某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案.doc
- 文档编号:8503033
- 上传时间:2023-05-13
- 格式:DOC
- 页数:20
- 大小:982.50KB
某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案.doc
《某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案.doc(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
********20t/h燃煤锅炉烟气脱硝项目
LNBs+SNCR
烟气脱硝装置技术方案
低设备投资、低运行成本
高性价比、高可靠性
睿能源智系统技术(北京)有限公司
2009年4月
目录
1睿能源智系统技术(北京)有限公司 3
2烟气脱硝工艺技术的选择 3
3LNBs+SNCR脱硝工艺简介 5
3.1降低NOx燃烧技术(LNBs) 5
3.2选择性非催化还原法(SNCR) 5
4设计基础 6
4.1项目背景 6
4.2设计依据 6
4.2.1锅炉参数 6
4.2.2锅炉烟气主要污染物含量 7
4.3装置规模及组成 7
4.4还原剂 7
4.5强化反应剂 7
4.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标 7
5系统配置 8
5.1还原剂制备系统 8
5.2锅炉燃烧工况监测系统 10
5.3还原剂喷射装置 10
5.4逃逸NOx脱除装置 11
5.5低NOx燃烧控制装置 11
5.6SCADA监测与控制系统 12
5.7电气系统 12
6工艺流程 13
6.1LNBs工艺流程 13
6.2SNCR工艺流程 14
7主要工艺设备表 15
8LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗 17
9运行费用估算 17
10报价单 18
1睿能源智系统技术(北京)有限公司
睿能源智系统技术(北京)有限公司主要研究开发能源、环保相关项目,经营相关冶金设备、环保设备,拥有多个相关项目的研究开发团队,其中供氧项目组是国内最具实力和影响力的研究开发团队,其供氧技术具有国际领先水平。
集研发、工程咨询、工程设计界先进技术同步,并自主创新实现技术和装备的国产化,完成了多项国家重点工程设计、设备成套和工程总承包,获得国家及省地发明奖、科技进步奖多项,完成国家重大科研课题10余项,拥有多项专有技术、发明专利,其中供氧项目组是国内最具实力和影响力的研究开发团队,其供氧技术具有国际领先水平。
公司汇聚了大量的专业人才,现有职工85人,其中教授、副教授25人,高级工程师15人,博士、硕士25人、各类工程人员20。
科研人员配置齐全,研究设计开发经验丰富,分别为冶金工艺、机械设备、自动化、能源动力、环境工程等专业的技术专家。
同时拥有现代化的211国家重点燃烧实验室。
可以根据用户的生产及工艺特点进行设计、制造,使项目达到预定的工艺技术指标。
公司具备国内一流的技术力量,完善的实验、试验设备。
获国家、省部级科技进步奖和高技术水平产品均占国内领先地位。
以新面貌、新机制走上良性发展的快车道,竭力打造技术持续进步的驱动力,将公司建设成为以研发、技术诊断为基础,以钢铁、节能环保为主行业,以工程总承包和具有自主知识产权的设备成套和制造为核心业务,国际知名、用户首选的科技型工程公司。
泰以“务实、创新、发展、共赢”为核心价值观,竭诚为顾客提供最优质的技术、装备及工程服务。
2烟气脱硝工艺技术的选择
氮氧化物是通常公认的三种主要的大气污染物之一(即烟尘、二氧化硫、氮氧化物),它的危害程度比二氧化硫有过之而无不及,甚至更为深广。
随着经济的发展,有效控制燃煤造成的大气污染形势已经刻不容缓,特别是控制燃煤过程中的氮氧化物,烟气脱硝技术显得相当重要。
目前通行的烟气脱硝技术大致可分为两类,一是控制燃烧过程中NOx的生成,即低NOx燃烧技术(LNBs);二是对生成的NOx进行处理,即烟气脱硝技术。
其中烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)两种。
结合北京紫竹药业公司的20t/h链条炉现状,对其采取各类脱硝工艺的经济技术比较如下:
脱硝技术
类别
脱硝效率(%)
工程造价(万元)
运行费用(万元/年)
经济技术分析
性价比
LNBs
20-30
30
2-3
不能保证达标排放
系统可靠性不高
差
SNCR
40-60
140-150
7-8
投资较SCR技术低80%
烟风系统阻力小,可忽略
不需更换引风机
良
SCR
70-90
600-700
(不含更换引风机)
15-20
(不含风机电量增加)
投资高,经济效益差
催化剂寿命有仅,仅3-5年
引风机压头余量不足,需更换烟风系统阻力增加1000Pa
引风耗电增加15%
极差
LNBs+SNCR
55-70
160-170
9-10
投资较SNCR低70%
脱硝效果有保证
不需更换风机
系统可靠性高
最优
SNCR+SCR
85-90
750-800
30-35
投资极高
脱硝效果有保证
催化剂寿命有仅,仅3-5年
引风机压头余量不足,需更换
此巨额投资,可更换燃气锅炉
最差
根据北京紫竹药业公司20t/h锅炉的基本状况,选用降低Nox燃烧与选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝相结合的工艺技术方案,即LNBs+SNCR技术,其经济指标与技术性能最优。
3LNBs+SNCR脱硝工艺简介
3.1降低NOx燃烧技术(LNBs)
为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原则为:
(1)降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺氧条件下燃烧;
(2)降低燃烧温度,防止产生局部高温区;(3)缩短烟气在高温区的停留时间等。
燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。
将过量空气系数适当降低(不影响锅炉正常燃烧),燃烧区处于“微过氧燃烧”状态时,对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。
根据这一原理,在不影响锅炉正常燃烧的前提下,应用先进的自动化控制技术(MFA无模型自适应控制)结合烟气再循环,适当降低燃烧区的空气量,NOx生成量可降低10%左右。
3.2选择性非催化还原法(SNCR)
SNCR工作原理:
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℃-1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2,该方法是以炉膛为反应器。
尿素溶液还原吸收法利用还原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化还原反应,最终产物为N2、CO2、和H20,且无副反应,不会造成二次污染,能达到无毒排放。
反应机理如下:
用尿素作为还原剂还原NOx的主要反应为:
用NH3作为还原剂还原NOx的主要反应为:
SNCR的主要影响因素:
1)温度:
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870℃-1100℃);
2)停留时间:
指反应物在反应器内停留的总时间;在此时间内,NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤必须完成;停留时间大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速;SNCR系统中,停留时间0.001s~10s;
3)混合程度:
要发生还原反应,还原剂必须与烟气分散和混合均匀;混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式;
4)NH3/NOx摩尔比(化学当量比)
SNCR优点:
此法的脱硝效率约为40%-60%,SNCR建设周期短、投资少、脱硝效率中等,比较适合于中小型燃煤锅炉脱硝改造项目,SNCR技术是已投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术。
4设计基础
4.1项目背景
北京紫竹药业现有容量为20t/h链条炉1台,主要用于提供生产用汽。
目前锅炉烟气中的NOx含量为400mg/Nm3造成超标排放,需要进行脱硝处理,以使处理后的烟气中NOx含量降至200mg/Nm3,以满足北京市《大气污染物综合排放标准》(DB11/501-2007)的要求。
4.2设计依据
4.2.1锅炉参数
锅炉采用江苏无锡锅炉厂的SHL20—2.45/400型锅炉。
设计燃用燃煤。
锅炉年运行时间8000h。
锅炉主要技术参数见下表:
额定蒸发量
20t/h
额定蒸汽温度
400℃
额定蒸汽压力
2.45MPa(25kgf/㎝2)
受热面积
锅炉本体
辐射84.65㎡
对流269.21㎡
过热器
133.4㎡
省煤器
257㎡
空气预热器
445㎡
炉排有效面积
223/㎡
给水温度
105℃
热空气温度
150℃
排烟温度
176℃(实际197℃)
锅炉设计效率
74.60%
设计燃料
2类烟煤
燃料消耗量
4t/h
4.2.2锅炉烟气主要污染物含量
项目
单位
设计值
锅炉烟气流量
Nm3/h,干基
37,000
O2
mg/Nm3
1.0
SOx
mg/Nm3
10.2
烟尘
mg/Nm3
560
NOx
mg/Nm3
1500
CO2
mg/Nm3
400
NO/NOX
9/1
4.3装置规模及组成
本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置处理能力为100%BMCR工况下的烟气,设计处理烟气量37,000Nm3/h,年运行时间为8000小时,系统主要包括:
还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置,低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。
本装置以尿素(或液氨、氨水)作为主要还原剂,配一定比例(1-2%)的强化反应剂,脱除烟气中的NOx。
不产生产品、中间产品、副产品等,烟气处理后直接排入大气。
4.4还原剂
本装置的还原剂确定为尿素,液氨及氨水也可选用。
以下是三种还原剂优缺点分析:
还原剂
优点
缺点
建议
尿素
没有溢出危险,设备投资成本低
运行成本稍高
推荐使用
氨水
如果溢出,蒸汽浓度较低
运输,贮存成本较高
液氨
还原剂和蒸发成本最低;氨储罐体积小
安全问题、二次污染
不使用
通过以上分析,建议本项目还原剂采用尿素,二等品以上级。
4.5强化反应剂
为了强化选择性非催化还原反应,提高还原剂与Nox的反应速率,以保证系统的脱硝效果,按还原剂(尿素)用量的1-2%配比强化反应剂。
4.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标
本项目的LNBs+SNCR脱硝装置保证满足以下的性能指标:
(1)烟气脱硝采用低Nox燃烧与选择性非催化还原反应结合的技术工艺路线;
(2)烟气处理能力37,000Nm3/h;
(3)处理前烟气中的氮氧化物含量按400mg/Nm3(氧含量6%,干基)计算,处理后烟气中的氮氧化物含量≤150mg/Nm3,满足北京市《大气污染物综合排放标准》(DB11/501-2007)的要求。
(4)烟气氮氧化物含量按照400mg/Nm3设计时,设计脱硝效率≥62.5%;
(5)氨的逃逸率≤10ppm;
(6)年运行时间为8000小时;
(7)还原剂采用尿素(二等品以上级);
(8)不设置反应器旁路;
(9)还原剂耗量:
尿素10kg/h按锅炉负荷100计
(10)NH3与NOx摩尔比为1/1至3/1
(11)在锅炉的正常负荷范围内,SO2/SO3转化率小于1%。
(12)安全、消防、环保、劳动安全卫生等按中国国家相关规定执行。
5系统配置
本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置主要包括:
还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置,低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。
部分子系统/装置的设备参数与工况涉及技术机密,暂时保密,待项目合同确定后即可全部提供。
5.1还原剂制备系统
还原剂制备系统由还原剂贮仓、还原剂溶解池、还原剂溶液贮罐、星型卸料阀、还原剂输送泵、配套管道及仪表组成,其具体设备工艺参数如下:
还原剂贮仓:
封闭式贮仓,防腐内壁,容积3-5立方米,贮存还原剂量可满足连续一星期的满负荷用量,配套料位监测仪。
还原剂溶解池:
半封闭式设计,防腐内壁,容积70升,不锈钢材质,配套液位开关。
还原剂溶液贮罐:
封闭式设计,防腐内壁,容积600升,不锈钢材质,可满足连续8小时的满负荷用量,配套液位监测仪。
星型卸料阀:
定量卸料,额定功率<200W,每小时工作3分钟。
还原剂输送泵:
特殊防腐隔膜泵,额定功率<100W。
还原剂制备系统工艺流程图
不同类型的还原剂贮仓
还原剂溶液贮罐
5.2锅炉燃烧工况监测系统
锅炉燃烧工况监测系统由热电偶、氧化镐镐传感器、信号采集器、锅炉燃烧工况分析终端以及相关辅件组成。
热电偶:
多台热电偶分层布置,实时监测炉膛温度变化情况,温度上限1700℃。
氧化镐传感器:
设置于省煤器前,实时监测锅炉烟气含氧量。
信号采集器:
模/数转换设备,16位精度。
锅炉燃烧工况分析终端:
采用先进的模糊控制技术,专用分析软件,多变量炉膛温度分析,炉膛温度场呈像,氧气含氧量与炉膛温度合理性分析(此终端为关键技术)。
5.3还原剂喷射装置
还原剂喷射装置由空压机、输液泵(计量泵)、喷射装置、以及相关管道与仪表组成,用于将还原剂均匀地喷入炉膛窗口温度区,以保证还原剂与烟气中的NOx充分接触。
炉内喷射还原剂分布状况三维模拟效果图
SNCR部分还原剂喷射装置
5.4逃逸NOx脱除装置
逃逸Nox脱除装设置于脱除锅炉烟气(省煤器后),用于还原逃逸的NOx,以解决SNCR技术较SCR技术NOx逃逸率高的问题。
为保证脱硝效果而配置(特殊技术,设备配置及工艺能数暂保密)。
5.5低NOx燃烧控制装置
低Nox燃烧控制装置由引风烟道、专用风机及配套仪表等设备组成,本装置受燃烧工况监测系统控制,在保证锅炉效率和燃烧工况的前提下,适当降低烟气含氧量。
烟气含氧量与NOx生成量的关系示意图
5.6SCADA监测与控制系统
SCADA监测与控制系统由数据服务器、操作站、数据采集器、DCS集散控制器、以及设备于其它分系统/装置的温度、压力、流量、PH值、液位、料位、气态污染物含量等传感器组成。
用于实时监测各子系统/装置的各类模拟量参数,并全面监测与控制LNBs+SNCR脱硝装置的各设备运行状况;可实现对各子系统/装置设备的远程启/停及运行调整。
关键控制回路可实现全自动控制,避免人为操作对系统效率的影响。
SCADA监测与控制系统设置于锅炉操作间,以便于根据锅炉运行工况变化及时调整。
5.7电气系统
电气系统设备MCC配电柜三台,外接电源种类有AC380V、AC220V两种,内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等装置,为LNBs+SNCR装置各子系统/装置提供动力电源。
6工艺流程
6.1LNBs工艺流程
低NOx燃烧控制区示意图
在煤斗给煤链条炉炉排上,燃料从炉排的入口端进入炉室,沿炉排的长度方向,燃烧过程的各个步骤十分明显,即沿链条的传送方向依次出现预热、干燥、挥发分析出,引燃、燃烧和焦炭燃尽阶段。
在沿着燃料层的厚度方向上,燃烧过程也很明显,燃烧从煤层表面开始逐渐向煤层内部推进。
该链条炉的主要缺点是过剩空气系数较高(引风机前烟气含氧量监测值为10.2)。
特别是在低负荷范围内,过剩空气系数更高。
该锅炉一次风分段送入炉室,对于这样的燃烧过程,煤的挥发分含量显然具有决定性的作用。
链条炉的平均燃烧温度约为1000-1200℃,在此温度范围内,所生成的热力型NO份额还不大,而燃煤中的挥发份所生成的NO占到了绝大部分。
消除温度峰值能起到明显地减少NO生成的作用,而不影响锅炉的正常出力与煤燃烧工况,出现高温的原因是在此区域内存在大量释放出的可燃性挥发分物质。
通过燃烧优化调整与烟气循环,可能在一定程度上提高燃烧强度的均匀性,从而起到明显降低温度峰值的效果。
除燃烧温度外,挥发分析出的温度以及受引燃拱结构强烈影响的加热速率对NO的生成也有重要作用。
当温度较低和加热速率较小时,析出挥发分就较少,挥发分的含氮组分也就较少。
因此,大部分燃料氮就保留在焦炭中,而残炭中的氮生成NO的转化率要比气相状态下挥发氮小得多。
在该锅炉目前的送风方式限制下,旨在降低NOx排放的运行调整只能在小范围内进行。
20
6.2SNCR工艺流程
SNCR工艺流程示意图
SNCR技术的工业应用始于20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂,在欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始SNCR技术的工业应用。
美国的SNCR技术在燃煤电厂的工业应用是从90年代初开始的,目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。
该方法是把含有NHx基的还原剂(本工程采用尿素),喷入炉膛温度为800~1100℃的区域,该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2和H2O。
非选择性催化还原法受温度、NH3/NOx摩尔比及停留时间影响较大。
通过模拟试验得出氨水最佳喷射温度范围为850~1100℃,NH3/NOx理想摩尔比介于1~2,停留时间为1秒时,理论值最大NOx还原率达到82%。
7主要工艺设备表
序号
设备名称
主要技术指标
单位
数量
备注
一、还原剂制备系统
1
还原剂贮仓
封闭式贮仓,防腐内壁,容积3-5立方米,配料位监测仪
台
1
2
还原剂溶解池
半封闭设计,防腐内壁,容积70升,不锈钢材质,配套液位开关
台
1
3
还原剂溶液贮罐
封闭设计,防腐内壁,容积600升,不锈钢材质,配液位监测仪
台
1
4
星型卸料阀
定量卸料,额定功率<200W,自动卸料,低料位报警
m3
1
5
还原剂输送泵
特殊防腐隔膜泵,额定功率<100W,低液位报警,自动输送
台
1
进口
6
补水泵
小流量高压泵,如提供水源至还原剂制备区,可省略
台
2
一用一备
7
电磁阀
常闭式电磁阀
台
4
进口
二、锅炉燃烧工况监测系统
6
热电偶
温度上限1700℃,配套保护装置,可轴向10cm伸缩
台
8
连接辅件特制
7
氧化镐传感器
常规
套
1
8
信号采集器
16位精度,32通道
台
1
9
锅炉燃烧工况分析终端
专用终端,某高校专利技术产品
套
1
三、还原剂喷射装置
10
空压机
345*139*185mm,150L/min
台
1
特型设备
11
输液泵(计量泵)
特殊型号,配运行状态监测装置
台
8
特型设备
12
喷射装置
设备型号与参数暂保密,已提供图片资料
台
8
13
四、逃逸NOx脱除装置
机密技术
套
1
五、低NOx燃烧控制装置
14
引风烟道
根据实际情况而定
米
待定
15
专用风机
专用设备
台
1
六、SCADA监测与控制系统
15
数据服务器
Data-Auto,Ver6.1,无限点,可扩展
套
1
定向开发
16
操作站
Super-A2000,Ver3.62,冗余热备份
台
2
定向开发
17
数据采集器
AC/DC转换设备,16位精度,32通道
台
6
18
DCS集散控制器
国产,总I/O点数400,双CPU,配SOE
套
1
19
温度检测仪
测量范围0-100℃,精度1%,冗余设置
台
31
进口
20
压力检测仪
常规仪表,根据不同管路压力选型,关键管路冗余设置
台
26
21
流量检测仪
微型流量计,根据不同管路流量选型,关键管路冗余设置
台
12
22
PH检测仪
常规PH计
台
6
进口
23
液位检测仪
测量范围0-70cm,外置式
台
6
24
料位检测仪
测量范围0-100cm,超声波式
台
2
25
气态污染物含量传感器
NOx含量分析,精度0.5%-1%,实时监测
套
1
七、电气系统
26
MCC开关柜
内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等
套
3
27
电动机综合保护器
根据不同电动机技术参数选型,关键设备应用
套
12
八、配套辅件
管路、管道
按各子系统/装置选配,不锈钢管、PVC管、CS管、连接件等
米
待定
其它辅件及专用工具
提供辅件及专用工具
套
1
8LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗
序号
项目
单位
消耗量
用户
备注
1
尿素(二等品能上级)
Kg/h
10
还原反应区
最大用量
3
电(380v,50Hz)
Kwh
5
专用风机
4
电(220v,50Hz)
Kwh
3
仪表及控制系统
5
强化反应剂
L/min
300
自动控制阀门
6
水
L/h
100
系统补水
最大用量
9运行费用估算
脱硝装置的运行成本包括催化剂、液氨的消耗成本和系统各种能耗成本及运行维护需要的人工成本。
一、尿素:
尿素总量50吨/年,尿素价格按1800元/吨计算。
二、电耗:
LNBs+SNCR脱硝装置额定总功率<5kW,电价按0.5元/kWh计算。
实际年运行总成本估算见下表(按锅炉实际负荷率计算):
序号
项目
数量
年费用(万元)
1
还原剂NH3消耗
60t/年
10.5
2
系统电耗
5万kwh/年
2.5
合计
13
10报价单
单位:
人民币元
序号
设备名称
简要技术参数
单位
数量
单价
小计
一、还原剂制备系统
1
还原剂贮仓
封闭式、防腐、3-5立方米,料位监测
台
1
26360
26360
2
还原剂溶解池
半封闭、防腐、容积70升,不锈钢、液位开关
台
1
5660
5660
3
还原剂溶液贮罐
封闭、防腐、容积600升,不锈钢,液位监测
台
1
13760
13760
4
星型卸料阀
定量卸料,额定功率<200W,低料位报警
m3
1
1320
1320
5
还原剂输送泵
特殊防腐隔膜泵,功率<100W,液位报警,自动
台
1
5279
5279
6
补水泵
小流量高压泵,进口
台
2
790
1580
7
电热棒
插入式电热棒,防止水温过低尿素析出,300W
个
6
260
1560
8
电磁阀
常闭式电磁阀,进口特型
台
4
5120
20480
二、锅炉燃烧工况监测系统
9
热电偶
温度上限1700℃,特制专用,轴向10cm伸缩
台
8
2300
18400
10
氧化镐传感器
常规
套
1
32800
32800
11
信号采集器
16位精度,32通道
台
1
5337
5337
12
锅炉燃烧工况分析终端
专用终端,某高校专利技术产品
套
1
67500
67500
三、还原剂喷射装置
13
空压机
345*139*185mm,150L/min,特型
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 某公司 20 锅炉 SNCR 烟气 工程技术 方案