链条炉+沸腾炉SNCR技术方案.docx
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链条炉+沸腾炉SNCR技术方案
20t/h链条炉+20t/h沸腾炉
SNCR改造工程
技术方案
2015年4月
1.概述
1.设计原则
本技术方案旨在为一台20t/h链条锅炉和一台20t/h沸腾炉配套选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝装置。
烟气脱硝技术总的设计原则包括:
1.采用技术成熟可靠的选择性非催化还原(SNCR)脱硝工艺技术;
2.工程实施后满足GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》中要求。
3.NOx最终排放浓度<200mg/Nm3;
4.系统运行后不会影响锅炉的正常运行及操作;
5.优化设计,降低运行费用;合理布置设备,减少厂房占地面积;
6.选用高质量的设备。
设备成熟可靠、技术先进,制造厂家具有合同设备制造、运行的成功经验。
1.3锅炉参数
序号
项目名称
单位
数据(参考值)
1
锅炉类型
链条炉
2
锅炉蒸发量
t/h
20
3
锅炉数量
台
1
4
脱硝系统处理烟气量
m3/h
26859~26935
5
NOx初始排放浓度
mg/Nm3
232~248
6
NOx要求排放浓度
mg/Nm3
<200
7
年运行时间
h/y
8000
8
装置连续使用率
≥98%
表1、链条炉参数表
序号
项目名称
单位
数据(参考值)
1
锅炉类型
沸腾炉
2
锅炉蒸发量
t/h
20
3
锅炉数量
台
1
4
脱硝系统处理烟气量
m3/h
13829~13853
5
NOx初始排放浓度
mg/Nm3
346~361
6
NOx要求排放浓度
mg/Nm3
<200
7
年运行时间
h/y
8000
8
装置连续使用率
≥98%
表2沸腾炉参数表
1.4方案说明
采用选择性非催化还原反应(SNCR)脱硝技术;我方负责提供脱硝设备(不含空压机,NOx、NH3在线监测仪、土建施工),安装、调试、试运行、培训、维护;贵方需负责提供稀释水、压缩空气、电源、在线监测数据及其接口。
整套系统运行条件为:
供电要求:
电压为380V/220V交流三相四线制,频率50HZ;
压缩空气:
干燥、无油仪用压缩空气;压力≥0.3MPa;空压机出力>/300Nm3/h。
1.5设计依据
脱硝装置的设计、制造、施工、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等符合相关的中国法律及规范。
对于标准的采用符合下述原则:
●与安全、环保、健康、消防等相关的事项执行中国国家及地方有关法规、标准;
●进口设备和材料执行设备和材料制造商所在国标准;
●建筑、结构执行中国电力行业标准或中国相的行业标准;
技术规范及标准
序号
编号
名称
1
中华人民共和国大气污染防治法
2
GB13271-2014
《锅炉大气污染物排放标准》
3
GB3095-1996
《环境空气质量标准》(2000年局部修订)
4
《消防法》
5
GB8978-1996
《污水综合排放标准》
6
GB3838-2002
《地表水环境质量标准》
7
GB12348-1990
《工厂企业厂界噪声标准》
8
《安全生产法》(70号令)(2002.11.1)
设计标准
序号
编号
名称
1
GB50264-97
《工业设备及管道绝热工程设计规范》
2
DL/T620-1997
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
3
DL/T621-1997
《交流电气装置的接线》
4
DL/T680-99
《耐磨管道技术条件》
6
DL5027-93
《电力设备典型消防规程》
7
GB50033-91
《工业企业采光设计标准》
8
GB50034-92
《工业企业照明设计规范》
9
GB50037-96
《建筑地面设计规范》
10
GB50046-95
《工业建筑防蚀设计规范》
11
HG20679-1990
《化工设备、管道外防腐设计规定》
12
GB50052-95
《供配电系统设计规范》
13
GB50054-95
《低压配电设计规范》
14
GB50057-2000
《建筑物防雷设计规范》
15
GBJ16-2001
《建筑设计防火规范》
16
GB50116-98
《火灾自动报警系统技术规范》
设备标准
序号
编号
名称
1
DL647-1998
《电力工业锅炉压力容器检验规程》
2
GB/T13927-92
《通用阀门压力试验》
3
GB/T14976-2002
《流体输送用不锈钢无缝钢管》
4
GB/T17116.1-1997
《管道支吊架第一部分:
技术规范》
5
GB/T17116.2-1997
《管道支吊架第二部分:
管道连接部分》
6
GB/T17116.3-1997
《管道支吊架第三部分:
中间连接件和建筑结构连接件》
7
GB/T3091-01
《低压流体输送用焊接钢管》
8
GB/T3092-93
《低压流体输送用焊接钢管》
9
GB/T4217-2001
《流体输送用热塑性塑料管材公称外径和公称压力》
10
GB/T10798-2001
《热塑性塑料管材通用壁厚表》
11
GB/T13384-92
《机电产品包装通用技术条件》
12
GB/T700-1988
《碳素结构钢》
13
GB/T8163-87
《流体输送用无缝钢管》
14
GB10889-89
《泵的振动测量与评价方法》
15
GB11345-89
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》
16
GB12221-89
《法兰连接金属阀门结构长度》
17
GB12625-90
《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》
18
GB14975-2002
《结构用不锈钢无缝钢管》
19
GB2649-89
《焊接接头机械性能试验取样办法》
20
GB2650-89
《焊接接头冲击试验方法》
21
GB2651-89
《焊接接头拉伸试验方法》
22
GB2653-89
《焊接接头弯曲及压扁试验方法》
23
GB3078-94
《优质结构钢冷拉钢材技术条件》
24
GB3214-91
《水泵流量测定方法》
25
GB3216-89
《离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵试验方法》
26
GB3274-88
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》
27
GB3280-92
《不锈钢冷轧钢板》
28
GB3323-87
《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
29
GB3522-83
《优质碳素结构钢冷轧钢带》
30
GB3526
《低碳钢冷轧钢带》
31
GB4171-84
《高耐侯性结构钢》
32
GB4237-92
《不锈钢热轧钢板》
33
GB4879-99
《防锈包装》
34
GB5117
《碳钢焊条》
35
GB5118
《低合金钢焊条》
施工及验收标准
序号
编号
名称
1
JGJ59-99
《建筑施工安全检查标准》
2
GB50194-93
《建设工程施工现场供用电安全规范》
3
JGJ33-86
《建筑机械使用安全技术规程》
4
JGJ46-88
《施工现场临时用电安全技术规范》
5
JGJ80-91
《建筑施工高处作业安全技术规程》
7
GBJ202-2002
《建筑地基基础施工质量验收规范》
8
JGJ79-91
《建筑地基处理技术规范》
9
GB50203-2002
《砌体工程施工质量验收规范》
10
GB50204-2002
《混凝土结构工程施工质量验收规范》
11
GB50205-2001
《钢结构工程施工质量验收规范》
12
GB50207-2002
《屋面工程质量验收规范》
13
GB50210-2001
《建筑装饰装修工程质量验收规范》
14
GB50208-2002
《地下防水工程质量验收规范》
15
GB50209-2002
《建筑地面工程施工质量验收规范》
16
GB50212-2002
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》
17
GB50243-2002
《通风与空调工程施工及验收规范》
18
GB50242-2002
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
19
SDJ69-87
《电力建设施工及验收技术规范(建筑工程篇)》
20
DL/T5048-1995
《电力建设施工及验收技术规范》(管道焊接接头超声波检验篇)
21
DL/T5069-1996
《电力建设施工及验收技术规范》(钢制承压管道对接焊接接头射线检验篇)
22
DL/T5007-92
《电力建设施工及验收技术规范》(火力发电厂焊接篇)
23
DL5017-93
《压力钢管制造安装及验收规范》
24
DL5031-94
《电力建设施工及验收技术规范》(管道篇)
25
SDJ279-90
《电力建设施工及验收技术规范》(热工仪表及控制篇)
26
GB50259-96
《电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范》
27
GBJ147-90
《电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》
28
GBJ148-90
《电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范》
29
GBJ149-90
《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》
30
GB50150-91
《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》
31
GB50168-92
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》
32
GB50169-92
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
33
GB50170-92
《电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范》
34
GB50171-92
《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》
35
GB50172-93
《电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范》
36
GBJ126-89
《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》
37
GB50182-93
《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》
38
GB50231-98
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
39
GB50235-97
《工业金属管道工程施工及验收规范》
40
GB50236-98
《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》
41
GB50254-96
《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》
42
GB50255-96
《电气装置安装工程电力变流设备施工及验收规范》
43
GB50256-96
《电气装置安装工程起重机电气装置施工及验收规范》
44
GB50258-96
《电气装置安装工程1kV及以下配线工程施工及验收规范》
45
GB50270-98
《连续输送设备安装工程施工及验收规范》
46
GB50275-98
《压缩机风机泵安装工程施工及验收规范》
2.选择性非催化还原(SNCR)脱硝方案
2.1方案说明
本套系统方案采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝方案,包含储存模块、混合稀释模块、加压模块、冲洗模块、计量分配系统、控制系统、喷淋系统及雾化喷射系统等。
设计标准
1)设备安装主体为轻型钢结构厂房;
2)每天连续24h运行,年累计工作时间≥8000h;
3)便于储存及使用,还原剂采用市售20%质量浓度稀氨水;
4)最大脱硝率不低于50%;
5)系统可用率>98%
2.2SNCR工艺
2.2.1概述
选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术,是烟气NOx的末端处理技术,是把含有氨基的还原剂(尿素或氨水)在不使用催化剂的前提下均匀喷入锅炉温度范围为800~1100℃的区域,选择性的把烟气中的NOx还原为N2和H2O,以达到减排NOx的目的。
采用氨水作为还原剂的主要化学反应为:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→4N2+H2O
采用尿素作为还原剂的主要化学反应为:
2CO(NH2)2+4NO+O2→3N2+2CO2+4H2O
6CO(NH2)2+8NO2+O2→10N2+6CO2+12H2O
2.2.2SNCR优点
1)投资成本低,不使用催化剂,运行费用低,经济优势很大。
2)不需要对锅炉进行结构性改造,建设周期短。
3)对锅炉和生产工艺无不良影响,改造使用后无需调整其他设备的运行。
4)与SCR相比不产生液体或固体废料。
5)适合我国现有低吨位锅炉改造,脱硝效率约为50%~75%。
2.2.3主要影响因素
1)温度范围
NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内(最佳的反应温度区间850℃~1100℃)。
若温度过低,NH3的反应不完全,容易造成NH3逃逸形成二次污染;而温度过高(1400℃以上),NH3则容易被氧化为NOx。
可见温度过高或过低都会导致还原剂的损失和NOx脱除率下降。
2)反应剂和烟气混合的程度
还原剂与烟气的混合程度决定了反应的进程和速度,还原剂和烟气在锅炉内是边混合边反应,混合的效果直接决定了脱硝效率的高低。
SNCR脱硝效率低的主要原因之一就是混合问题,例如,局部的NOx浓度过高,不能被还原剂还原,导致脱硝效率低;局部的NOx浓度过低,还原剂未全部发生氧化反应,导致还原剂利用率低还增加氨逃逸。
因此,还原剂与烟气的混合程度的充分与否,直接影响脱硝效果。
3)溶液停留的时间
溶液停留(化学反应)时间:
合适的温度范围内反应物在反应区域内停留的总时间。
在此时间内,NH3或尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤须全部完成,一般要求时间为0.3~0.5s。
而雾化状态的氨在锅炉的停留时间长短取决于锅炉烟道的尺寸、烟气流经烟道的速度、溶液雾化状况、雾场与烟气混合的形式等因素。
4)氨氮比(NSR)
即反应中氨基与NO的摩尔比值,按照SNCR反应方程式,还原1molNO需要1mol氨或0.5mol尿素,但实际中还原剂的量要比这个量大,因为实际反应比较复杂,且气体混合不完全均匀,要达到较好的脱硝效果就必须适当增大还原剂量。
随着氨氮比的增加脱硝效率增加,氨逃逸也会增加,成本升高,目前锅炉SNCR的经济NSR一般控制在1.2-1.5左右为宜,能确保达标。
5)其他因素
另外,烟气中氧含量、初始NOx的含量,还原剂类型和状态等都会影响脱硝效率的高低。
2.2.5工艺过程
氨水罐车送来质量浓度20%-25%的氨水,用卸氨泵或者罐车自带泵打到氨水储罐,氨水储罐储存的氨水可供系统连续运行10-15天,为了满足雾场覆盖的需求,保证喷枪射流动量,将氨水进行一定的稀释(5%~10%),稀释浓度可在中控设定,稀释后氨水进入稀氨水混合罐。
稀氨水经加压泵送至分配计量模块进行两台锅炉的还原剂分配之后再输送到双流体雾化喷枪雾化,在锅炉内与NOx反应,生成氮气和水。
图1、SNCR脱硝工艺流程块图
2.3主要系统设备
2.3.1氨水储存模块
该部分包括氨水存储罐、卸氨泵、氨气检测仪、喷淋装置、与冲洗设备配套的管路阀门、压力变送器、液位计等。
氨水储罐放置于轻型钢结构厂房内。
厂房内部固定安装1个卧式氨水储罐,储罐容积可保证设备连续10-15天使用。
储罐顶部设有安全阀,另外设有液位计、压力变送器等。
氨水经卸氨泵站打入氨水罐内。
氨水储存系统设有喷淋系统、自来水紧急冲洗装置,用于在操作运行过程中意外泄露的氨水、挥发的氨气做冲洗处理。
氨水储罐使用不锈钢制作,保证系统安全稳定运行,氨水属于易挥发物质,储罐必须采用密封结构,防止氨气泄露造成对周围环境的污染,储罐上方设置气压监测装置和氨挥发处理装置以及进气装置,保证储罐的安全。
由于20%浓度的氨水溶液的结晶温度在-36℃,对氨水罐本身而言,放置在厂房内,无需做防冻、保温、防晒措施。
但氨水管路均采取保温措施。
厂房内醒目位置安放相应提示牌,包括脱硝操作规程、安全注意事项、紧急情况预处理措施等。
2.3.2稀释混合及冲洗模块
此部分包括水箱、混合罐、混合泵站、冲洗模块及配套的管路阀门、液位计等。
除盐水罐用于系统运行过程对氨水溶液进行稀释,保证喷枪有足够的射流动量,达到更好的脱硝效率。
同时,为整个系统、工作区提供清洁用水。
用于设备管路的冲洗,冲洗装置的用水。
混合罐用于储存已稀释氨水,保证后续设备能有连续还原剂供应,还负责吸收来自氨水储罐挥发的氨气。
混合泵站设有三台多级泵,两用一备。
备用泵同时满足输送氨水和清水的条件。
20%浓度氨水和除盐水经各自泵站后经流量计精确计量后进入混合器充分混合后送入混合罐。
冲洗模块在系统停用检修时,对管路进行冲洗,防止残留在管路中的氨水溢出对人员环境造成影响,保证设备使用安全及延长设备使用寿命。
2.3.3加压分配模块
该部分主要由加压泵站、流量分配模块、冲洗模块、循环模块、测量仪表和相应的管路阀门等组成。
加压泵对稀氨水还原剂进行过滤、加压、然后通过流量分配模块,输送至喷射系统。
每台锅炉对应一套分配模块,分配模块设调节阀、流量计以精确控制每一路还原剂流量。
泵站设有二台多级泵,一用一备,保证系统长期、连续、稳定的运行。
冲洗模块在系统停用检修时,点击启动按钮对管路进行冲洗,利用电动阀门的开启和关闭来控制介质的流动方向和流向的管路,防止残留在管路中的氨水溶液溢出对人员及环境造成影响。
2.3.4喷射雾化模块
溶液喷射雾化系统是整个系统的关键部分。
喷枪选用我公司自主研发的SNCR-SE喷枪。
SE系列脱硝专用喷枪材质选用特种耐高温材质,还原剂通过喷枪前端的雾化喷嘴雾化,形成30-100μm左右的小颗粒,喷入锅炉,与NOx发生还原反应。
气路通过我公司研制的气路稳压模块保证喷枪雾化效果。
喷枪安装在锅炉炉膛上部或者水平烟道合适温度处,此处氮氧化物已经完全形成,能够达到更好的脱硝效果。
喷枪用软管与氨水和压缩空气管路连接,在锅炉炉膛或烟道均匀布置,全方位对NOx进行捕捉,保证脱硝效率。
3.电气控制系统
3.1总则
系统采用可编程逻辑控制PLC系统,中控室设上位机操作站(或纳入锅炉DCS系统)。
运行人员通过中控室可以完成对脱硝装置的监视、调整、设备启停等控制操作。
系统的控制满足既能由计算机程序自动控制,又能作到脱离计算机手动控制。
1)整个脱硝设备的运行管理集中在控制室进行。
2)采用以PLC为基础的控制系统,主要功能包括:
数据采集处理,模拟量控制,逻辑控制,异常工况报警及保护。
3)采用液晶显示器和键盘作为设备监控手段,运行人员通过液晶显示器和键盘可以完成设备的监视、调整、全部设备的启停等控制操作。
4)设备有完善的保护系统,以确保在危险工况下自动安全停机或人工进行停机。
5)系统能满足脱硝自动调节要求,保证系统在各种工况下安全稳定地运行,自动控制系统能保证脱硝运行与锅炉负荷变化及原煤变化相匹配。
确保效率及排放浓度达到要求。
3.2控制系统
3.2.1就地电气柜控制方案
该方案电源采用三相四线制,工频380V,由甲方指定电源取出,柜体采用威图结构,柜壳可靠接地,接地电阻小于4欧姆。
柜体面板设触摸屏、上电指示灯、报警灯、急停按钮、手动自动切换、远方就地切换等按钮。
系统可接受4-20mA信号模拟量,现场的液位计、流量计等仪表的信号均为4-20mA信号,通过这些信号实现对设备的监控,并依照系统的设定值要对当前值进行比较,根据比较结果判断是否需要输出报警,以对设备进行保护。
上位机为主流配置的DELL台式电脑一台,采用MCGS组态软件,通过以太网与就地PLC通讯,实现对设备的监控。
它具有以下功能:
1)对水泵、阀门等受控设备的组态图形;
2)下位机控制范围内各设备状态的监控和报警;
3)各模拟量参数的显示和报警;
4)主要参数的实时曲线和历史曲线的查看;
5)主要参数定时读取后生成报表。
电气控制系统硬件组态图
3.2.2主要设备配置
PLC采用西门子S7系列,触摸屏为MCGS系列10寸彩色触摸屏,上位机为主流配置22寸DELL商用台式机,低压电气配件如继电器、接触器、断路器均采用施耐德、欧姆龙、正泰等知名品牌。
压力、温度、液位监测器件均为优质产品。
3.2.3功能实现
1)氨水在线稀释
控制系统控制稀释泵站各泵频率改变水量,从而控制氨水浓度。
2)喷射控制
喷射系统设有完善联锁保护(气压、水压、流量、液位等)来控制喷射系统启停,最大程度上避免对锅炉和脱硝系统地损害;控制中均有脱硝投入限制按钮,如不打开此按钮则喷射系统无法启动。
3)氨水喷量控制
流量控制解决方案为变频控制。
4)连锁控制
为保证设备正常、安全的运行,控制系统设置完善的连锁保护,如液位和泵、流量和泵、压力和系统启停等等。
5)故障报警
系统设置的全面的报警信息,当运行过程中设备运行参数出现偏差能及时提示操作人员。
6)信号监测
主要信号监测包括压力、液位、流量、温度、电流、频率、运行状态等。
3.3电气系统
3.3.1供配电系统
1)供电系统
业主方负责提供一路AC380三相五线制电源并引致脱硝区。
分界点在脱硝供货方电源进线柜端子处,此端子以后的供配电由脱硝供货方负责。
由MCC柜到用电设备的电缆敷设由脱硝供货方负责设计、供货。
脱硝区域内仪表及控制设备所需220VAC电源和24VDC电源来自配电柜及PLC机柜。
2)检修照明系统
锅炉脱硝SNCR区域的照明由脱硝MCC供电。
3.3.2继电保护
380V厂用系统电源及电动机由空气开关脱扣器及马达控制器实现保护。
继电保护配置按《化工厂用电设计技术规定》配置,基本配置如下:
电动机
电流速断保护、过电流、过负荷、接地保护、低电压、断相、堵转
3.3.3电缆和电缆构筑物
1)0.4kV动力电缆
0.4kV动力电缆采用采用0.6/1.0kV阻燃型聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电缆。
电缆的导体采用铜导体;
截面超过4mm2的电缆应为铜绞线电缆;
耐热电缆和移动电缆,其导体应由细的铜绞线组成。
2)仪用变压器电缆
电缆符合“60V以上的测量和控制电缆”的要求
通常,一条仪用变压器的电缆应只传输一个变压器的电压或电流值。
如果同一个电压信号用于不同的需要(如:
保护、测量、计量)应装设分离的小型断路器。
变压器电压必须用独立的电缆传输。
对于室内的电流互感器,其电缆最小截面为1.0mm2。
通往其他建筑的仪用变压器电缆最小截面为2.5mm2。
最大电压降不应超过2%。
3)电缆连接装置
0.4kV动力电缆及控制电缆不应有中间接头。
0.4kV动力电缆的终端采用终端接头。
4)电缆构筑物
按相关标准和规范的要求在脱硝区域内规划电缆通道。
5)电缆阻燃措施
根据有关标准和规范,电缆将有可行的防火阻燃措施。
4.设备运行费用估算
1)物料参数计算
物料参数计算表
项目
数据
单位
备注
年运行小时
8000
h/a
一台锅炉
标态烟气量
27000
Nm3/h,干态
入口NOx浓度
250
mg/Nm3
NOx排放浓度
200
mg/Nm3
脱硝效率
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