2×40t/h煤粉锅炉烟气SNCR+SCR混合脱硝工艺设计

2×40t/h煤粉锅炉烟气SNCR+SCR混合脱硝工艺设计及应用

王芝海

【摘要】：结合山东某热电厂2×40 t/h煤粉锅炉烟气脱硝工程实例,详细阐述了SNCR工艺系统、SCR反应器、喷枪安装、锅炉尾部烟道改造,并对运行效果进行分析。结果表明,SNCR+SCR混合脱硝工艺具有较高的脱硝效率,SCR反应器设置4层催化剂,配合SNCR工艺,脱硝效率可达95%左右,适用于NO_x含量较高的中小型燃煤锅炉烟气脱硝,满足环保排放要求。

【作者单位】：盐城市天澄环保设备有限公司

【关键词】： 煤粉锅炉 烟气脱硝 SNCR+SCR混合脱硝 SCR反应器 催化剂

【正文快照】： SNCR + SCR混合脱硝工艺是结合了SNCR工艺投资少,SCR工艺脱硝效率高的特点而发展起来的一种新型工艺。前段SNCR工艺具有脱硝和为后段SCR反应器提供还原剂NH3的双重功能,后段SCR反应器充分利用前段提供的NH3,在催化剂的作用下,与NOx发生脱硝反应,从而提高整体脱硝效率,

一，工程概况

本期脱硝工程为新建的1台40t/h煤粉锅炉烟气脱硝，脱硝采用SNCR+SCR组合脱硝工艺。

二，主要技术参数

2.1 技术指标

出口NO_x排放浓度             ≤50  mg/Nm³

脱硝保证效率                  ≥85  ％

烟气通过脱硝系统的压降        ≤1000 Pa

脱硝系统设备可用率不低于       95  ％

处理烟气量:                    ≈ 120000 Nm³

2.2锅炉参数

三、工艺要求

1、本方案采用成熟可靠的SNCR+SCR组合脱硝工艺。

（1）SCR催化剂适宜的烟气温度：在系统设计时，进入催化剂反应部位的烟气温度调整到适宜催化剂发生反应的320～350℃。

（2）烟气湿度：进入催化剂反应部位的烟气不因湿度而将烟尘粘在催化剂上面，堵塞催化剂。进入布袋除尘器的烟气不因湿度而将布袋糊住。

（3）催化剂孔不堵措施：避免通道内的带粘性气体尘埃桥接，堵塞催化剂。

2、分系统介绍

本套脱硝脱硝除尘工艺系统主要包括以下几个子系统：

氨水储存输送系统、烟道系统、SNCR+SCR脱硝系统、电气控制系统等。

2.1 氨水储存输送系统：

氨供应系统相关储罐、管道、阀门、法兰、仪表、泵等设备满足抗腐蚀要求，氨水蒸发区域按规范要求可装有氨气泄漏检测报警装置；氨存储和供应系统采用DCS系统控制。

（1）氨水储存罐：材质：不锈钢；容量按照1台锅炉每天运行24小时，连续运行7天的消耗量考虑。每台氨水储罐装有液位计、呼吸阀、排空阀、检修爬梯等设施

（2）氨水卸车泵：设置一台氨水卸车泵

（3）氨水输送泵：设有备用泵

（4）排放系统：在氨水储存和供应区域设有排放系统，使氨水储存和供应系统的废氨水或冲洗废水排放至废水池，再经由废水泵送到污水处理站区域综合处理利用。

（5）氨水计量：单独设置1个氨水流量计。氨气及稀释空气流量测量：采用国产孔板流量计。

（6）管道、控制调节阀组、喷枪等材质：不低于不锈钢304；静态混合器材质：不低于Q345。

2.2烟道系统：

进、出口烟道zui小壁厚至少按5mm设计，材质不低于Q235。在烟道外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处，根据其烟气流动模型研究结果要求设置导流板。在适当位置配有足够数量测试孔、测量孔、必须的人孔等调试、安装、检修所需的门孔。所有烟道上安装烟气取样管，使测点数量与位置满足现场性能测试要求。为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，设计中特别考虑烟道系统的热膨胀，热膨胀通过非金属膨胀节进行补偿。烟气均流导流装置材质：Q235。

（1）烟道设计烟气zui大流速不超过15m/s。

（2）烟道根据可能发生的zui差运行条件（如温度、压力、流量、湿度等）进行设计。

（3）烟道是具有气密性的焊接结构，所有非法兰连接的接口都进行连续焊接，与挡板门的配对法兰连接处也实施密封焊。

（4）烟道外部要充分加固和支撑，以防止颤动和振动，并且设计满足在各种烟气温度和压力下能提供稳定的运行。

（5）烟气系统的设计保证灰尘在烟道的沉积不会对运行产生影响，在烟道必要的地方（低位）设置清灰装置。另外，对于烟道中粉尘的聚集，考虑附加的积灰荷重。

（6）所有烟道在适当的位置配有足够数量和大小的人孔门，以便于烟道的维修检查和清除积灰。另外，人孔门与烟道壁分开保温，便于开启。

2.3 脱硝反应系统

脱硝工艺主要性能指标有：脱硝效率、氨量、反应器的压力降等。

脱硝工艺主要设计参数有催化剂总量、催化剂高度、催化剂空隙率和烟气速度等。

反应器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射格栅，在反应器的竖直段装有催化剂床。

反应器采用固定床垂直通道型式，初装2层，并预留1层位置，作为未来脱硝效率低于保证值时增装催化剂用，以此作为增强脱硝效率并延长有效触媒寿命的备用措施。

脱硝效率按90%设计，催化剂模块尺寸为长1930mm×宽970mm×高1200mm（暂定），层之间空间高度为3.0m，其中每层催化剂前端有耐磨层，减弱飞灰对催化剂的冲刷作用。每个反应器按3层设计，运行初期仅装2层。一层留做备用层.

反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有触媒支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、触媒负荷和热应力等。反应器壳外部设有加固肋及保温层。触媒通过反应器外的触媒填装系统从侧门放入反应器内。

为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反应器中*层催化剂上方烟气的NH₃/NO_x摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。包括供应箱、喷射格栅和喷射孔等。喷射系统配有节流阀及节流孔板。在对NO_x浓度进行连续分析的同时，调节必要的氨量从喷氨格栅中喷氨。

在热段/高灰布置中，SCR反应器位于余热锅炉和换热器之间，因为该区域烟气温度在300-400℃的范围内。这种布置方式的主要优点是投资和运行费用低，因为该段的烟气温度与催化剂要求的运行范围相符合。

2.3.1 SCR反应器

框架材质为Q235B碳钢；反应器入口设气流均布装置，反应器入口及出口段设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。反应器内部各类加强板、支架设计成不易积灰的型式，同时考虑热膨胀的补偿措施。

在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：

    4NO+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

当烟气中有氧气时，反应*式优*行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。

在烟气中，NO₂一般约占总的NO_X浓度的5%，NO₂参与的反应如下：

    2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

上面两个反应表明还原NO₂比还原NO需要更多的氨。

脱硝系统NO_X脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎*和NO_X反应。

2.3.2 SCR催化剂

催化剂是SCR系统中的主要设备，其成分组成、结构、寿命及相关参数直接影响到SCR系统脱硝效率和运行情况，脱硝系统的催化剂应具有以下特性：

（1）具有较高的NOx选择性；

（2）在较低的温度下和较宽的温度范围内具有较高的催化剂活性；

（3）具有较高的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性；

（4）在设计中SCR反应器触媒底部安装气密装置，防止未处理过的烟气泄漏。反应器设置足够大小和数量的人孔门。催化剂表层与上层催化剂支撑钢梁之间有足够的空间以便于维护检修。

（5）催化剂模块设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。催化剂各层模块一般应规格统一、具有互换性。

（6）催化剂设计考虑燃料中含有的任何微量元素可能导致的催化剂中毒。在加装新的催化剂之前，催化剂体积满足性能保证中关于脱硝效率和氨的逃逸率等的要求。同时，应考虑预留加装催化剂的空间。

（7）催化剂应采用模块化设计以减少更换催化剂的时间和工作量。

（8）催化剂模块采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊。

（9），催化剂采用合资或国产*产品，催化剂能承受运行温度420℃不少于5小时的考验，而不产生任何损坏。催化剂的化学使用寿命应不小于连续24000h。

在选择催化还原工艺中，NO_x与NH₃在催化剂的作用下产生还原。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。如下图所示：

检修、起吊设施：设置SCR装置检修和维护用的全部固定式和移动式起吊设施。

平台和扶梯：脱硝装置平台、扶梯便于日常检修、维护人员到达与脱硝装置相对应的设备平台。氨水储存和供应区域设置检修和维护平台，使检修和维护工作能够顺利进行。所有设备检修和维护平台、扶梯采用钢结构。

SCR反应系统风道及反应器保温：100mm岩棉，0.5mm压型钢板

 2.3.3吹灰及控制系统：

蒸汽吹灰器的数量和布置设计能使催化剂中的集灰尽可能多地吹扫干净，并尽可能避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降。每层设置1台吹灰器。备齐吹灰系统所有必须的设备部件、吹灰器、相关阀门管路系统、控制设备等，吹灰系统采用DCS控制。

SCR反应器催化剂层间安装吹灰器用来吹除沉积在催化剂上的灰尘和SCR反应副产物，以减少反应器压力降。

2.3.4 脱硝还原剂

处于经济及安全方面等多种因素考虑，本方案采用氨水作为脱硝还原剂。

四、供货范围

包含以下范围但不限于以下范围：

乙方根据所供设备的需要，提供工程随机备品备件、质保期内备品备件清单及1套完整的脱硝系统 ，并能满足技术规范书的设计要求、技术要求和质量保证要求。装置设备安装、调试期间及质保期满后1年内保证系统年正常运行率98%以上所需的易损易耗备品备件。备品备件费用包含在总价中。

供货范围：

1、根据甲方要求合理选择脱硝设备。

2、包括了为满足脱硝技术规范要求所需所有设备、技术资料、工具、备品备件、设计、安装、服务及技术指导等。

供货分界如下：

水：甲方负责接水源至脱硝区1m范围内；

电：甲方负责接380V电源线至脱硝配电柜；

气：甲方负责接压缩空气至脱硝区域1m范围内；

土建：工程材料及施工由甲方负责，乙方负责设计。

说明：

1、上表供货清单中的技术参数、规格、型号与数量以zui终选型为准。

2、卖方供货范围为脱硝系统范围以内的全套设备的设计、制作、供货和安装调试的交钥匙工程，在执行合同过程中如发现有任何漏项和短缺，在设备供货清单中并未列入而确实是卖方成套设备供货范围中应该有的，并且是满足合同技术规范对合同设备的性能保证值要求所必须的，卖方负责将所缺的部件、技术资料等补齐，其费用由卖方负责。

3、土建部分由需方完成。

五、性能保证与质量保证

供方提供的整套脱硝系统能满足甲方提出的性能及质量要求。如果整个工艺过程不能满足运行保证中所许诺的要求，则供方负责修理、替换或者处理所有的物料、设备或其它，以便满足运行保证要求。这部分费用由供方负责（包括修理、替换或者处理、拆卸和安装所需要的人员费用）。在完成修理、替换或者其它处理后，整个工艺过程按合同重新进行试验，费用由供方负责。在此之前的某些试验阶段，一些试验保证已经成功地被验证，如果由于修理、替换或者其它处理措施对已验证了的运行保证产生可能的不利影响，则整个工艺系统还需要按所有要求重新试验，费用由供方负责。技术专家（1500--5106507）简介: 从事大气污染控制等方面的设计、设备制造、工程总承包等方面工作二十多年。拥有国家二十项.主持大中型环保工程项目设计20余项，主持大型环保工程总承包2项，涉及工程投资近3亿元，是（电改袋）施工的主要负责人之一，有丰富的施工组织和管理经验，也是”863“.国内*台电除尘器改袋式除尘器1600000立方/小时烟气量全套设计方案参与。星火热电厂75吨/小时锅炉袋式除尘，脱硫设计方案主要负责人...2005年11月设计日本帝人三原事务所世界*台以煤、旧轮胎及少量料制品为混合燃料65T/H高温高压环流化床锅炉(煤、木屑、旧轮胎混合燃料)袋式除尘器，240T/H电袋复合除尘器及脱硫通过日本专家审核,。出口粉尘浓度≤20 mg/ Nm3 。山西左权鑫兴冶炼厂硅冶炼电炉烟气净化除尘，山西安泰焦化厂4000M2至6000M2的大型阻火防爆型脉冲除尘器在焦炉除尘.重庆太极集团制药厂20t/h-75t/h燃煤锅炉袋式除尘及脱硫系统. 济南钢铁股份有限公司*烧结厂660000 m3/h电袋复合除尘器主设计，山东江泉集团临沂烨华焦化厂6000M2大型阻火防爆型脉冲除尘器整体设计，河南省汝州巨龙实业有限公司75t/h燃煤锅炉烟气电袋复合除尘及脱硫系统工程,河南中孚实业股份有限公司12.5万吨电解烟气净化系统,广西北海高岭科技15平方，25平方电除尘器，黑龙江双鸭山水泥厂100平方和50平方电除尘器，江苏射阳热电有限公司88平方电除尘器,郴州热电130t/h机组脱硝SCR工程,张掖热电2×75t/h机组脱硝SCR工程,华银热电2×75t/h机组脱硝SNCR工程, 毕节热电厂2×130t/h机组脱硝SNCR,绍兴玻璃制品厂脱硝SCR, 山东优嘉能源热力有限公司1×40t/h煤粉锅炉烟气超低排放工程SNCR+SCR组合脱硝工艺等