SCR設計原則及工藝設計

SCR設計原則及工藝設計西安熱工研究院有限公司Xi’anThermalPowerResearchInstituteCo.,Ltd.二○一二年八月二十日張強[博士,研究員]

SCR設計原則及工藝設計污染物與污染負荷新建鍋爐加裝SCR脫硝系統(tǒng)時，設計工況宜采用BMCR工況下的煙氣量，NOx和煙塵濃度為設計值時的煙氣參數(shù)；校核工況宜采用BECR工況下煙氣量，NOx和煙塵濃度為最大值時的煙氣參數(shù)。已建鍋爐加裝SCR脫硝系統(tǒng)時，其設計工況和校核工況宜根據(jù)脫硝系統(tǒng)入口處實測煙氣參數(shù)確定，并考慮燃料的變化趨勢。SCR設計原則及工藝設計一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)的總平面布置、豎向布置、管線綜合布置、綠化規(guī)劃等，應與火電廠的總體設計相協(xié)調，并滿足：（1）工藝流程合理，煙道短捷，滿足防火、防爆的要求；（2）交通運輸方便；（3）處理好脫硝系統(tǒng)與電廠設施、生產(chǎn)與生活、生產(chǎn)與施工之間的關系；（4）方便施工，有利于維護檢修；（5）充分利用廠內(nèi)公用設施；（6）節(jié)約用地，工程量小，運行費用低。按照HJ/T75的要求進行連續(xù)監(jiān)測。SCR設計原則及工藝設計總平面布置一般規(guī)定總平面布置應遵循設備運行穩(wěn)定、管理維修方便、經(jīng)濟合理、安全等。總平面布置應考慮的因素包括：脫硝島的平面豎向布置、污染物處理處置工藝單元的構筑物安排、綜合管線的布置等。架空管線、直埋管線與島外溝道相接時，應在設計分界線處標明位置、標高、管徑或溝道斷面尺寸、坡度、坡向管溝名稱、引向何處等。有汽車通過的架空管道凈空高度為5.0m，室內(nèi)管道支架梁底部通道處凈空高度不低于2.2m。SCR設計原則及工藝設計還原劑區(qū)布置一般規(guī)定還原劑區(qū)可布置于廠區(qū)內(nèi)，也可布置于廠區(qū)外。新建電廠還原劑儲存應納入廠區(qū)總平面布置統(tǒng)籌規(guī)劃，并宜考慮機組再擴建時的條件。改、擴建電廠場地布置困難時，還原劑儲存可布置在廠外，但選址要求應符合安全規(guī)定。采用液氨作為還原劑時，還原劑區(qū)應單獨設置圍欄，設明顯警示標記，并考慮疏散距離。還原劑區(qū)地坪宜低于周圍道路標高。液氨儲罐區(qū)宜設環(huán)形消防道路，場地困難時，可設盡頭式道路，但應設回轉場地。還原劑區(qū)的設備宜室外布置，液氨儲罐應設置防止陽光直射的遮陽棚，遮陽棚的結構應避免形成可集聚氣體的死角。還原劑區(qū)內(nèi)場地應設水沖洗裝置，在低處設截水溝集中排至廢水坑。還原劑區(qū)內(nèi)電氣柜小室電纜進線溝應進行隔離處理，防止泄露的氨氣進入電氣柜小室。當采用尿素作為還原劑時，絕熱分解室或水解反應器可布置在還原劑區(qū)或就近布置在SCR反應器區(qū)。SCR設計原則及工藝設計反應器區(qū)布置一般規(guī)定反應器宜布置在省煤器與空氣預熱器之間，并靠近鍋爐本體。對新建或擴建機組，反應器宜垂直布置在空氣預熱器上方。SCR設計原則及工藝設計工程構成SCR脫硝工程主要包括：還原劑系統(tǒng)、催化反應系統(tǒng)、公用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。還原劑系統(tǒng)包括還原劑儲存、制備、供應等設備。催化反應系統(tǒng)包括煙道、氨的噴射及混合裝置、稀釋空氣裝置、反應器、催化劑等。公用系統(tǒng)包括蒸汽系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。輔助系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、熱工自動化系統(tǒng)、采暖及空氣調節(jié)系統(tǒng)、煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)等。SCR設計原則及工藝設計工藝設計一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)應與鍋爐負荷變化相匹配。脫硝系統(tǒng)不得設置反應器旁路。在催化劑最大裝入量情況下的設計脫硝效率不應低于80%。氨逃逸濃度應不大于2.5mg/m3。SO2/SO3轉化率應不大于1%。系統(tǒng)可用率應不小于98%，使用壽命和大修期應與發(fā)電機組相匹配。脫硝系統(tǒng)應能在鍋爐最低穩(wěn)燃負荷和BMCR之間的任何工況持續(xù)安全運行，當鍋爐最低穩(wěn)燃負荷工況下煙氣溫度不能達到催化劑最低運行溫度時，應從省煤器上游引部分高溫煙氣直接進入反應器以提高煙氣溫度。脫硝系統(tǒng)的煙氣壓降宜小于1400Pa，系統(tǒng)漏風率不宜大于0.4%。SCR設計原則及工藝設計脫硝系統(tǒng)流程SCR設計原則及工藝設計還原劑系統(tǒng)一般規(guī)定還原劑主要有液氨、尿素和氨水，其選擇應按照項目環(huán)境影響評價文件、安全影響評價文件的批復確定。SCR設計原則及工藝設計液氨還原劑液氨運輸工具宜采用專用密封槽車。液氨卸料可通過氨卸料壓縮機進行，在與槽車接口處設置與排放系統(tǒng)相連的管道，用于卸氨前后排出管道中空氣。液氨儲存和制備裝置應符合有關規(guī)定。在地上、半地下儲罐或儲罐組，應設置非燃燒、耐腐蝕材料的防火堤。還原劑區(qū)應安裝相應的氣體泄漏檢測報警裝置、防雷防靜電裝置、相應的消防設施、儲罐安全附件、急救設施設備和泄漏應急處理設備等。液氨儲罐容量宜按照全廠脫硝系統(tǒng)設計工況下連續(xù)運行5d~7d（每天24h）所需要的氨氣用量來設計。氨氣制備裝置（液氨蒸發(fā)器）的出力應按設計工況下氨氣消耗量的120％設計。還原劑區(qū)應有控制氨氣二次污染的措施。氨儲存設備及運輸管道上應有氮氣輸入管道。還原劑區(qū)的設備宜采用氣動執(zhí)行機構。SCR設計原則及工藝設計尿素還原劑尿素制氨系統(tǒng)有水解和熱解兩種方式。尿素制氨系統(tǒng)應能連續(xù)、穩(wěn)定地供應脫硝運行所需要的氨氣流量，并滿足負荷波動對氨供應量調整的響應要求。尿素顆粒儲倉可按1個設計，容量宜按全廠脫硝系統(tǒng)設計工況下連續(xù)運行3d~5d（每天24h）所需要的氨氣用量來設計。由尿素顆粒儲倉到尿素溶解罐的輸送管路應設有關斷裝置和避免堵料的措施。尿素溶解罐宜布置在室內(nèi)，尿素溶液儲存罐可布置在室外，各設備間的連接管道應保溫。所有接觸到尿素溶液的設備等材料宜采用不銹鋼材質。當采用尿素水解工藝制備氨氣時，尿素水解反應器的出力宜按脫硝系統(tǒng)設計工況下氨氣消耗量的120％設計。當采用熱解工藝制備氨氣時，每套反應器應設置1臺絕熱分解室，分解室進出口氣體分配管道宜設置調節(jié)風門，分解室和計量分配裝置應靠近反應器布置。SCR設計原則及工藝設計氨水還原劑采用氨水作為還原劑時，宜采用20%~25%濃度的氨水溶液。氨水運輸工具宜采用專用密封槽車。氨水的卸料采用卸載泵。所有與氨水溶液接觸的設備、管道和其他部件宜采用不銹鋼制造。氨和空氣的混合氣體的溫度應高于水冷凝溫度。SCR設計原則及工藝設計氨區(qū)管道所有可能與氨接觸的管道、管件、閥門等部件均應嚴格禁銅。液氨管道上應設置安全閥。所有接觸到尿素溶液的泵和輸送管道等材料宜采用不銹鋼材質。所有管道應充分考慮冬季防寒、防凍的措施，防止各輸液管道冰凍。SCR設計原則及工藝設計反應器系統(tǒng)反應器和煙道反應器本體為全鋼焊接結構，宜采用與鍋爐本體相同的封閉方式，其外壁應保溫。露天布置時，保溫層應采取防雨設施。反應器內(nèi)煙氣流場均勻，流速一般取4m/s～6m/s。反應器平面尺寸應根據(jù)煙氣流速確定，并根據(jù)催化劑模塊大小及布置方式進行調整。反應器有效高度應根據(jù)模塊高度、模塊層數(shù)、層間凈高、吹灰裝置、煙氣整流隔柵高度等情況綜合考慮決定。反應器入口段應設導流板，反應器出口應設收縮段，其傾斜角度應能避免該處積灰。在反應器側壁對應催化劑部位應設置催化劑裝載門和人孔。SCR設計原則及工藝設計反應器內(nèi)催化劑的支架應可兼作催化劑安裝時的滑行導軌，并與安裝或更換催化劑模塊的專用工具相匹配。反應器本體可采用整體懸掛方式或支撐方式。如采用支撐方式，則應充分考慮反應器本體內(nèi)部結構的溫差應力、支架熱脹引起的對承重鋼架的水平推力等影響。反應器區(qū)應設檢修起吊裝置，起吊高度應滿足爐后地坪至反應器最上層催化劑進口的起吊要求，起吊重量按催化劑模塊重量確定。反應器本體外周應設平臺作為人行通道，平臺可采用格柵或花紋鋼板兩種形式；采用格柵平臺時載荷取2kN/m2，采用花紋鋼板時，應視情況考慮雪載荷和飛灰沉積載荷；如催化劑在平臺上移動，應考慮催化劑重量。SCR設計原則及工藝設計催化劑催化劑可選擇蜂窩式、板式、波紋式或其他形式。催化劑形式、催化劑中各活性成分含量以及催化劑用量一般應根據(jù)具體煙氣工況、灰質特性和脫硝效率確定。便于運輸、安裝、更換，催化劑應制成模塊。催化劑各層模塊應規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性，且應采用鋼結構框架，并便于運輸、安裝和起吊。催化劑模塊應設計有效防止煙氣短路的密封，密封的壽命不低于催化劑的壽命。每一層催化劑均應設置可拆卸的催化劑測試元件。失效催化劑可采用再生或無害化處理。SCR設計原則及工藝設計稀釋系統(tǒng)稀釋空氣量應按設計和校核工況中的較大耗氨量、稀釋后混合氣體中的氨氣的體積濃度不高于5％進行設計。稀釋空氣可由一次送風機的出口或空氣預熱器出口一次風引出，也可通過設計專用稀釋風機提供。當采用稀釋風機時，稀釋風機按兩臺100％容量（一用一備）或三臺50%（兩用一備）設置。稀釋風機流量應在設計計算基礎上考慮10%裕量，壓頭應在管路阻力計算基礎上考慮20%裕量。稀釋風道內(nèi)介質流速按8m/s~15m/s設計，在噴氨點下游宜裝設靜態(tài)混合器或采用其他增強混合的方式。SCR設計原則及工藝設計混合氣體噴射系統(tǒng)混合氣體噴射系統(tǒng)可采用噴氨格柵或靜態(tài)混合器?；旌蠚怏w一般以分區(qū)方式噴入煙氣，每個區(qū)域系統(tǒng)應具有均勻穩(wěn)定的流量特性，并具有獨立的流量控制和測量手段?；旌蠚怏w噴射系統(tǒng)及反應器設計應通過數(shù)值模擬和物模試驗進行驗證?；旌蠚怏w噴射系統(tǒng)主管道上的流量調節(jié)閥材料應滿足設計條件。噴氨格柵應設計防止被固體灰份堵塞的措施和防磨措施。最低噴氨溫度根據(jù)煙氣條件確定，并不低于催化劑要求的最低運行溫度。SCR設計原則及工藝設計吹灰及除灰在反應器入口宜設置灰斗，灰斗可與省煤器灰斗合并考慮。反應器內(nèi)部吹灰方式可采用蒸汽吹灰或聲波吹灰等方式。應考慮反應器出口煙道布置情況、煙氣中飛灰濃度、煤粉細度等因素，如可能積灰，則應設置除灰系統(tǒng)，并與鍋爐的主除灰方式一致。SCR設計原則及工藝設計公用系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)蒸汽主要用于液氨蒸發(fā)器的加熱和蒸汽吹灰等。蒸汽汽源宜取自電廠的廠用蒸汽系統(tǒng)。蒸汽耗量宜綜合考慮蒸發(fā)器還原劑加熱、反應器蒸汽吹灰以及必要的熱損失等確定額定耗量。SCR設計原則及工藝設計廢水系統(tǒng)在卸氨后的設備及管道清理、事故或長期停機狀態(tài)下，氨儲罐及管道中的氨氣應排放至氨氣吸收槽，用水稀釋后排入廠區(qū)內(nèi)廢水處理系統(tǒng)集中處理。SCR設計原則及工藝設計壓縮空氣系統(tǒng)檢修用壓縮空氣應滿足下列要求：（1）含塵粒徑<1μm；（2）含塵量<1mg/m3；（3）含油量<1mg/m3；（4）水壓力露點≤-20℃(0.7MPa)。儀用壓縮空氣應滿足下列要求：（1）含塵粒徑<1μm；（2）含塵量<1mg/m3；（3）含油量<1mg/m3；（4）水壓力露點≤-20℃(0.7MPa)。SCR設計原則及工藝設計主要設備和材料主要設備的選擇應滿足性能要求；主要材料應與燃煤鍋爐常用材料要求一致，材料的選擇應滿足脫硝系統(tǒng)的工藝要求。對于接觸腐蝕性介質的部位，應采用防腐材料或做防腐處理。當承壓部件為金屬材料并內(nèi)襯非金屬防腐材料時，應保證非金屬材料與金屬材料之間的粘結強度，且承壓部件的自身設計應確保非金屬材料能夠長期穩(wěn)定地粘結在基材上。金屬材料宜以碳鋼材料為主。對金屬材料表面可能接觸腐蝕性介質的區(qū)域，應根據(jù)脫硝工藝不同部位的實際情況，襯抗腐蝕性和磨損性強的非金屬材料。SCR設計原則及工藝設計熱工自動化一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)應集中監(jiān)控，實現(xiàn)脫硝系統(tǒng)啟動、正常運行工況的監(jiān)視和調整、停機和事故處理。脫硝系統(tǒng)在啟、停、運行及事故處理情況下均應不影響機組正常運行。脫硝系統(tǒng)宜采用分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC），其功能包括數(shù)據(jù)采集和處理（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）及聯(lián)鎖保護、廠用電源系統(tǒng)監(jiān)控等。SCR設計原則及工藝設計控制系統(tǒng)脫硝系統(tǒng)與機組同步建設時，宜將脫硝反應區(qū)的控制納入機組單元控制系統(tǒng)，不再單獨設置脫硝控制室。已建鍋爐增設脫硝系統(tǒng)時，可兩臺爐合用一個脫硝控制室。如條件具備，宜將脫硝反應區(qū)的控制納入已經(jīng)建成的機組單元控制系統(tǒng)，以達到與機組統(tǒng)一監(jiān)視或控制。脫硝還原劑區(qū)宜單獨設置控制室，采用與機組單元控制系統(tǒng)或輔控PLC相同的硬件設備或納入機組單元控制系統(tǒng)或輔控PLC。重要的聯(lián)鎖或監(jiān)視信號應通過硬接線或光纜通訊方式與脫硝反應區(qū)控制系統(tǒng)或機組單元控制系統(tǒng)進行交換。脫硝還原劑區(qū)的卸氨系統(tǒng)可設置就地控制盤，便于現(xiàn)場操作。SCR設計原則及工藝設計連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)反應器入口煙氣連續(xù)檢測裝置至少應包含以下測量項目：煙氣流量、NOx濃度(以NO2計)、煙氣含氧量。反應器出口煙氣連續(xù)檢測裝置至少應包含以下測量項目：NO