2×40t/h煤粉鍋爐煙氣SNCR+SCR混合脫硝工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王芝海

【摘要】：結(jié)合山東某熱電廠2×40 t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實(shí)例,詳細(xì)闡述了SNCR工藝系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造,并對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明,SNCR+SCR混合脫硝工藝具有較高的脫硝效率,SCR反應(yīng)器設(shè)置4層催化劑,配合SNCR工藝,脫硝效率可達(dá)95%左右,適用于NO_x含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝,滿足環(huán)保排放要求。

【作者單位】：鹽城市天澄環(huán)保設(shè)備有限公司

【關(guān)鍵詞】： 煤粉鍋爐 煙氣脫硝 SNCR+SCR混合脫硝 SCR反應(yīng)器 催化劑

【正文快照】： SNCR + SCR混合脫硝工藝是結(jié)合了SNCR工藝投資少,SCR工藝脫硝效率高的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝。前段SNCR工藝具有脫硝和為后段SCR反應(yīng)器提供還原劑NH3的雙重功能,后段SCR反應(yīng)器充分利用前段提供的NH3,在催化劑的作用下,與NOx發(fā)生脫硝反應(yīng),從而提高整體脫硝效率,

一，工程概況

本期脫硝工程為新建的1臺(tái)40t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝，脫硝采用SNCR+SCR組合脫硝工藝。

二，主要技術(shù)參數(shù)

2.1 技術(shù)指標(biāo)

出口NO_x排放濃度             ≤50  mg/Nm³

脫硝保證效率                  ≥85  ％

煙氣通過脫硝系統(tǒng)的壓降        ≤1000 Pa

脫硝系統(tǒng)設(shè)備可用率不低于       95  ％

處理煙氣量:                    ≈ 120000 Nm³

2.2鍋爐參數(shù)

三、工藝要求

1、本方案采用成熟可靠的SNCR+SCR組合脫硝工藝。

（1）SCR催化劑適宜的煙氣溫度：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)入催化劑反應(yīng)部位的煙氣溫度調(diào)整到適宜催化劑發(fā)生反應(yīng)的320～350℃。

（2）煙氣濕度：進(jìn)入催化劑反應(yīng)部位的煙氣不因濕度而將煙塵粘在催化劑上面，堵塞催化劑。進(jìn)入布袋除塵器的煙氣不因濕度而將布袋糊住。

（3）催化劑孔不堵措施：避免通道內(nèi)的帶粘性氣體塵埃橋接，堵塞催化劑。

2、分系統(tǒng)介紹

本套脫硝脫硝除塵工藝系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：

氨水儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)、SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

2.1 氨水儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)：

氨供應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)儲(chǔ)罐、管道、閥門、法蘭、儀表、泵等設(shè)備滿足抗腐蝕要求，氨水蒸發(fā)區(qū)域按規(guī)范要求可裝有氨氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置；氨存儲(chǔ)和供應(yīng)系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)控制。

（1）氨水儲(chǔ)存罐：材質(zhì)：不銹鋼；容量按照1臺(tái)鍋爐每天運(yùn)行24小時(shí)，連續(xù)運(yùn)行7天的消耗量考慮。每臺(tái)氨水儲(chǔ)罐裝有液位計(jì)、呼吸閥、排空閥、檢修爬梯等設(shè)施

（2）氨水卸車泵：設(shè)置一臺(tái)氨水卸車泵

（3）氨水輸送泵：設(shè)有備用泵

（4）排放系統(tǒng)：在氨水儲(chǔ)存和供應(yīng)區(qū)域設(shè)有排放系統(tǒng)，使氨水儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)的廢氨水或沖洗廢水排放至廢水池，再經(jīng)由廢水泵送到污水處理站區(qū)域綜合處理利用。

（5）氨水計(jì)量：?jiǎn)为?dú)設(shè)置1個(gè)氨水流量計(jì)。氨氣及稀釋空氣流量測(cè)量：采用國(guó)產(chǎn)孔板流量計(jì)。

（6）管道、控制調(diào)節(jié)閥組、噴槍等材質(zhì)：不低于不銹鋼304；靜態(tài)混合器材質(zhì)：不低于Q345。

2.2煙道系統(tǒng)：

進(jìn)、出口煙道zui小壁厚至少按5mm設(shè)計(jì)，材質(zhì)不低于Q235。在煙道外削角急轉(zhuǎn)彎頭和變截面收縮急轉(zhuǎn)彎頭處，根據(jù)其煙氣流動(dòng)模型研究結(jié)果要求設(shè)置導(dǎo)流板。在適當(dāng)位置配有足夠數(shù)量測(cè)試孔、測(cè)量孔、必須的人孔等調(diào)試、安裝、檢修所需的門孔。所有煙道上安裝煙氣取樣管，使測(cè)點(diǎn)數(shù)量與位置滿足現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試要求。為了使與煙道連接的設(shè)備的受力在允許范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)中特別考慮煙道系統(tǒng)的熱膨脹，熱膨脹通過非金屬膨脹節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償。煙氣均流導(dǎo)流裝置材質(zhì)：Q235。

（1）煙道設(shè)計(jì)煙氣zui大流速不超過15m/s。

（2）煙道根據(jù)可能發(fā)生的zui差運(yùn)行條件（如溫度、壓力、流量、濕度等）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）煙道是具有氣密性的焊接結(jié)構(gòu)，所有非法蘭連接的接口都進(jìn)行連續(xù)焊接，與擋板門的配對(duì)法蘭連接處也實(shí)施密封焊。

（4）煙道外部要充分加固和支撐，以防止顫動(dòng)和振動(dòng)，并且設(shè)計(jì)滿足在各種煙氣溫度和壓力下能提供穩(wěn)定的運(yùn)行。

（5）煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證灰塵在煙道的沉積不會(huì)對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生影響，在煙道必要的地方（低位）設(shè)置清灰裝置。另外，對(duì)于煙道中粉塵的聚集，考慮附加的積灰荷重。

（6）所有煙道在適當(dāng)?shù)奈恢门溆凶銐驍?shù)量和大小的人孔門，以便于煙道的維修檢查和清除積灰。另外，人孔門與煙道壁分開保溫，便于開啟。

2.3 脫硝反應(yīng)系統(tǒng)

脫硝工藝主要性能指標(biāo)有：脫硝效率、氨量、反應(yīng)器的壓力降等。

脫硝工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。

反應(yīng)器的水平段安裝有煙氣導(dǎo)流、優(yōu)化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應(yīng)器的豎直段裝有催化劑床。

反應(yīng)器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預(yù)留1層位置，作為未來脫硝效率低于保證值時(shí)增裝催化劑用，以此作為增強(qiáng)脫硝效率并延長(zhǎng)有效觸媒壽命的備用措施。

脫硝效率按90%設(shè)計(jì)，催化劑模塊尺寸為長(zhǎng)1930mm×寬970mm×高1200mm（暫定），層之間空間高度為3.0m，其中每層催化劑前端有耐磨層，減弱飛灰對(duì)催化劑的沖刷作用。每個(gè)反應(yīng)器按3層設(shè)計(jì)，運(yùn)行初期僅裝2層。一層留做備用層.

反應(yīng)器為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器，內(nèi)部設(shè)有觸媒支撐結(jié)構(gòu)，能承受內(nèi)部壓力，地震負(fù)荷、煙塵負(fù)荷、觸媒負(fù)荷和熱應(yīng)力等。反應(yīng)器殼外部設(shè)有加固肋及保溫層。觸媒通過反應(yīng)器外的觸媒填裝系統(tǒng)從側(cè)門放入反應(yīng)器內(nèi)。

為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對(duì)反應(yīng)器中*層催化劑上方煙氣的NH₃/NO_x摩爾比的調(diào)整，所以需在進(jìn)口煙道上的合適位置設(shè)置噴氨格柵。包括供應(yīng)箱、噴射格柵和噴射孔等。噴射系統(tǒng)配有節(jié)流閥及節(jié)流孔板。在對(duì)NO_x濃度進(jìn)行連續(xù)分析的同時(shí)，調(diào)節(jié)必要的氨量從噴氨格柵中噴氨。

在熱段/高灰布置中，SCR反應(yīng)器位于余熱鍋爐和換熱器之間，因?yàn)樵搮^(qū)域煙氣溫度在300-400℃的范圍內(nèi)。這種布置方式的主要優(yōu)點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用低，因?yàn)樵摱蔚臒煔鉁囟扰c催化劑要求的運(yùn)行范圍相符合。

2.3.1 SCR反應(yīng)器

框架材質(zhì)為Q235B碳鋼；反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置，反應(yīng)器入口及出口段設(shè)導(dǎo)流板，對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)部易于磨損的部位設(shè)計(jì)必要的防磨措施。反應(yīng)器內(nèi)部各類加強(qiáng)板、支架設(shè)計(jì)成不易積灰的型式，同時(shí)考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施。

在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過以下反應(yīng)被還原：

    4NO+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

當(dāng)煙氣中有氧氣時(shí)，反應(yīng)*式優(yōu)*行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對(duì)一的關(guān)系。

在煙氣中，NO₂一般約占總的NO_X濃度的5%，NO₂參與的反應(yīng)如下：

    2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

上面兩個(gè)反應(yīng)表明還原NO₂比還原NO需要更多的氨。

脫硝系統(tǒng)NO_X脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎*和NO_X反應(yīng)。

2.3.2 SCR催化劑

催化劑是SCR系統(tǒng)中的主要設(shè)備，其成分組成、結(jié)構(gòu)、壽命及相關(guān)參數(shù)直接影響到SCR系統(tǒng)脫硝效率和運(yùn)行情況，脫硝系統(tǒng)的催化劑應(yīng)具有以下特性：

（1）具有較高的NOx選擇性；

（2）在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的催化劑活性；

（3）具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性；

（4）在設(shè)計(jì)中SCR反應(yīng)器觸媒底部安裝氣密裝置，防止未處理過的煙氣泄漏。反應(yīng)器設(shè)置足夠大小和數(shù)量的人孔門。催化劑表層與上層催化劑支撐鋼梁之間有足夠的空間以便于維護(hù)檢修。

（5）催化劑模塊設(shè)計(jì)有效防止煙氣短路的密封系統(tǒng)，密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命。催化劑各層模塊一般應(yīng)規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性。

（6）催化劑設(shè)計(jì)考慮燃料中含有的任何微量元素可能導(dǎo)致的催化劑中毒。在加裝新的催化劑之前，催化劑體積滿足性能保證中關(guān)于脫硝效率和氨的逃逸率等的要求。同時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)留加裝催化劑的空間。

（7）催化劑應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)以減少更換催化劑的時(shí)間和工作量。

（8）催化劑模塊采用鋼結(jié)構(gòu)框架，并便于運(yùn)輸、安裝、起吊。

（9），催化劑采用合資或國(guó)產(chǎn)*產(chǎn)品，催化劑能承受運(yùn)行溫度420℃不少于5小時(shí)的考驗(yàn)，而不產(chǎn)生任何損壞。催化劑的化學(xué)使用壽命應(yīng)不小于連續(xù)24000h。

在選擇催化還原工藝中，NO_x與NH₃在催化劑的作用下產(chǎn)生還原。催化劑安放在一個(gè)固定的反應(yīng)器內(nèi)，煙氣穿過反應(yīng)器平行流經(jīng)催化劑表面。催化劑單元通常垂直布置，煙氣自上向下流動(dòng)。如下圖所示：

檢修、起吊設(shè)施：設(shè)置SCR裝置檢修和維護(hù)用的全部固定式和移動(dòng)式起吊設(shè)施。

平臺(tái)和扶梯：脫硝裝置平臺(tái)、扶梯便于日常檢修、維護(hù)人員到達(dá)與脫硝裝置相對(duì)應(yīng)的設(shè)備平臺(tái)。氨水儲(chǔ)存和供應(yīng)區(qū)域設(shè)置檢修和維護(hù)平臺(tái)，使檢修和維護(hù)工作能夠順利進(jìn)行。所有設(shè)備檢修和維護(hù)平臺(tái)、扶梯采用鋼結(jié)構(gòu)。

SCR反應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)道及反應(yīng)器保溫：100mm巖棉，0.5mm壓型鋼板

 2.3.3吹灰及控制系統(tǒng)：

蒸汽吹灰器的數(shù)量和布置設(shè)計(jì)能使催化劑中的集灰盡可能多地吹掃干凈，并盡可能避免因死角而造成催化劑失效導(dǎo)致脫硝效率的下降。每層設(shè)置1臺(tái)吹灰器。備齊吹灰系統(tǒng)所有必須的設(shè)備部件、吹灰器、相關(guān)閥門管路系統(tǒng)、控制設(shè)備等，吹灰系統(tǒng)采用DCS控制。

SCR反應(yīng)器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應(yīng)副產(chǎn)物，以減少反應(yīng)器壓力降。

2.3.4 脫硝還原劑

處于經(jīng)濟(jì)及安全方面等多種因素考慮，本方案采用氨水作為脫硝還原劑。

四、供貨范圍

包含以下范圍但不限于以下范圍：

乙方根據(jù)所供設(shè)備的需要，提供工程隨機(jī)備品備件、質(zhì)保期內(nèi)備品備件清單及1套完整的脫硝系統(tǒng) ，并能滿足技術(shù)規(guī)范書的設(shè)計(jì)要求、技術(shù)要求和質(zhì)量保證要求。裝置設(shè)備安裝、調(diào)試期間及質(zhì)保期滿后1年內(nèi)保證系統(tǒng)年正常運(yùn)行率98%以上所需的易損易耗備品備件。備品備件費(fèi)用包含在總價(jià)中。

供貨范圍：

1、根據(jù)甲方要求合理選擇脫硝設(shè)備。

2、包括了為滿足脫硝技術(shù)規(guī)范要求所需所有設(shè)備、技術(shù)資料、工具、備品備件、設(shè)計(jì)、安裝、服務(wù)及技術(shù)指導(dǎo)等。

供貨分界如下：

水：甲方負(fù)責(zé)接水源至脫硝區(qū)1m范圍內(nèi)；

電：甲方負(fù)責(zé)接380V電源線至脫硝配電柜；

氣：甲方負(fù)責(zé)接壓縮空氣至脫硝區(qū)域1m范圍內(nèi)；

土建：工程材料及施工由甲方負(fù)責(zé)，乙方負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。

說明：

1、上表供貨清單中的技術(shù)參數(shù)、規(guī)格、型號(hào)與數(shù)量以zui終選型為準(zhǔn)。

2、賣方供貨范圍為脫硝系統(tǒng)范圍以內(nèi)的全套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制作、供貨和安裝調(diào)試的交鑰匙工程，在執(zhí)行合同過程中如發(fā)現(xiàn)有任何漏項(xiàng)和短缺，在設(shè)備供貨清單中并未列入而確實(shí)是賣方成套設(shè)備供貨范圍中應(yīng)該有的，并且是滿足合同技術(shù)規(guī)范對(duì)合同設(shè)備的性能保證值要求所必須的，賣方負(fù)責(zé)將所缺的部件、技術(shù)資料等補(bǔ)齊，其費(fèi)用由賣方負(fù)責(zé)。

3、土建部分由需方完成。

五、性能保證與質(zhì)量保證

供方提供的整套脫硝系統(tǒng)能滿足甲方提出的性能及質(zhì)量要求。如果整個(gè)工藝過程不能滿足運(yùn)行保證中所許諾的要求，則供方負(fù)責(zé)修理、替換或者處理所有的物料、設(shè)備或其它，以便滿足運(yùn)行保證要求。這部分費(fèi)用由供方負(fù)責(zé)（包括修理、替換或者處理、拆卸和安裝所需要的人員費(fèi)用）。在完成修理、替換或者其它處理后，整個(gè)工藝過程按合同重新進(jìn)行試驗(yàn)，費(fèi)用由供方負(fù)責(zé)。在此之前的某些試驗(yàn)階段，一些試驗(yàn)保證已經(jīng)成功地被驗(yàn)證，如果由于修理、替換或者其它處理措施對(duì)已驗(yàn)證了的運(yùn)行保證產(chǎn)生可能的不利影響，則整個(gè)工藝系統(tǒng)還需要按所有要求重新試驗(yàn)，費(fèi)用由供方負(fù)責(zé)。技術(shù)專家（1500--5106507）簡(jiǎn)介: 從事大氣污染控制等方面的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國(guó)家二十項(xiàng).主持大中型環(huán)保工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)20余項(xiàng)，主持大型環(huán)保工程總承包2項(xiàng)，涉及工程投資近3億元，是（電改袋）施工的主要負(fù)責(zé)人之一，有豐富的施工組織和管理經(jīng)驗(yàn)，也是”863“.國(guó)內(nèi)*臺(tái)電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時(shí)煙氣量全套設(shè)計(jì)方案參與。星火熱電廠75噸/小時(shí)鍋爐袋式除塵，脫硫設(shè)計(jì)方案主要負(fù)責(zé)人...2005年11月設(shè)計(jì)日本帝人三原事務(wù)所世界*臺(tái)以煤、舊輪胎及少量料制品為混合燃料65T/H高溫高壓環(huán)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(fù)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(quán)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?fàn)t除塵.重慶太極集團(tuán)制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統(tǒng). 濟(jì)南鋼鐵股份有限公司*燒結(jié)廠660000 m3/h電袋復(fù)合除塵器主設(shè)計(jì)，山東江泉集團(tuán)臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設(shè)計(jì)，河南省汝州巨龍實(shí)業(yè)有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復(fù)合除塵及脫硫系統(tǒng)工程,河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司12.5萬噸電解煙氣凈化系統(tǒng),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(jī)組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機(jī)組脫硝SNCR工程, 畢節(jié)熱電廠2×130t/h機(jī)組脫硝SNCR,紹興玻璃制品廠脫硝SCR, 山東優(yōu)嘉能源熱力有限公司1×40t/h煤粉鍋爐煙氣超低排放工程SNCR+SCR組合脫硝工藝等