20t锅炉脱硝方案

一、脱硝技术方案选择20t/h煤粉锅炉，拟配套烟气脱硝（De-NOx）装置。氮氧化物NOx基本上可分为三种，一是燃料（fuel）型氮氧化物，即化石燃料自身的含氮成分在燃烧过程中生成的氮氧化物；二是热力型（thermal）氮氧化物，即参与燃烧反应的空气所带来的氮气在燃烧工程中生成的氮氧化物。三是快速型氮氧化物（PromptNOx），为碳氢燃料浓度过高时，燃烧产生的氮氧化物。由于链条锅炉的炉膛温度相对较高，所以燃烧生成的NOx中，主要是热力型和快速型NOx占比较大。目前成熟的烟气脱硝工艺方法主要有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）；SCR脱硝效率可达80~95%，SNCR脱硝效率为30%～60%。如果采用单一的SCR脱硫技术催化剂用量比较大，因此需配套昂贵的催化剂，投资运行费用较大；SNCR投资及运行费用相对较低，SNCR阻力小，几乎不增加系统阻力。SNCR存在所谓的反应温度窗口，采用氨作为反应剂，一般情况反应温度900~1050℃，但是当还原剂和烟气在良好混合条件下，并且保证一定的停留时间，则在更低的760~950℃范围内也可以进行有效程度的脱硝反应。煤粉锅炉原烟气NOx浓度约为500mg/Nm3，根据业主要求，脱硝系统需选择处理工艺简单，投资及运行费用低，稳定、可靠的处理方法，经过处理后烟气中NOX含量≤250mg/Nm3，脱硝效率应大于50%。故本方案拟采用成熟技术且投资及运行经济的SNCR法脱硝技术。SNCR常用的还原剂有氨或者尿素，氨可以选用无水氨（纯氨）及29%、25%、19%等几种浓度的氨水溶液。二、设计依据1原始参数项目名称型号锅炉蒸发量20t/h数量4(台)烟气原始参数烟气量(146℃)253793m3/hNOx浓度500mg/Nm3@干态、6%O22工艺指标（1）设计脱硝效率≥50%（2）脱硝后烟气NOx浓度≤250mg/Nm3（3）氨逃逸≤15ppm三、脱硝设计原则1脱硝工程总体设计应符合下列要求：a）工艺流程合理。b）还原剂使用便捷。c）方便施工，有利于维护检修。d）充分利用厂内公用设施。e）节约用地，工程量小，运行费用低。2在脱硝系统能够安全运行、锅炉能够带满负荷稳定运行的前提下运行。3承包方对系统功能设计、结构、性能、制造、供货、安装、调试、试运行等采用最新国家标准或国际标准，并符合国家和节能减排相关文件的要求。4环境保护、劳动卫生和消防、防雷接地设计采用中华人民共和国最新国家标准。5提供设计、制造、安装、调试、试运行的规范和标准等清单。列出制造厂家在选用材料、制造工艺、验收要求中所执行的标准清单。具体为（但不限于此）：GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准DB11/139-2007锅炉大气污染物排放标准GB8978-1996污水综合排放标准GBJ16-1987（2001年版）建筑设计防火规范GB50222-95建筑内部装修设计防火规范GB50243-2002通风与空调工程施工质量验收规范GBJ87-85工业企业噪声控制设计规范GB/T16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法GB50116-1998火灾自动报警系统设计规范GB150-1998钢制压力容器GB12268-2005危险货物品名表HJ/T76-2001固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法HJ/T43盐酸萘乙二胺分光光度法GB/T21509-2008《燃煤烟气脱硝技术设备》HJ563-2010火电厂烟气脱硝技术规范选择性非催化还原法四、烟气脱硝SNCR工艺1选择性非催化-催化还原法（SNCR）指利用还原剂在非催化剂的情况下，在~950℃，有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx，主要是NO和NO2）发生化学反应，生成无害的氮气和水，从而脱除烟气中NOx的方法为选择性非催化还原法（SNCR）。在300~400℃这一温度范围内、在催化剂作用下，利用还原剂，有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx，主要是NO和NO2）发生化学反应，生成无害的氮气和水，从而脱除烟气中NOx的方法为选择性催化还原法（SCR）。2脱硝还原剂的选择指烟气脱硝工艺中用于脱除NOx的物质。适用于SNCR工艺的还原剂一般是一些含氮的氨基物质，包括液氨、氨水、尿素等。SNCR脱硝基本的还原剂有三种：尿素、氨水、液氨。若还原剂使用液氨，则优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气有毒、可燃、可爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用；另外，输送管道也需特别处理；需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果。若还原剂使用氨水，氨水有恶臭，挥发性和腐蚀性强，有一定的操作安全要求，但储存、处理比液氨简单；由于含有大量的稀释水，储存、输送系统比氨系统要复杂；喷射刚性，穿透能力比氨气喷射好，但挥发性仍然比尿素溶液大，应用在墙式喷射器的时候仍然难以深入到大型炉膛的深部，因此一般应用在中小型窑炉上。需要配套雾化极高的精密喷嘴。还原剂采用尿素，尿素不易燃烧和爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安全；挥发性比氨水小，在炉膛中的穿透性好；效果相对较好，脱硝效率高，适合于工业窑炉脱硝。本方案设计采用袋装颗粒状尿素作脱硝还原剂。3工艺原理向温度约～950℃的炉膛中喷入尿素，分解得氨，氨气与烟气充分混合并与烟气中NOx反应，脱除烟气中的NOx。。（1）脱硝化学反应方程式脱硝反应方程式：NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O其主要过程分为几个部分：从喷射器中射出的尿素溶液与烟气混合尿素溶液中水的蒸发尿素中分解出NH3NH3再分解为NH2以及自由基（2）脱硝反应的温度窗:SNCR温度范围为900~1050℃（3）当温度超过1090℃时，尿素被分解为氨，并发生以下副反应:4NH3+5O2→4NO+6H2O生成新的NOx，脱硝效率下降。（4）烟气脱硝采SCR脱硝工艺SCR反应温度范围300~400℃4SNCR脱硝工艺流程说明（1）反应剂的配置和储存采用尿素作吸收剂时，将袋装尿素倒入尿素溶解罐内搅拌制成为10%质量浓度的溶液，尿素溶液泵将尿素溶液输送到尿素溶液储罐内储存备用。（2）吸收剂的稀释、计量与混合稀释水压力控制模块（DWP）的典型设计由2台全流量的多级不锈钢离心泵，一组双联过滤器、压力控制阀和压力/流量仪表等组成。供反应器稀释用的工艺水中总固形物要低，过滤后水中悬浮物应低于50mg/L。（3）反应剂喷入的测量喷射区测量(IZM)模块是用来测量锅炉每个喷射区喷入的反应剂浓度和流量。每个IZM模块包括1台化学计量泵、1台水泵、1个管道静态混合器和1个现场控制盘、区段隔离阀和流量计、控制阀等。IZM模块通常设计成含有与中央控制模块和局地顺序逻辑控制(PLC)f等控制系统相响应的化学反应剂的流量和区段压力阀。通过该控制系统IZM模块，可随出口NOx浓度、锅炉负荷、燃料质量等变化来调整反应剂加入量和反应活性。根据锅炉容量、处理前后NOx浓度和所要求的NOx去除率，SNCR系统一般可采用1～5组IZM模块，并联合安装在一个滑动底板上。（4）反应剂的分配和喷入部位混匀的尿素稀释液从IZM模块输送到装在临近锅炉的分配模块上。每个分配模块由流量计、平衡阀和与自动控制系统连接的调节器组成。控制系统能精确地控制流入每个喷射器的反应剂量和雾化空气或蒸汽流量。分配模块也包括为控制尿素喷入过程用的手动阀、压力表和不锈钢连接管等。供反应剂至多个喷射器的每个IZM模块只设1个分配模块。对于大容量锅炉要将多个喷射器安装在锅炉的几个不同部位，且能通过IZM模块进行独立操作或联合操作。应对反应剂喷入量和喷入部位进行控制，使SNCR系统对锅炉负荷变动和维持氨的逃逸量具有可操作性。喷射区数量和部位由锅炉的温度场和流场来确定。应用流场和化学反应的数值模拟来优化喷射部位。典型的设计是设二层或多层喷射区,每个区设及几个喷射器。本项目喷射器布置在煤粉锅炉遮掩脚附近温度区间在约950℃位置。（5）反应剂与烟气的混合喷射器有墙式和枪式2种类型。墙式喷射器在特定部位插入锅炉内墙，一般每个喷射部位设置1个喷嘴。墙式喷嘴应用于短程喷射就能使反应剂与烟气达到均匀混合的小型锅炉和尿素SNCR系统。由于墙式喷嘴不直接暴露于高温烟气中，其使用寿命要比喷枪式长。枪式喷射器由1根细管和喷嘴组成,可将其从炉墙深入到烟流中。喷枪一般应用于烟气与反应剂难于混合的氨喷SNCR系统和大容量锅炉。在某些设计中喷枪可延伸到锅炉整个断面。喷枪可按单个喷嘴或多个喷嘴设计。后者的设计较为复杂，因此，要比单个喷嘴的喷枪和墙式喷嘴价格贵些。因喷射器忍受着高温和烟气的冲击，易遭受侵蚀、腐蚀和结构破坏，因此，喷射器一般用不锈钢或合金钢制造，且设计成可更换的。除此以外，喷射器常用空气、蒸汽和水进行冷却。为使喷射器最少地暴露于高温烟气中，喷枪式喷射器和一些墙式喷嘴也可设计成可伸缩的。当遇到锅炉启动、停运、季节性运行或一些其他原因SNCR需停运时，可将喷射器退出运行。反应剂用专门设计的喷嘴在有压下喷射，以获得最佳尺寸和分布的液滴。用喷射角和速度控制反应剂轨迹，尿素喷射系统通过双流体喷嘴用载体流，如空气或蒸汽，与反应剂一起喷射。有高能和低能两种喷射系统。低能喷射系统利用较少和较低压力的空气，而高能系统需要大量的压缩空气或蒸汽。大容量锅炉的氨或尿素系统一般均采用高能喷射系统。高能喷射系统因需装备较大容量空压机、制造坚固的喷射系统和消耗较多的电能，其制造和运行费用均较昂贵。（6）SNCR脱硝的优点SNCR脱硝技术占地面积小、对锅炉改造的工作量少、施工安装周期短、节省投资，较适合于老厂改造。但由于SNCR脱硝效率较低，SNCR可以协同低NOx燃烧器改造或简易SCR等其他脱硝方式，在优化投资成本的前提下以期获得满意的脱硝效率。5脱硝效率的影响因素（1）温度对反应的影响烟气脱硝SNCR法，温度适应范围较小。如果反应温度太低，反应速度急剧下降，氨逃逸增加，脱硝效率随之下降，达不到脱硝的效果。如果反应温度太高，尿素分解，生成新的NOx，系统效率下降。（2）摩尔比对NOx转换的影响SNCR脱硝，还原剂与氮氧化物摩尔比值（NSR）一般控制在~1.5的范围内比较合适，并且应随锅炉负荷的变化而变化。6脱硝指标在锅炉50%~100%BMCR负荷下，NSR不超过保证值1.5时，脱硝装置含SNCR在性能考核试验时的NOx排放指标不大于100mg/Nm3；锅炉蒸发量（单台）：20t/h脱硝不运行时NOx含量500mg/Nm3（干态、6％O2）脱硝运行时NOx含量250mg/Nm3（干态、6％O2）尿素总用量（袋装）~75kg/h储备日用量9吨（5天计、4台）雾化介质空气尿素输送连续运行7系统组成及功能说明脱硝工程主要包括：还原剂的储存与制备、输送设备、计量分配及喷射系统等。还原剂储存与制备系统实现尿素的储存、制备，然后由稀释水系统根据锅炉运行情况和NOx排放情况在线稀释成所需的浓度，送入分配系统。分配系统实现各喷射点的尿素溶液分配、雾化喷射和计量。还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，调节方便、灵活、可靠；尿素分配系统应配有良好的控制系统。（1）还原剂存储与制备系统包括还原剂存储罐、尿素溶液泵、消防安全设备等。供应循环模块、计量模块、均分模块。袋装尿素倒入尿素制备罐内制成10%尿素溶液，通过尿素溶液泵输送至尿素溶液储罐内。储罐及泵站模块可安装于氨区内。为避免罐内过压或真空，罐顶部安装呼吸阀。输送泵（一用一备）在10bar压力下向SNCR系统提供尿素。因此一定量的尿素溶液循环往复，循环线路的压力由压力调节阀控制。脱硝所要求的尿素量由安装在SNCR系统计量模块的流量控制阀设定。尿素储罐设置两台，其总储存量应不小于系统在BMCR工况下5天的总消耗量，储罐采用不低于304不锈钢制造。储罐上应有人孔、溶液进出口、通风孔、液位表、温度表口、排放口等开口及罐外梯子、平台、栏杆等。（2）稀释水系统包括稀释水罐、工艺水泵、管道阀门及仪表等。稀释水采用除盐水。水储存工艺水罐内，用于溶解尿素颗粒制备尿素