2×40t/h煤粉鍋爐煙氣SNCR+SCR混合脫硝工藝設計及應用

王芝海

【摘要】：結合山東某熱電廠2×40 t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程實例,詳細闡述了SNCR工藝系統、SCR反應器、噴槍安裝、鍋爐尾部煙道改造,并對運行效果進行分析。結果表明,SNCR+SCR混合脫硝工藝具有較高的脫硝效率,SCR反應器設置4層催化劑,配合SNCR工藝,脫硝效率可達95%左右,適用于NO_x含量較高的中小型燃煤鍋爐煙氣脫硝,滿足環保排放要求。

【作者單位】：鹽城市天澄環保設備有限公司

【關鍵詞】： 煤粉鍋爐 煙氣脫硝 SNCR+SCR混合脫硝 SCR反應器 催化劑

【正文快照】： SNCR + SCR混合脫硝工藝是結合了SNCR工藝投資少,SCR工藝脫硝效率高的特點而發展起來的一種新型工藝。前段SNCR工藝具有脫硝和為后段SCR反應器提供還原劑NH3的雙重功能,后段SCR反應器充分利用前段提供的NH3,在催化劑的作用下,與NOx發生脫硝反應,從而提高整體脫硝效率,

一，工程概況

本期脫硝工程為新建的1臺40t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝，脫硝采用SNCR+SCR組合脫硝工藝。

二，主要技術參數

2.1 技術指標

出口NO_x排放濃度             ≤50  mg/Nm³

脫硝保證效率                  ≥85  ％

煙氣通過脫硝系統的壓降        ≤1000 Pa

脫硝系統設備可用率不低于       95  ％

處理煙氣量:                    ≈ 120000 Nm³

2.2鍋爐參數

三、工藝要求

1、本方案采用成熟可靠的SNCR+SCR組合脫硝工藝。

（1）SCR催化劑適宜的煙氣溫度：在系統設計時，進入催化劑反應部位的煙氣溫度調整到適宜催化劑發生反應的320～350℃。

（2）煙氣濕度：進入催化劑反應部位的煙氣不因濕度而將煙塵粘在催化劑上面，堵塞催化劑。進入布袋除塵器的煙氣不因濕度而將布袋糊住。

（3）催化劑孔不堵措施：避免通道內的帶粘性氣體塵埃橋接，堵塞催化劑。

2、分系統介紹

本套脫硝脫硝除塵工藝系統主要包括以下幾個子系統：

氨水儲存輸送系統、煙道系統、SNCR+SCR脫硝系統、電氣控制系統等。

2.1 氨水儲存輸送系統：

氨供應系統相關儲罐、管道、閥門、法蘭、儀表、泵等設備滿足抗腐蝕要求，氨水蒸發區域按規范要求可裝有氨氣泄漏檢測報警裝置；氨存儲和供應系統采用DCS系統控制。

（1）氨水儲存罐：材質：不銹鋼；容量按照1臺鍋爐每天運行24小時，連續運行7天的消耗量考慮。每臺氨水儲罐裝有液位計、呼吸閥、排空閥、檢修爬梯等設施

（2）氨水卸車泵：設置一臺氨水卸車泵

（3）氨水輸送泵：設有備用泵

（4）排放系統：在氨水儲存和供應區域設有排放系統，使氨水儲存和供應系統的廢氨水或沖洗廢水排放至廢水池，再經由廢水泵送到污水處理站區域綜合處理利用。

（5）氨水計量：單獨設置1個氨水流量計。氨氣及稀釋空氣流量測量：采用國產孔板流量計。

（6）管道、控制調節閥組、噴槍等材質：不低于不銹鋼304；靜態混合器材質：不低于Q345。

2.2煙道系統：

進、出口煙道zui小壁厚至少按5mm設計，材質不低于Q235。在煙道外削角急轉彎頭和變截面收縮急轉彎頭處，根據其煙氣流動模型研究結果要求設置導流板。在適當位置配有足夠數量測試孔、測量孔、必須的人孔等調試、安裝、檢修所需的門孔。所有煙道上安裝煙氣取樣管，使測點數量與位置滿足現場性能測試要求。為了使與煙道連接的設備的受力在允許范圍內，設計中特別考慮煙道系統的熱膨脹，熱膨脹通過非金屬膨脹節進行補償。煙氣均流導流裝置材質：Q235。

（1）煙道設計煙氣zui大流速不超過15m/s。

（2）煙道根據可能發生的zui差運行條件（如溫度、壓力、流量、濕度等）進行設計。

（3）煙道是具有氣密性的焊接結構，所有非法蘭連接的接口都進行連續焊接，與擋板門的配對法蘭連接處也實施密封焊。

（4）煙道外部要充分加固和支撐，以防止顫動和振動，并且設計滿足在各種煙氣溫度和壓力下能提供穩定的運行。

（5）煙氣系統的設計保證灰塵在煙道的沉積不會對運行產生影響，在煙道必要的地方（低位）設置清灰裝置。另外，對于煙道中粉塵的聚集，考慮附加的積灰荷重。

（6）所有煙道在適當的位置配有足夠數量和大小的人孔門，以便于煙道的維修檢查和清除積灰。另外，人孔門與煙道壁分開保溫，便于開啟。

2.3 脫硝反應系統

脫硝工藝主要性能指標有：脫硝效率、氨量、反應器的壓力降等。

脫硝工藝主要設計參數有催化劑總量、催化劑高度、催化劑空隙率和煙氣速度等。

反應器的水平段安裝有煙氣導流、優化分布的裝置以及氨的噴射格柵，在反應器的豎直段裝有催化劑床。

反應器采用固定床垂直通道型式，初裝2層，并預留1層位置，作為未來脫硝效率低于保證值時增裝催化劑用，以此作為增強脫硝效率并延長有效觸媒壽命的備用措施。

脫硝效率按90%設計，催化劑模塊尺寸為長1930mm×寬970mm×高1200mm（暫定），層之間空間高度為3.0m，其中每層催化劑前端有耐磨層，減弱飛灰對催化劑的沖刷作用。每個反應器按3層設計，運行初期僅裝2層。一層留做備用層.

反應器為直立式焊接鋼結構容器，內部設有觸媒支撐結構，能承受內部壓力，地震負荷、煙塵負荷、觸媒負荷和熱應力等。反應器殼外部設有加固肋及保溫層。觸媒通過反應器外的觸媒填裝系統從側門放入反應器內。

為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對反應器中*層催化劑上方煙氣的NH₃/NO_x摩爾比的調整，所以需在進口煙道上的合適位置設置噴氨格柵。包括供應箱、噴射格柵和噴射孔等。噴射系統配有節流閥及節流孔板。在對NO_x濃度進行連續分析的同時，調節必要的氨量從噴氨格柵中噴氨。

在熱段/高灰布置中，SCR反應器位于余熱鍋爐和換熱器之間，因為該區域煙氣溫度在300-400℃的范圍內。這種布置方式的主要優點是投資和運行費用低，因為該段的煙氣溫度與催化劑要求的運行范圍相符合。

2.3.1 SCR反應器

框架材質為Q235B碳鋼；反應器入口設氣流均布裝置，反應器入口及出口段設導流板，對于反應器內部易于磨損的部位設計必要的防磨措施。反應器內部各類加強板、支架設計成不易積灰的型式，同時考慮熱膨脹的補償措施。

在SCR反應器內，NO通過以下反應被還原：

    4NO+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

當煙氣中有氧氣時，反應*式優*行，因此，氨消耗量與NO還原量有一對一的關系。

在煙氣中，NO₂一般約占總的NO_X濃度的5%，NO₂參與的反應如下：

    2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

    6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

上面兩個反應表明還原NO₂比還原NO需要更多的氨。

脫硝系統NO_X脫除效率通常很高，噴入到煙氣中的氨幾乎*和NO_X反應。

2.3.2 SCR催化劑

催化劑是SCR系統中的主要設備，其成分組成、結構、壽命及相關參數直接影響到SCR系統脫硝效率和運行情況，脫硝系統的催化劑應具有以下特性：

（1）具有較高的NOx選擇性；

（2）在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內具有較高的催化劑活性；

（3）具有較高的化學穩定性、熱穩定性和機械穩定性；

（4）在設計中SCR反應器觸媒底部安裝氣密裝置，防止未處理過的煙氣泄漏。反應器設置足夠大小和數量的人孔門。催化劑表層與上層催化劑支撐鋼梁之間有足夠的空間以便于維護檢修。

（5）催化劑模塊設計有效防止煙氣短路的密封系統，密封裝置的壽命不低于催化劑的壽命。催化劑各層模塊一般應規格統一、具有互換性。

（6）催化劑設計考慮燃料中含有的任何微量元素可能導致的催化劑中毒。在加裝新的催化劑之前，催化劑體積滿足性能保證中關于脫硝效率和氨的逃逸率等的要求。同時，應考慮預留加裝催化劑的空間。

（7）催化劑應采用模塊化設計以減少更換催化劑的時間和工作量。

（8）催化劑模塊采用鋼結構框架，并便于運輸、安裝、起吊。

（9），催化劑采用合資或國產*產品，催化劑能承受運行溫度420℃不少于5小時的考驗，而不產生任何損壞。催化劑的化學使用壽命應不小于連續24000h。

在選擇催化還原工藝中，NO_x與NH₃在催化劑的作用下產生還原。催化劑安放在一個固定的反應器內，煙氣穿過反應器平行流經催化劑表面。催化劑單元通常垂直布置，煙氣自上向下流動。如下圖所示：

檢修、起吊設施：設置SCR裝置檢修和維護用的全部固定式和移動式起吊設施。

平臺和扶梯：脫硝裝置平臺、扶梯便于日常檢修、維護人員到達與脫硝裝置相對應的設備平臺。氨水儲存和供應區域設置檢修和維護平臺，使檢修和維護工作能夠順利進行。所有設備檢修和維護平臺、扶梯采用鋼結構。

SCR反應系統風道及反應器保溫：100mm巖棉，0.5mm壓型鋼板

 2.3.3吹灰及控制系統：

蒸汽吹灰器的數量和布置設計能使催化劑中的集灰盡可能多地吹掃干凈，并盡可能避免因死角而造成催化劑失效導致脫硝效率的下降。每層設置1臺吹灰器。備齊吹灰系統所有必須的設備部件、吹灰器、相關閥門管路系統、控制設備等，吹灰系統采用DCS控制。

SCR反應器催化劑層間安裝吹灰器用來吹除沉積在催化劑上的灰塵和SCR反應副產物，以減少反應器壓力降。

2.3.4 脫硝還原劑

處于經濟及安全方面等多種因素考慮，本方案采用氨水作為脫硝還原劑。

四、供貨范圍

包含以下范圍但不限于以下范圍：

乙方根據所供設備的需要，提供工程隨機備品備件、質保期內備品備件清單及1套完整的脫硝系統 ，并能滿足技術規范書的設計要求、技術要求和質量保證要求。裝置設備安裝、調試期間及質保期滿后1年內保證系統年正常運行率98%以上所需的易損易耗備品備件。備品備件費用包含在總價中。

供貨范圍：

1、根據甲方要求合理選擇脫硝設備。

2、包括了為滿足脫硝技術規范要求所需所有設備、技術資料、工具、備品備件、設計、安裝、服務及技術指導等。

供貨分界如下：

水：甲方負責接水源至脫硝區1m范圍內；

電：甲方負責接380V電源線至脫硝配電柜；

氣：甲方負責接壓縮空氣至脫硝區域1m范圍內；

土建：工程材料及施工由甲方負責，乙方負責設計。

說明：

1、上表供貨清單中的技術參數、規格、型號與數量以zui終選型為準。

2、賣方供貨范圍為脫硝系統范圍以內的全套設備的設計、制作、供貨和安裝調試的交鑰匙工程，在執行合同過程中如發現有任何漏項和短缺，在設備供貨清單中并未列入而確實是賣方成套設備供貨范圍中應該有的，并且是滿足合同技術規范對合同設備的性能保證值要求所必須的，賣方負責將所缺的部件、技術資料等補齊，其費用由賣方負責。

3、土建部分由需方完成。

五、性能保證與質量保證

供方提供的整套脫硝系統能滿足甲方提出的性能及質量要求。如果整個工藝過程不能滿足運行保證中所許諾的要求，則供方負責修理、替換或者處理所有的物料、設備或其它，以便滿足運行保證要求。這部分費用由供方負責（包括修理、替換或者處理、拆卸和安裝所需要的人員費用）。在完成修理、替換或者其它處理后，整個工藝過程按合同重新進行試驗，費用由供方負責。在此之前的某些試驗階段，一些試驗保證已經成功地被驗證，如果由于修理、替換或者其它處理措施對已驗證了的運行保證產生可能的不利影響，則整個工藝系統還需要按所有要求重新試驗，費用由供方負責。技術專家（1500--5106507）簡介: 從事大氣污染控制等方面的設計、設備制造、工程總承包等方面工作二十多年。擁有國家二十項.主持大中型環保工程項目設計20余項，主持大型環保工程總承包2項，涉及工程投資近3億元，是（電改袋）施工的主要負責人之一，有豐富的施工組織和管理經驗，也是”863“.國內*臺電除塵器改袋式除塵器1600000立方/小時煙氣量全套設計方案參與。星火熱電廠75噸/小時鍋爐袋式除塵，脫硫設計方案主要負責人...2005年11月設計日本帝人三原事務所世界*臺以煤、舊輪胎及少量料制品為混合燃料65T/H高溫高壓環流化床鍋爐(煤、木屑、舊輪胎混合燃料)袋式除塵器，240T/H電袋復合除塵器及脫硫通過日本專家審核,。出口粉塵濃度≤20 mg/ Nm3 。山西左權鑫興冶煉廠硅冶煉電爐煙氣凈化除塵，山西安泰焦化廠4000M2至6000M2的大型阻火防爆型脈沖除塵器在焦爐除塵.重慶太極集團制藥廠20t/h-75t/h燃煤鍋爐袋式除塵及脫硫系統. 濟南鋼鐵股份有限公司*燒結廠660000 m3/h電袋復合除塵器主設計，山東江泉集團臨沂燁華焦化廠6000M2大型阻火防爆型脈沖除塵器整體設計，河南省汝州巨龍實業有限公司75t/h燃煤鍋爐煙氣電袋復合除塵及脫硫系統工程,河南中孚實業股份有限公司12.5萬噸電解煙氣凈化系統,廣西北海高嶺科技15平方，25平方電除塵器，黑龍江雙鴨山水泥廠100平方和50平方電除塵器，江蘇射陽熱電有限公司88平方電除塵器,郴州熱電130t/h機組脫硝SCR工程,張掖熱電2×75t/h機組脫硝SCR工程,華銀熱電2×75t/h機組脫硝SNCR工程, 畢節熱電廠2×130t/h機組脫硝SNCR,紹興玻璃制品廠脫硝SCR, 山東優嘉能源熱力有限公司1×40t/h煤粉鍋爐煙氣超低排放工程SNCR+SCR組合脫硝工藝等