《火力發電廠設計技術規程》

DL5028-93 《電力工程制圖標準》

DL400-91 《繼電保護和安全自動裝置技術規程》

DL/T5153-2002 《火力發電廠廠用電設計技術規定》

SDJ26-89 《發電廠、變電所電纜選擇與敷設設計技術規程》

DLGJ56-95 《火力發電廠和變電所照明設計技術規定》

DL-T620-1997 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》

GB50034－2004 《工業企業照明設計標準》

GB12348－2008 《工業企業廠界噪聲標準》

DL/T5137-2001 《電測量及電能計量裝置設計技術規程》

DL/T5041-2012 《火力發電廠廠內通信技術規定》

GB18485-2001 《生活垃圾焚燒污染控制標準》

DL／T5044-2004 《電力工程直流系統設計技術規程》

DL／T621-1997 《交流電氣裝置的接地》

GB2625-1981 《過程檢測和控制流程圖用圖形符號和文字代號》

NDGJ16-89 《火力發電廠熱工自動化設計技術規定》(保留部分)

GBJ93-86 《工業自動化儀表工程施工及驗收規范》

 

1.8 性能保證值

1.8.1 在燃用設計煤種時，BMCR 工況連續運行  3  天，脫硝裝置按入口 NOx 濃度 4950mg/Nm3 設計，鍋爐SCR 脫硝裝置出口煙氣NOx濃度均不大于300  mg/Nm3 （干基，10%O2），氨逃逸量  5  ppm 。

還原劑消耗量平均值不大于 360  kg/h(20%氨水)；電量消耗量平均值不超過  20 kWh/h。儀用壓縮空氣耗量  20   m3/h； （注：以上數據為目前2臺爐正常使用的數據）

1.8.2 性能驗收試驗后一年質保期內保證裝置可用率不低于 95% 。

1.8.3 SCR 脫硝裝置對鍋爐效率的影響小于  0.5%  。

2 流程描述及技術特點

2.1 SCR 工藝概述

選擇性催化還原(SCR)技術是目前應用最多而且最有成效的煙氣脫硝技術。SCR技術是在金屬催化劑作用下，以NH3 作為還原劑，將NOx 還原成N2 和H2O。NH3 不和煙氣中的殘余的O2 反應，而如果采用H2、CO、CH4 等還原劑，它們在還原NOx的同時會與O2 作用，因此稱這種方法為“選擇性”。工作原理如圖2.1 所示，主要反應方程式為：

4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O

8NH3+6NO2 ─>7N2+12H2O

 

圖2.1 SCR 工作原理圖

2.2 SCR 的優點

與其它脫硝技術相比，SCR 技術具有以下優點：

1)  脫硝效果令人滿意：SCR 技術應用在大型煤粉鍋爐上，長期現場應用一般能夠達到 70～90%的脫硝率，在中小型鍋爐上增設SCR裝置通常可取得80%~ 95%的脫硝效率。

2)  還原劑多樣易得：SCR 技術中常用的還原劑，包括液氨、氨水、尿素等。但效果較好、實際應用最廣泛的是氨水和尿素。

3)  無二次污染：SCR 技術是一項清潔的技術，沒有任何固體或液體的污染物或副產物生成，無二次污染。

4) SCR 技術不需要對鍋爐燃燒設備和受熱面進行大的改動，也不需要改變鍋爐的常規運行方式，對鍋爐的主要運行參數也不會有顯著影響。

2.3 主要影響因素

SCR 工藝使用氨基還原劑，在窗口溫度區域285～410°C 把還原劑噴入到煙氣中，與煙氣中的NOx經催化劑發生還原反應，脫除NOx，生成N2和H2O。由于在一定溫度和氧中氛圍時，氨氣還原反應中占主導，表現出選擇性，因此稱之為選擇性催化還原。在 SCR 技術設計和應用中，影響脫硝效果的主要因素包括：

1)  溫度范圍；

2)  合適的溫度范圍內可以停留的時間；

3)  反應劑和煙氣混合的程度；

4)  未控制的 NOx 濃度水平；

5)  化學計量比 NSR；

6)  氣氛(氧量、一氧化碳濃度)的影響；

7)  還原劑的類型和狀態；

8)  催化劑的作用。

3 工藝系統和設備

氨水SCR系統主要由氨卸料與存儲系統，氨輸送系統、計量系統、氨水噴射系統、催化劑模塊等組成。各系統的組成和介紹如下：

3.1  公用系統及設備

本期工程還原劑采用直接外購氨水。氨水存儲系統依據就近原則在鍋爐附近空地布置。

(1) 氨水罐

本期工程共設置1個氨水罐，容量滿足兩臺爐SCR裝置BMCR工況下3天氨水總消耗量。氨水罐為常壓容器。

3.2  鍋爐 SCR系統組成

鍋爐的SCR系統主要由氨水輸送系統、噴射系統、催化劑模塊。

（1）氨水輸送系統

20%氨水由氨水輸送泵送至爐前噴射系統。氨水輸送泵1用1備。

主要設備說明：

1）氨水輸送泵

氨水輸送泵2臺（1用1備），采用多級離心泵，流量3m3/h，揚程140m，

電機功率2.2kW，采用不銹鋼材質。。

初步考慮爐前噴射系統設計為1層，布置在催化劑模塊反應器入口煙道前，布置1~2 支SCR噴槍。項目進行時，再根據條件進行CFD模擬計算，進一步優化設計。

氨水送到爐前噴射系統。每臺爐的噴射系統設有就地壓力表和調節閥，用來控制噴槍的流量。

本方案噴槍采用壓縮空氣冷卻及霧化。壓縮空氣品質滿足：

l 噴槍霧化及冷卻壓縮空氣品質要求：壓力露點為-20℃，含塵量小于1 mg/m3，粒度1μ；含油量為1 mg/m3。壓力：0.6—0.8MPa

l 儀用壓縮空氣品質要求：壓力露點為-40℃，含油、塵量小于1mg/m3，粒度1μ。壓力：0.6—0.8MPa

我方將選取最佳的溫度窗口噴入還原劑，采用SCR 噴槍將氨水溶液噴入爐內進行還原反應，保證足夠的穿透深度和覆蓋面。

3.3  氨水噴射系統

氨水噴射系統的設計能適應鍋爐最低穩燃負荷工況和BMCR之間的任何負荷， 持續安全運行，并能適應機組的負荷變化和機組啟停次數的要求。噴射區數量和位置由計算流體力學(CFD)和化學動力學(CKM)模型計算結合現場實測結果最終確定，并盡可能考慮利用現有鍋爐平臺進行安裝和維護。

根據本工程的實際情況(平臺及操作空間限制)，氨水噴槍初步擬設置在反應器入口前水平段煙道上，共設1層噴槍，每層1~2支，共設1~2支噴槍。噴槍在該段各處的角度根據局部速度場確定，為保證混合的均勻性和停留時間的有效性，氨水噴射的速度方向與煙氣局部速度方向一致或垂直。噴槍的實際噴射方向根據噴射點的局部速度方向確定，待進一步CFD計算后確定。噴槍采用特制的壓縮空氣霧化的雙流體噴槍，可將氨水溶液霧化成均勻的極細的液滴，噴槍采用316L制作，并設置保護和吹掃套管以防止噴嘴堵塞和飛灰侵蝕，保護套管采用310制作。

噴槍采用空氣進行冷卻，為使噴射器最少地暴露于高溫煙氣中，噴槍也可設計成可伸縮的。當遇到鍋爐啟動、停運、季節性運行或一些其他原因SCR需停運時，可將噴槍退出運行。或當噴槍不使用、霧化空氣流量不足時，將其從爐膛中抽出。當短時間內停運SCR噴槍或局部噴槍短時間不用時，也可繼續運行壓縮空氣系統，利用壓縮空氣對氨水溶液噴槍進行連續不斷的冷卻。

對于每一批噴槍，都采用激光粒度測試儀對噴槍的霧化性能進行測試。通常， 對于氨水噴槍，D32一般控制在80μm左右，最大粒徑控制在100μm以內，且粒徑分布均勻。

  

 

水噴射霧化                             雙流體霧化

圖3.2 特別設計的雙流體噴槍實際噴射效果

4 控制系統

4.1  總則

本工程采用 SCR 脫硝工藝， 考慮該裝置控制采用獨立控制器控制，脫硝DCS 系統軟硬件采用與主廠DCS相同的配置，便于業主統一管理和維護。

脫硝裝置出口煙道上設置 NOx/O2 及NH3逃逸取樣分析儀，信號全部進入 DCS中進行監控用于系統的控制。

控制系統能實現爐內噴射還原劑及 SCR 供用系統配料的自動控制，并保證脫硝系統能跟隨鍋爐運行負荷變化而變化。使鍋爐脫硝系統長期、可靠的安全運行。

為了保證系統的可靠性和提高性價比，氨水站以及SCR噴射系統納入鍋爐脫硫DCS控制系統中，DCS系統控制器、卡件采用原有脫硫DCS的硬件設備，工作站及系統軟件也采用原有設備。

在正常工作時，每隔一個時間段記錄燃燒系統及 SCR 運行工況數據，包括熱工實時運行參數、設備運行狀況等。當故障發生時系統將及時記錄故障信息。操作員終端可存儲大量信息，自動生成工作報表及故障記錄，存儲的信息可通過查詢鍵查詢。

4.2 儀表和控制系統配電原則

1) 采用的電壓等級：AC 380/220V。

2) 低壓廠用電采用 380V 電壓，200kW 以下電動機采用 380V 電壓。

3) 75kW 以下的電動機和雜用負荷由 380V 電動機控制中心(MCC)供電。

4) I&C 系統采用先進控制系統。I&C符合現行電廠標準。脫硝I&C系統和整個電廠I&C系統設計相協調，并無條件滿足整個電廠I&C系統的接口要求。

4.3  控制系統方案

10 專利發明人簡介1500***5106507 從事大氣污染控制等方面的設計、設備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國家專利二十項.主持大中型環保工程項目設計20余項，主持大型環保工程總承包2項，涉及工程投資近5億元，是（電改袋）施工的主要負責人之一，有豐富的施工組織和管理經驗，也是”863“.國內第一臺電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時煙氣量全套設計方案參與。星火熱電廠75噸/小時鍋爐袋式除塵，脫硫設計方案主要負責人...2005年11月設計日本帝人三原事務所世界第一臺以煤、舊輪胎及少量料制品為混合燃料65T/H高溫高壓環流化床鍋爐(煤、木屑、舊輪胎混合燃料)袋式除塵器，240T/H電袋復合除塵器及脫硫通過日本專家審核,。出口粉塵濃度≤20 mg/ Nm3 。山西左權鑫興冶煉廠硅冶煉電爐煙氣凈化除塵，山西安泰焦化廠4000M2至6000M2的大型阻火防爆型脈沖除塵器在焦爐除塵.重慶太極集團制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統. 濟南鋼鐵股份有限公司第一燒結廠660000 m3/h電袋復合除塵器主設計，山東江泉集團臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設計，河南省汝州巨龍實業有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復合除塵及脫硫系統工程,河南中孚實業股份有限公司12.5萬噸電解煙氣凈化系統,廣西北海高嶺科技15平方，25平方電除塵器，黑龍江雙鴨山水泥廠100平方和50平方電除塵器，江蘇射陽熱電有限公司88平方電除塵器,郴州熱電130t/h機組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機組脫硝SNCR工程, 畢節熱電2×130t/h機組脫硝SNCR，紹興玻璃制品廠脫硝SCR等。。。。。。

主設計火力發電、供熱鍋爐、水泥及垃圾焚燒、玻璃爐窯等行業煙氣脫硝，擁有用液氨、氨水和尿素三種還原劑進行煙氣脫硝的完整解決方案。