五金GXDF-20沸腾炉SNCR脱硝系统项目 SNCR技术方案 2020年04月 PAGE PAGE # PAGE PAGE # SNCR技术方案 一、总论 1.1工程概况 GXDF-20沸腾炉脱硝改造工程。本工程采用选择性非催化还原法（SNCR）脱 硝工艺，还原剂为尿素。 1.2厂址所在地 项目位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗札萨克镇内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司 红庆河矿井及选煤厂工业广场内 1.3主要设计参数 （1） GXDF-20 沸腾炉 （2） 锅炉最大连续蒸发量：20t/h （3） 锅炉（B-MCR）燃煤量：3.5 t/h（设计煤种） （4） 锅炉运行方式：锅炉在50-100%负荷下能长期安全稳定运行 1.4术语定义 1.4.1 SNCR 工艺 SNCR （Selective Non-Catalytic Reduction，简称 SNCR）脱硝工艺，是利用还 原剂在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx）发生化 学反应，生成氮气和水的一种脱硝技术。 1. 4. 2脱硝效率 脱硝效率也称NOX （以NO2计，标态，6%O2含量）脱除率，其计算方法如 下： 脱硝率=―Qi— x 100% 式中：C1——脱硝系统投运前锅炉排放烟气中NOx含量（mg/Nm3）。 C2——脱硝系统运行时锅炉排放烟气中NOx含量（mg/Nm3）。 SNCR技术方案 SNCR技术方案 PAGE PAGE # SNCR技术方案 SNCR技术方案 PAGE PAGE # 1.4.3氨逃逸率 氨的逃逸率是指在锅炉尾部烟道（空气预热器入口装设测点）处检测到的氨 的浓度。系指脱硝系统运行时，空气预热器入口烟气中氨的质量与烟气体积（标 态，干基，6%02）之比，单位为mg/Nm3。 1.4.4脱硝系统可用率 从首次喷射尿素水溶液（20%溶液）开始直到最后的性能验收为止的质保期 内，脱硝整套装置的运转率在最终验收前不低于98%。系统可用率定义： A - B 可用率=x 100%A A：锅炉每年总运行时间，h； B：脱硝系统每年总停运时间，h。 1.5性能保证 1. 5. 1主要性能指标保证 在下列边界条件下，脱硝装置在投运后： （1） 在NOx初始浓度为350mg/Nm3 （标态，干基，6%02）时，NOx脱除 率不小于79%，氨逃逸率小于5mg/Nm3 ；在锅炉排烟烟气N0X浓度低于 350mg/Nm3（标态，干基，6%02）时，SNCR脱硝将锅炉排烟烟气NOx浓度 降低至150mg/Nm3 （标态，干基，6%O2）及以下。 （2） 脱硝系统设计和制造应符合安全可靠、连续有效运行的要求，服务年 限应在30年以上，整个寿命期内系统可用率应不小于98%； （3） 脱硝系统应能在锅炉最低稳燃负荷工况和BMCR工况之间的任何负荷 持续安全运行；脱硝系统负荷响应能力应满足锅炉负荷变化率要求， （4） 锅炉排烟烟气NOX浓度不高于350mg/Nm3 （标态，干基，6%O2）， 对锅炉效率的影响不大于0.15%；脱硝系统具备将锅炉排烟烟气NOX浓度低于 150mg/Nm3 （标态，干基，6%O2）的能力。 （5） 加装烟气脱硝系统后，供货方应根据自己经验，在投标阶段提出脱硝 装置对锅炉运行的影响分析以及应采取处理措施并做专题说明。 （6） 供货方首先对工艺系统做性能计算，完善下列空白内容： 脱硝工艺系统主要设计性能参数 项目 锅炉容量 20t/h 燃料 现有煤种（褐煤） 处理前NOx基础浓度mg/Nm3 （标况、干态、6%。2） 350 SNCR处理后NOx控制浓度mg/Nma （标况、干态、6%O2） 小于150 氨逃逸率W5mg/Nm3 SNCR设计脱硝效率% （初始值为350mg/Nma时） 379 氨氮比mol:mol （出口） 1.5 旋风分离器入口温度C 800-850 SNCR系统物耗表（1台锅炉、NOx控制浓度 150mg/Nm3） 压缩空气耗量Nma/h 120 稀释水总耗量t/h 0.06 纯尿素耗量t/h 0.006 工业水耗量kg/h 无 消防水耗量kg/h 无 蒸汽耗量kg/h 约10 （溶解和伴热） 氨氮比mol:mol 约1.2 脱硝效率% 79% （初始值为350mg/Nm3时） 边界条件： ?锅炉正常工况范围； ? 脱硝装置在投运前，脱硝系统入口烟气中NOx含量小于350mg/Nm3； ?所使用煤种和招标方所提供脱硝设计时的煤种（现有煤种）接近。 ?锅炉在较低负荷运行时，锅炉出口中心温度可能低于SNCR烟气脱硝反 应最佳温度区域（850~1050°C）。采用SNCR烟气脱硝工艺需保证在该 工况下烟气脱硝后NOX排放W150mg/Nm3,投标时需专题说明如何保 证脱硝效率以及控制氨逃逸有效措施。 1. 5.2供货方承诺 ?供货方预先提供尿素溶液喷入后的数值模拟计算结果，以确定采用最佳 的设计方案；提供尿素溶液喷入后对锅炉效率及尾部受热面的影响分析 结果。 ?所有设备供货方提供符合使用方和相关工业标准的功能齐全的优质产 品。 ?供货不限于合同附件供货范围清单里的内容，最终供货的设备材料数量、 规格型号、材质、参数需满足项目性能要求、技术协议要求、现场施工要 求、系统正常运行为准。 二、技术要求及标准规范 2.1总的技术要求 脱硝系统包括所有需要的系统和设备至少应满足以下总的要求： ?氮氧化物NOX排放浓度满足全负荷段达标（6%02，标态，干烟气）； ?采用先进、成熟、可靠的技术，造价要经济、合理，便于脱硝系统及锅 炉原有系统设备的运行以及设备的维护检修； ?设备布置规范合理、统筹考虑厂区及锅炉设备布置。在规划基本的现场 布置方案时，尽量利用现有建筑，设备的位置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； ?所有的设备和材料应是新的和优质的，凡直接与还原剂直接接触的部位 均采用316L材质； ?高的可利用率； ?机械部件及其组件或局部组件应有良好的互换性； ? 观察、监视、维护简单； ?运行人员数量最少； ?确保人员和设备安全； ?节省能源、水和原材料； ?脱硝装置的调试、启/停和运行应不影响主机的正常工作。 ?脱硝装置应能快速启动投入，在负荷调整时有良好的适应性，在运行条 件下能可靠和稳定地连续运行。 ?适应锅炉的启动、停机、事故处理及负荷变动要求； ?检修时间间隔应与机组的要求一致，不应增加机组的维护和检修时间； ?在设计上要留有足够的通道，包括施工、检修需要的吊装及运输通道； ?喷射装置布置方案考虑有利于混合均匀，反应剂在高温区停留时间较长， 锅炉本体改动量少，不能影响检修，每个分离器喷枪布置数量不少于8 支。 ?在规范书中关于各系统的配置和布置等是招标方的基本要求，仅供供货方设计参考，并不免除供货方应对系统设计和布置等所负的责任。 2.2脱硝工艺系统 2.2.1技术要求 本系统为选择性非催化还原即SNCR烟气脱硝系统，采用尿素水溶液作为脱 硝还原剂。本脱硝装置设计满足以下要求： （1） 进行喷射设计优化，以保证喷射系统设计的合理和最优化。 （2） 能够进行氨氮比（NSR）可靠控制，投运前对每个喷嘴流量进行标定， 并通过测试数据结合实验经验优化设计控制策略，来快速响应锅炉运行参数和 NOX排放波动。 （3） 应能适应锅炉机组变负荷、变燃烧参数的系统工况的要求。脱硝装置 和所有辅助设备投入运行对锅炉负荷和设备不产生影响或影响较小。且脱硝装置 必须能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行，具有较好的调节性 能，符合电网对电厂负荷调度的要求。 （4） 整套系统及其装置应能够满足整个系统在各种工况下自动运行的要求， 系统的启动、正常运行监控和事故处理完全自动化。 （5） 喷射器喷嘴属于易磨损的设备，供货方设计的喷射器具有防磨、耐高 温、易更换等特点。 （6） 系统设计合理、操作简单、维护简单方便，系统设备配备足够数量的 人孔门，所有的人孔门使用铰接方式，且容易开/关，所有的人孔门附近应设有 维护平台。 （7） 在设计上有足够的通道，包括施工、检修需要的吊装及运输通道。 （8） 所有设备和管道、膨胀节考虑了设备和管道发生故障时能承受最大的 温度热应力和机械应力。 在储罐设计时应考虑适当的腐蚀余量。 本脱硝系统主要包括以下几部分： 尿素储存及制备系统 尿素溶液输送系统 稀释和计量分配系统； 喷射系统； 电气及控制系统 附属系统(防腐、保温和油漆等)； (设计和设备安装、技术服务及培训、设备标识、安全标识)。 还原剂制备、贮存、输送设备和管道凡与尿素溶液接触全部采用316L 不锈钢。室外液体输送管线有伴热和保温，防止冬季管道和出现结晶或者冻坏。 2.2.2脱硝装置主要布置原则 2.2.2.1总平面布置 总体工艺布置原则如下： 尿素溶液储存罐预计放置于室外，配料放置于室内，脱硝设备距离配电室 98米，尿素溶液喷射系统位于锅炉本体炉膛出口至分离器间的水平烟道，每台 锅炉共计8 (满足流量、效率及控制要求为准)支喷射器布置在 4个分离器入 口的烟道。计量分配模块、喷射装置均沿炉膛高度方向布置在各层平台处，主 要利用炉本体原有构架和平台布置。 供货方提供详细的SNCR设计方案及工艺设备报价。 2.3标准规范 投标人提供的材料、设备、工程、设计、安装、试运行等应全部按相关的中国标 准及规定执行，如采用外国标准则提供该标准文本，并确认该标准不低于相关 中国国家标准。 投标人遵循下列文件和标准，但不限于此： 《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》HJ 563-2010 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160—2008 1） 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014 2） 《石油化工工艺装置布置设计通则》SH3011-2011 3） 《工业企业噪声控制设计规范》GB/T50087-2013 4） 《职业性接触毒物危害程度分级》GBZ 230-2010 5） 《工业金属管道设计规范》（2008局部修订）GB50316-2000 6） 《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T20592?20635-2009 （B系列） 7） 《输送流体用无缝钢管》GB/T 8163-2008 8） 《石油化工企业职业安全卫生设计规范》SH3047-1993 9） 《石油化工企业环境保护设计规范》SH3024-1995 10） 《石油化工管道柔性设计规范》SH/T 3041-2002 11） 《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285-2006 12） 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997 13） 《电测量及电能计量装置设计技术规程》 DL/T5137-2001 14） 《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007 15） 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010 16） 《低压配电设计规范》GB50054-2011 17） 《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065-2011 18） 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 GB50093-2013 19） 《石油化工分散控制设计系统设计规范》 SH/T 3092-201 三、SNCR工艺系统及设备 SNCR脱硝技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应， 不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为800~1250°C 的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行反应生成 N2,该方法是以锅炉的炉膛为反应器。 在800~1100C范围内，尿素还原NOx的主要反应为： 2NO + CO（NH,）2 + — 2私 + + 2H2O SNCR工艺脱硝还原剂使用20% （wt）浓度的尿素溶液。通过外购尿素颗粒 在还原剂制备区配置尿素溶液，制备好的20%（wt）尿素溶液从尿素储罐输送入流 量控制模块，进入尿素溶液分配模块，还原剂溶液经过分配模块进入稀释模块。在 稀释中精确计量还原剂溶液的流量，加入一定量的稀释用除盐水将20%（wt）尿 素溶液进一步稀释到5%左右，然后输送到分配模块。在分配模块里，5%左右的 还原剂溶液被分配到各喷射组件，经压缩空气雾化后通过喷枪喷射入锅炉炉膛 内，雾化的还原剂溶液液滴在炉膛的横截面上与烟气垂直接触，尿素在高温条件下 分解、蒸发，产生的NH3扑捉烟气中的NOx并迅速与之反应，达到脱除NOx的 目的。 系统工艺流程分项叙述如下： 3.1还原剂制备系统 每套还原剂制备系统均包括：尿素溶解罐、尿素溶液输送泵、尿素溶液储罐。 尿素储存于仓库，破袋后倒入溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50% 质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液输送泵输送到尿素溶液储罐。 （1）尿素储仓 尿素卸车考虑三种卸车方法。袋装尿素人工卸车、散装颗粒尿素利用卡车压 缩机自动卸车和尿素溶液利用罐车自带压缩机卸车。本项目采用袋装尿素人工卸 车方式，卸车后的袋装尿素存储于尿素仓库里。 尿素溶解罐 设置1个尿素溶解罐，溶解罐材质为316L，在溶解罐中，用除盐水制成 20%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度保 持在合理的温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控 制系统外，还采用输送泵系统将尿素溶液从储罐底部向侧部进行，使尿素溶液 更好的混合并加速颗粒尿素的溶解。 尿素溶液溶解泵 尿素溶液溶解泵为不锈钢本体离心泵，两台泵一运一备，并列布置。尿素溶 液经由溶解泵进入尿素溶液储罐，每台泵的容量为1小时内可将溶解罐内的溶液 完全输送到尿素溶液储罐。 溶解泵配置过滤器及所有手动和电动阀门、仪表和传送器。此外，溶液泵还 利用溶解罐所配置的管道将尿素溶液进行，以获得更好混合。 （2）尿素溶液储罐 系统设1座尿素溶液储罐，为直立平底圆顶316L不锈钢制造。尿素溶液储 罐大小满足1台炉1-2天的尿素溶液用量。 罐体包括保温、液位计、温度压力表、排气孔、整体加热系统、人孔、吊环、法 兰等。尿素溶液储罐应设有梯子、平台、栏杆和液面计支架。罐体加热系统将使罐 体在外界环境温度变化时还能保持罐内温度25°C。罐体能承受比重为1.2的液体。 同时罐体设计要考虑地震带，风力、雪和温度变化等。 尿素溶液储存设备可布置在室外。设备间距应满足施工、操作和维护的要求， 各设备间的连接管道应保温。 3.2高流量模块及背压控制阀（HFD） 系统设置1套高流量模块，每套设置2台（一用一备）尿素溶液高流量泵， 高流量模块的每台泵容量满足锅炉BMCR工况运行需要的尿素溶液耗量。泵过流 部件和轴材料为316L不锈钢、机械密封为碳化硅。 背压控制阀用于调节供料泵为计量装置供应尿素所需的稳定流量和压力，背 压控制阀设置一套。 3.3 SNCR分配模块 分配模块是布置在喷射组件前（通常在同一高度），引导并检查喷射组件性 能的尿素溶液分配装置。压缩空气也由此注入。另外，此装置还包括面板，包括流 量和压力显示、压缩空气和还原剂流量调节手动阀等。为了方便就地读取、调节各 种参数，所有的面板都焊接在一刚性框架上，摆放在靠近喷射组件的锅炉钢构上，安 装简单，整体美观。为了安装方便这些分配装置等都是模块化、标准化设计，并已 经组装好，运行到现场后直接整套装置安装，给现场安装带来了方便。 3.4喷枪组件 喷枪用于雾化还原剂溶液并将其喷入炉膛。针对脱硝还原剂溶液，我们采用 专门的用于该还原剂溶液的特制喷枪，采用少量压缩空气对还原剂溶液进行雾化， 将雾化后的还原剂液滴喷入炉膛。喷枪的材质为316L （或310SS）组件，喷枪具 有合适的尺寸和特性，保证达到NOx减排所需的还原剂溶液流量和压力。 每组喷射组件包括一支喷枪和相关附件，这些附件包括连接软管、快速接头 和喷嘴。 喷枪布置于旋风筒的入口处，每台炉暂定为8支喷枪。 SNCR技术方案 SNCR技术方案 PAGE PAGE # PAGE PAGE # 五、专题说明 5.1 SNCR对锅炉运行的影响分析及采取的措施 （1） 阻力：SNCR系统不增加烟气阻力。 （2） 锅炉热效率：SNCR系统对锅炉的热效率影响不超过0.5%。 （3） 炉内水冷壁：我公司喷枪为先进的、安全可靠、在多个项目中均长期 使用的专利产品，严格的加工工艺保证雾化效果，且在插入喷枪的位置，可以考 虑局部打浇注料，既起到了防磨作用，又隔绝了对水冷壁腐蚀的因素。多个项目 的实际运行证明不会发生腐蚀问题。 5.2保证脱硝效率的同时控制氨逃逸 氨逃逸和脱硝效率是SNCR系统设计过程中需要同时考虑的两个关键问题。 优化、合理的系统设计及自动调节手段，喷枪的选型、喷枪的布置是性能保证的关 键因素。 针对每个项目，我公司利用强大的CFD模型进行分析，确定喷枪特性及喷枪的 布置方式。系统的稀释计量及分配模块的设计保证喷枪系统良好的调节特性。整套 脱硝系统的设计及现场的调整优化是确保氨逃逸及脱硝效率的有效手段。 我公司设计的SNCR系统有着非常好的自动控制跟踪功能，可以根据氮氧化 物的浓度或者锅炉负荷作为变量，同还原剂喷入量进行连锁调节澳门·新葡萄新京6663。根据锅炉的燃 烧情况，开启不同区域的喷枪，从而实现良好的脱硝效果。具体选择氮氧化物还是 锅炉负荷为变量需要根据每个项目的具体燃料及运行情况，在热态调试阶段具体 确定。 锅炉负荷低时，炉膛内的烟气温度分布会发生变化，NOx浓度也会发生变化。 我公司设计的SNCR系统充分考虑负荷及燃料变化引起的烟温变化对SNCR系统 的影响，在喷枪布置形式上，充分考虑实际情况。如后期评估锅炉在低负荷运行时， 旋风筒处烟温较低不满足SNCR的反应要求，我公司可能考虑将喷枪分区布置，设 置2区喷枪，分别为负荷较高时何负荷较低时的主要的喷射层。当锅炉负荷改变时， 2区喷枪能自动切换。下层喷枪的布置充分考虑了锅炉低负荷时的温度分布情况， 保证在低负荷时该层喷枪喷入的还原剂能够跟烟气均匀混合，且处于合理的反应温 SNCR技术方案 度窗口，从而保证脱硝效率的同时能够控制氨逃逸不超标。以上也是系统整体性能 合理设计及优化必须考虑的内容。 具体布置方式在项目实施阶段根据实际情况进行调整。 5.3降低NOx排放浓度的燃烧措施 在保证锅炉燃烧氧量不低于2.5%的条件下，降低锅炉氮氧化物排放的燃烧 措施主要有： （1） 降低一次风率，提高二次风率 对于任何一种锅炉，设法降低一次风率、提高二次风率，都不失为增进分级送 风的好方法，既可以强化氧化区燃尽和还原区低氮燃烧效果，也抑制温度及温差水 平，达到低氮与高效燃烧的过程统一。从分级配风均匀性的目标来看，各种燃煤锅 炉二次风布局与参数选择上，都需要充分照顾到炉内空气动力场的均衡，力求燃烧 过程每一处局部燃烧份额获得较为均匀的风煤比，避免诸如结焦、高温腐蚀、热 流密度偏差大、蒸发量异常、火焰中心位置不当等等不正常现象甚至故障。 遗憾的是，目前绝大多数的CFB炉型二次风设计，并没有实现这样的充分协调， 没有正确处理好射流穿透、配风均匀性、风煤比局部均衡和合理制造还原氧化区分 布这几方面的协调关系。在燃用煤质、风帽状况、飞灰效率、颗粒度、布风板面积和 流化速度等几方面显著变化时，料层厚度自然会发生变化，所对应的沿高程和水平 方向的炉内压力会有很大区别，所对应的二次风设计当然应当做出合理安排，以满 足1.2?1.6m核心燃烧区的合理延伸，保障整个燃烧体系的正常进行，所以二次 风的设置相当重要。 （2） 燃料颗粒度筛分 一些燃用洗中煤、煤泥等燃煤细末或轻质生物质的CFB锅炉，往往会伴随着 燃烧份额的上升澳门·新葡萄新京6663，造成类似于煤粉炉那样的火焰中心上移效果。而一些既混烧细 末燃料，又有矸石等难以破碎的硬质低热燃料的炉子，又会出现两极分化，易于出 现分层湍动的流化异常，造成床温和炉温的严重不均匀和脉动。更多的情况是大 尺寸超标颗粒太多所形成的流化不良和高床温情况，形成高比重密相区。 这些情况无疑会带来很多问题，一则是形成炉膛出口温度、返料温度或床温 的异常升高，产生高温峰值偏离低氮温度；二来会破坏二次风的分级效果。 (3)降低燃烧温度： 烟气中的NOx很大一部分为“热力型” NOx，既高温下空气中的N2被氧化 成NOx，在保证锅炉负荷满足生产要求的条件下，降低燃烧温度，可大大减少 NOx的生成量。

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