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50t水煤浆锅炉脱硝方案解析

东营市齐发化工有限公司

50t/h水煤浆锅炉脱硝工程

技术方案与工程概算

烟台蓝天环保设备有限公司

二零一五年四月十九日

一、烟气脱硝技术概述------------------------------3

1、SNCR脱硝技术--------------------------------3

2、SCR脱硝技术---------------------------------6

3、SNCR/SCR混合脱硝技术------------------------7

4、主要烟气脱硝技术的比较-----------------------8

5、NOx排放标准与保证脱硝效率------------------10

6、本项目脱硝方案的选择------------------------11

二、本项目SNCR+SCR脱硝方案设计-------------------12

1、锅炉烟气参数--------------------------------12

2、锅炉SNCR+SCR总体设计方案-------------------13

三、工程概算--------------------------------------24

四、全年运行费用估算------------------------------32

一、烟气脱硝技术概述

目前国内使用最多的烟气脱硝技术有选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原技术（SCR）和SNCR/SCR联合脱硝技术。

SCR技术复杂，脱硝效率高，一般用于大型锅炉烟气脱硝；SNCR技术相对简单，脱硝效率低于SCR技术，在小型锅炉烟气脱硝中使用广泛；SNCR/SCR联合脱硝技术结合了SCR和SNCR两种技术的优点，既简化了工艺流程，又提高了脱硫效率，节约了投资。

下面分别介绍这三种技术。

1、SNCR技术

研究发现，在800～1150℃这一温度范围内、无催化剂作用下，氨水等还原剂可选择性地还原烟气中的NOx生成N2和H2O，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR脱硝技术。

SNCR烟气脱硝的主要反应为：

NH3为还原剂4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

SNCR通常采用的还原剂有尿素、氨水和液氨，不同还原剂的比较如下表所列。

不同还原剂特点

还原剂

特点

尿素

•安全原料（化肥）

•便于运输

•脱硝有效温度窗口较宽

•溶解要消耗一定热量

氨水

•运输成本较大

•需要较大的储存罐

•脱硝有效温度窗口窄

液氨

•高危险性原料

•运输和存储安全性低

从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应。

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，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。

在较大尺寸的锅炉中，因为需要覆盖相当大的炉内截面，还原剂的均匀分布则更困难。

为保证脱硝反应能充分地进行，以最少喷入NH3的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，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SO3会产生NH4HSO4易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。

因此，SNCR工艺的氨逃逸要求控制在8mg/Nm3以下。

图1.1为典型SNCR脱硝工艺流程图。

图1.1SNCR工艺系统流程图

SNCR烟气脱硝过程是由下面四个基本过程组成：

还原剂的接收和溶液制备；

还原剂的计量输出；

在锅炉适当位置注入还原剂；

还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

2、SCR技术

选择性催化剂还原（SCR）技术是在烟气中加入还原剂（最常用的是液氨和氨水），在催化剂和合适的温度等条件下，还原剂与烟气中的氮氧化物（NOx）反应，而不与烟气中的氧进行氧化反应，生成无害的氮气和水。

主要反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（800～1250℃）进行。

SCR技术采用催化剂，催化作用使反应活化能降低，反应可在更低的温度条件（280～400℃）下进行。

对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。

制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。

除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。

SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。

SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式，高尘布置、低尘布置和尾部布置，图1.2为目前广泛采用的高尘布置SCR烟气脱硝系统工艺流程图。

图1.2SCR工艺系统流程（高尘布置）

对于一般燃煤或燃油锅炉，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，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系统商业运行的脱硝效率约为≥80%。

3、SNCR/SCR混合烟气脱硝技术

SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用未反应氨进行催化反应结合起来，或利用SNCR和SCR还原剂需求量不同，分别分配还原剂喷入SNCR系统和SCR系统的工艺有机结合起来，达到所需的脱硝效果，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。

SNCR/SCR混合工艺的脱硝效率可达到≥85%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。

图1.3为典型的SNCR/SCR混合烟气脱硝工艺流程。

图1.3SNCR/SCR联合工艺脱硝流程图

4、主要烟气脱硝技术的比较

几种主要烟气脱硝技术综合比较情况如下表所列。

SCR、SNCR、SNCR/SCR技术综合比较

项目

SCR技术

SNCR技术

SNCR/SCR技术

反应剂

NH3

液氨或氨水

NH3

反应温度

320～400℃

800～1150℃

前段：

800～1000℃，

后段：

320～400℃

催化剂

V2O5-WO3/TiO2

不使用催化剂

后段加少量催化剂

脱硝效率

≥80%

≤50%

≥85%

反应剂喷射位置

SCR反应器入口烟道

炉膛内喷射

锅炉负荷不同喷射位置也不同

SO2/SO3氧化

SO2氧化成SO3的氧化率<1%

不会导致SO2氧化，SO3浓度不增加

SO2氧化较SCR低

NH3逃逸

<2.5mg/m3

<8mg/m3

<4mg/m3

对空气预热器影响

NH3与SO3易形成硫酸氢铵，需控制NH3泄漏量和SO2氧化率，并对空预器低温段进行防腐防堵改造。

SO3浓度低，造成堵塞或腐蚀的机率低

硫酸氢铵的产生较SCR低，造成堵塞或腐蚀的机率比SCR低

系统压力损失

新增烟道部件及催化剂层造成压力损失

没有压力损失

催化剂用量较SCR小，产生的压力损失较低

燃料及其变化的影响

燃料显著地影响运行费用，对灰份增加和灰份成分变化敏感，灰份磨耗催化剂，碱金属氧化物劣化催化剂，AS、S等使催化剂失活。

基本无影响

影响与SCR相同。

由于催化剂较少，更换催化剂的总成本较SCR低

锅炉负荷变化的影响

SCR反应器布置需优化，当锅炉负荷在一定范围变化时，进入反应器的烟气温度处于催化剂活性温度区间。

多层布置时，跟随负荷变化容易

跟随负荷变化中等

工程造价

高

低

较高

5、NOx排放标准与保证脱硝效率

锅炉厂提供的技术参数

序号

项目

参数

备注

11

锅炉炉型DHS50-2.5/250-J

水煤浆锅炉

22

锅炉蒸吨（t/h）

50t/h

33

锅炉烟气量（m3/h）

120000m3/h

44

烟气粉尘含量（mg/Nm3）

7000mg/Nm3

初始排放浓度

55

烟气SO2含量（mg/Nm3）

1000mg/Nm3

初始排放浓度

66

烟气NOx含量（mg/Nm3）

450mg/Nm3

初始排放浓度

77

烟气中O2含量（%）

10%

88

炉后温度280—400℃位置区域

锅炉本体出口位置约380℃

锅炉后面烟气引出位置，脱硝催化剂有效还原反应温度区

5

锅炉外形图及相关设备安装图

暂未提供

确定脱硝反应器安装位置，满足催化剂还原反应温度区280—400℃。

（1）、环保排放标

2015年氮氧化物排放标准：

NOx≤200mg/Nm3。

2017年之后氮氧化物排放标准：

NOx≤100mg/Nm3。

（2）、保证脱硝效率

按照锅炉厂提供技术资料，氮氧化物初始排放浓度：

NOx≥450mg/Nm3.

则：

保证脱硝效率≥450mg/Nm3-100mg/Nm3/450mg/Nm3≥78%。

即：

若要达到2017年后NOx排放标准要求：

NOx≤100mg/Nm3,

无论使用何种脱硝技术，必须确保脱硝效率≥78%。

6、本项目脱硝方案的选择

本工程为1台50t/h水煤浆锅炉脱硝项目，原始NOx排放浓度约为450mg/Nm3。

为满足最新实施的NOx排放要求，同时考虑到脱硝的经济性，推荐采用SNCR/SCR混合法脱硝工艺，脱硝后NOx排放浓度低于100mg/Nm3，实现达标排放。

SNCR/SCR混合法脱硝工艺优点如下：

（1）脱硝效率可达≥85%以上，确保NOx达标排放。

（2）运行灵活，根据NOx浓度，可选择SNCR或SCR或SNCR—SCR联合形式。

（3）与单独SCR脱硝相比，投资增加很小，很多设备可共用。

（4）占地面积小。

（5）对锅炉的运行影响较小。

（6）运行费用低，运行维护方便。

（7）脱硝效率高，可选择一级SNCR/SCR或二级SNCR—SCR联合形式。

二、本项目SNCR+SCR脱硝方案设计

1、锅炉烟气参数

锅炉厂提供的技术参数

序号

项目

参数

备注

11

锅炉炉型DHS50-2.5/250-J

水煤浆锅炉

22

锅炉蒸吨（t/h）

50t/h

33

锅炉烟气量（m3/h）

120000m3/h

44

烟气粉尘含量（mg/Nm3）

7000mg/Nm3

初始排放浓度

55

烟气SO2含量（mg/Nm3）

1000mg/Nm3

初始排放浓度

66

烟气NOx含量（mg/Nm3）

450mg/Nm3

初始排放浓度

77

烟气中O2含量（%）

10%

88

炉后温度280—400℃位置区域

锅炉本体出口位置约380℃

锅炉后面烟气引出位置，脱硝催化剂有效还原反应温度区

99

锅炉外形图及相关设备安装图

暂未提供

确定脱硝反应器安装位置，满足催化剂还原反应温度区280—400℃。

2、锅炉SNCR+SCR总体方案设计

燃煤锅炉生成的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5~10%，N2O只占1%左右。

1台蒸发量为50t/h水煤浆蒸汽锅炉出口处NOx浓度均为450mg/Nm3,拟采用SNCR+SCR脱硝工艺能达到锅炉氮氧化物排放小于100mg/Nm3的排放要求。

我方设计的脱硝系统由7个模块组成：

氨水溶液制备储存模块、在线稀释模块、计量分配模块、喷射模块、SCR反应模块、控制模块。

本工程采用20%浓度的氨水溶液，储存在氨水溶液储罐中，通过在线稀释成10%左右浓度喷入烟道中。

特点：

根据NOx排放标准的变化，任意选择一级SNCR/SCR,或SNCR—SCR联合。

（3）、氨水储存模块

氨水用汽车槽车运输到使用现场，经由2台氨水卸车泵（1用1备）进入氨水储罐。

设置1个氨水储罐，罐的容积满足14天的用量（20%浓度氨水溶液）要求，储罐的容积为15m3。

采用304不锈钢制造，储罐为立式平底结构，装有液位计、温度计等测量设备，装有人孔、梯子及通风孔等。

储罐露天放置，顶部设置罩棚，防止氨水受热蒸发。

储罐四周设围堰，防止氨水泄露到围堰外。

（4）、在线稀释模块

当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变化时，送入炉膛的氨水溶液的量也应随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。

若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。

因此，设计了在线稀释模块，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。

20%浓度氨水溶液和稀释水通过静态混合器稀释成一定比例（10%浓度）喷入炉膛。

1）氨水输送泵

氨水输送泵采用2台计量泵（1用1备），供1台炉脱硝使用。

20%浓度氨水消耗量为36.5kg/h。

2）稀释水输送泵

稀释水输送泵采用2台计量泵（1用1备），供1台炉脱硝使用。

稀释水采用软化水，防止喷枪结垢堵塞。

稀释水消耗量为36.5kg/h。

（5）、计量与分配模块

脱硝系统置一个计量分配模块，包括氨水计量分配模块和压缩空气计量分配模块。

由在线稀释模块输送过来的低浓度的氨水溶液进入炉前的氨水溶液计量分配模块。

根据氮氧化物检测数据控制氨水计量泵的转速，从而控制每台锅炉需要的氨水溶液的流量。

经过计量后的氨水溶液在由模块中的分配母管分为6路，分别通向6支喷枪。

在每个支路氨水溶液管上安装有流量表、压力表等装置，用于调整每支喷枪所需的氨水溶液的流量。

氨水经过雾化喷枪喷入锅炉炉膛或旋风分离器入口烟道。

来自厂区的压缩空气经过除水除油、调压处理后被分为6条支路通向炉前喷枪。

在每条压缩空气支路管中也设有减压阀、压力表等，用于调整每只喷枪雾化所需的压缩空气用量。

（6）、喷射模块

由各个计量分配模块输送过来的氨水溶液进入雾化喷枪，经过喷枪的雾化后送入炉膛或烟道。

雾化用的喷枪采用二流体喷枪，二流体喷枪主要由枪体和喷嘴组成，枪体分为内管和外管两个部分，溶液走内管，压缩空气走外管，压缩空气在外管中呈螺旋装前进，在喷嘴出口处呈涡流装高速喷出与溶液充分混合，通过调节压缩空气用量与氨水溶液用量的比例使之达到完全雾化的效果。

（7）、雾化气体的选用

雾化介质的作用是加强氨水溶液与炉内烟气混合，充分混合有利于保证脱硝效果、提高氨水溶液利用率减少尾部氨残余。

雾化介质主要是提高还原剂喷射速度、增加喷射动量，而不要求把氨水溶液全部雾化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。

小液滴在喷入口炉壁附近的低温区就挥发反应，而大液滴则可以深入炉膛才析出反应。

雾化介质的主要作用是提高液滴的喷射动量。

喷射动量取决于喷射速度和喷射物的质量，显然靠增加雾化介质的用量来提高喷射动量是不经济的。

为了提高喷射动量，则主要集中在提高喷射速度上。

本项目的雾化介质可采用压缩空气，到喷射器前的压力应在0.3～0.4MPa。

压缩空气的参数要求详见下表：

压缩空气数据表

压缩空气

目的

压缩空气用于仪表空气或工艺空气。

规格

压力

0.3~0.4MPa

压缩空气用量（单台炉，0.4MPa）

0.2Nm3/min

压力下露点温度（工艺用）

3℃

压力下露点温度（仪表用）

-40℃

最大残油量

<0.01mg/Nm3

最大含尘量（工艺用）

<0.1mg/Nm3

最大含尘量（仪表用）

<0.01mg/Nm3

备注

（8）、稀释水的选用

采用软化水作为稀释水。

可以防止喷枪结垢。

（9）、冷却风

喷枪一旦装上，只要不停炉，需持续向喷枪外套管内通如冷却风，以保护喷枪。

冷却风可用锅炉一次风。

（10）、催化反应器

在SNCR过程中未反应完全的氨气随烟气自锅炉省煤器下部引出，进入SCR催化反应器，反应器内装有脱硝催化剂，在催化剂的作用下，氨气与烟气中剩余的氮氧化物进一步反应，使氮氧化物排放到达100mg/Nm3以下。

脱硝后的烟气自反应器下部回到锅炉空预器。

至此，整个脱硝工程就完成了。

（11）、性能保证

序号

项目

单位

实际煤种

1

烟气量，单台炉

m3/h

120000

烟气量，单台炉,20℃

Nm3/h

29171

烟气NOx浓度（标态干烟气）

mg/Nm3

450

脱硝后NOx浓度（6％O2标态干烟气）

mg/Nm3

≤100

2

氨氮比

/

≤1.5

脱硝效率

%

≥80

3

浓度20%氨水消耗量

kg/h

≤36.5

4

除盐水耗量

kg/h

≤36.5

5

0.4MPa压缩空气消耗量

Nm3/min

≤2.5

6

氨逃逸

mg/Nm3

≤5

7

用电负荷

kw

≤20

（12）、设备材料清单

A、氨水溶液储存单元

序号

名称

规格型号

数量

1

氨水储罐

容积15m³（满足14天用量），304材质,

Φ2.6×2.8m×5mm

1

2

稀释水罐

容积2m³，304材质，Φ1.0×1.5m×5mm

1

3

氨水卸车泵

流量10m³/h，扬程10m，防爆，建议采用滑片泵

2

4

球阀

DN80，304不锈钢

3

5

止回阀

DN50,304

2

6

闸阀

DN50，304不锈钢

1

7

球阀

DN50，304不锈钢

2

8

温度计

量程-20-100，4-20mA信号

1

9

球阀

DN40，304不锈钢

2

10

球阀

DN15，304不锈钢

2

11

过滤器

篮式过滤器，DN80，304材质，100目

1

12

压力表

0-2.0Mpa

2

13

磁翻板液位计

有就地表显，带4～20mA信号输出

（1台：

0-2.7m；1台：

0-1.5m）

2

14

就地控制箱

空开、电源、继电器、按钮、指示灯

2

B、氨水溶液输送计量模块

序号

名称

规格型号

数量

1

计量泵

Q=50L/h，H=100m，304材质，

含附件，防爆

2

2

过滤器

篮式过滤器，DN25，304材质，100目

1

3

变频器

1.1kw,带操作面板

2

4

球阀

DN15，304不锈钢

12

5

压力传感器

0-2Mpa，4-20mA

1

6

压力表

0-2.0Mpa

2

7

就地控制箱

空开、电源、继电器、按钮、指示灯

2

8

附件

管道附件、支架、底座等

1套

C、稀释水计量模块

序号

名称

规格型号

数量

1

计量泵

Q=50L/h，H=100m，304材质，

含附件，防爆

2

2

过滤器

篮式过滤器，DN25，304材质，100目

1

3

变频器

1.1kw,带操作面板

2

4

球阀

DN15，304不锈钢

12

5

压力传感器

0-2Mpa，4-20mA

1

6

压力表

0-2.0Mpa

2

7

就地控制箱

空开、电源、继电器、按钮、指示灯

2

8

附件

管道附件、支架、底座等

1套

D、分配模块

序号

设备名称

设备规格

数量

1

手动阀

DN15，304材质

6

3

减压阀

DN15

6

4

压力表

0-1.0Mpa

6

5

附件

管道附件、支架、底座等

1套

6

分配箱

4支液体路和4支气路安装其中

1个

E、喷射单元

序号

设备名称

设备规格

数量

1

喷嘴

FMX030，310S材质

6

2

枪杆

310S不锈钢

6

3

保护套管

310S外喷涂碳化钨

6

4

金属软管

304，长1.5m

18

5

附件

喷枪支架、法兰等

6

F、催化反应器

序号

设备名称

设备规格

数量

1

催化反应器

长×宽×高

3000×2200×8000，碳钢

4.6t

2

烟道

长×宽×高

2000×1200×20000，碳钢

6t

3

支撑

Q235H100

1t

4

支架

Q235H200

6t

5

催化剂

6.6m3

6

吹灰器

2

7

空压机

排气量2.3m3/min，压力0.7MPa,功率15KW

1

8

保温材料

岩棉

40m3

9

保温保护层

彩钢板—0.7

270m2

G、其他辅助设备

序号

设备名称

设备规格

数量

1

温度传感器

-20-100℃,316材质

1

2

应急洗眼器

立式

1

H、电气单元

序号

设备名称

设备规格

数量

1

低压配电柜

电控外协配套

1

2

防雷接地

电控外协配套

1套

3

照明电源箱

电控外协配套

1

4

检修电源箱

电控外协配套

1

5

照明灯具

电控外协配套

1套

6

防火封堵

电控外协配套

1套

7

控制电缆

电控外协配套

8

动力电缆

电控外协配套

9

安装辅材

电控外协配套

1套

I、控制单元

序号

设备名称

设备规格

数量

1

PLC

66点

1

2

氨气泄露检测仪

外购、电控外协配套

2

3

安装辅材

外购、电控外协配套

1套

4

控制电缆

外购、电控外协配套

5

工作机

主机i3-2120，3.3G，4GRAM,500G,DVD-ROM,20寸dell宽屏LCD

2

6

控制柜

2200×800×600

1

7

氨逃逸监测仪

国产

1

8

氮氧化物监测仪

国产

1

9

附件及程序

空开、继电器、电源、端子

1

J、土建

序号

设备名称

设备规格

数量

1

储罐基础

18m3

2

围堰、地面

5m3

3

反应器、烟道基础

30m3

4

罩棚

15m2

5

泵房

长4米，宽4米，高4米

16m2

6

配电室、控制室

长4米，宽4米，高4米

16m2

7

氨逃逸分析小屋

长2米，宽2米，高4米

4m2

三、工程概算（采用SNCR+SCR联合技术）：

烟气量：

120000m3/h。

原烟气氮氧化物含量：

450mg/Nm3

净烟气氮氧化物含量：

100mg/Nm3

脱硝效率：

≥85%

20%浓度氨水耗量：

36.5kg/h

软化水耗量：

36.5kg/h

四、全年运行费用

按照1台炉每年运行7200h，20%氨水价格：

600元/t

（1）20%浓度氨水：

36.5kg/h×7200h×0.60元/kg=15.76万元

（2）电费：

20KW/h×7200h×0.75元/（KWh）=10.80万元

（3）除盐水：

36.5kg/h×7200h×0.02元/t=0.52万元

（4）、催化剂费用

催化剂一次安装费用为19.00万元，按照使用寿命三年计算，

一年催化剂费用：

19.00万元/3年=6.33万元

全年脱硝运行费用合计：

15.76+10.8