选择性催化还原法烟气脱硝装置氨站的典型设计.pdfVIP

第3 2卷 第 1 1 期 2 0 1 0年 1 1月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 l _ 3 2 No 1 1 NO V 2 01 0 选择性催化还原法烟气脱硝装置氨站的典型设计 陈鹏， 胡永锋 ， 朱连森 ( 中国华电工 程( 集团) 有限公司 ， 北京1 0 0 0 3 5 ) 摘要 ： 对选择性催化还原法 ( S C R ) 烟气脱硝技术中常用的 3种还原剂 的特点 进行 了比较 ， 以某燃煤 电厂 6 6 0M W 超超 临界机组 烟气脱硝装置为例 ， 介绍 了大型燃煤机组烟气脱硝装置 中采用 液氨作还原剂 氨站 的典 型设 计方法及氨站设计 时应 注意 的问题 。 关键 词： 选择性催化还原法 ； 脱硝 ； 氨站 ； 液氨 中图分类号 ： X 7 0 1 3 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 7 6 0 3 1 常用的还原剂 我国在 G B 1 3 2 2 3 -2 0 0 3 火 电厂 大气污染物 排放标准 中， 对 N O 的排放有 了更严格的要求 ： 长 江三角洲、 珠江三角洲和京津冀地区及各省会城 市 的燃煤锅炉 N O 排放质量浓度应控制在 2 0 0 m g m 以内。根据 目前的脱硝技术特点 ， 选择性催化还原 S C R ( S e l e c t i v e C a t a l y t i c R e d u c t i o n ) 法将成为首选 的 烟气脱硝技术 。而 S C R法烟气脱硝技术常用 的还 原剂主要有液氨 、 氨水和尿素 ， 由于液 氨运行成本 低， 因此， 目前对于无 特殊安全 要求 的地 区， 所建 S C R法烟气脱硝装置大都采用液氨作为还原剂 ， 这 3类还原剂的特点比较见表 1 。 表 1 还原剂特点比较 项 目 液氨 氨水 尿素 还原剂成本 费用 低 运输费用 低 安全性 有毒 、 腐蚀 储存条件 要求商 储存方式 液态( 箱罐 ) 设备初投资费用 较 高 运 皱 安全要求等级 要求高 较高 最高 最高 较 高 有害 、 腐蚀 无害 要求低 要求较 高 液态( 箱罐 ) 颗粒状或溶液 低 最高 ( 热解制备) 较高， 需要 高 最高 ， 需要 高 热 鲢蒸 发 蒸 热 量 热 解 尿 馏氨水 素和蒸发氨 安令要求低 安全要求较高 2工 程 概 述 某燃煤电厂 6 6 0 MW 超超临界机组采用选择性 催化还原( S C R) 法烟气脱硝工艺， 将娴气 中的 N O 催化还原成无二次污染的 N 和 H O 。 该工程实行总承包 ( E P C) 方式 ， 由中国华电工 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 61 8 程 ( 集团) 有限公 司负责设计并建设。脱硝还原剂 选用液氨， 氨站单独设置在电厂灰库旁 ， 考虑扩建机 组需氨量 ， 按照氨制备供应量 2 X 3 0 9 k g h设计。 3 氨站典型设计 3 1氨的特性及安全要求 液氨为无色液体 ， 有强烈刺激性气味 ， 极易气化 为气氨， 易溶于水 、 乙醇 、 乙醚。高浓度氨可引起反 射性呼吸停止 ， 液氨或高浓度氨可灼伤眼和皮肤 ， 对 环境有严重危害， 对水体 、 土壤和大气可造成污染。 根据 G B 5 0 4 4 -1 9 8 8 职业性接触毒物危害程度分 级的 规 定 ， 氨 属 于 I V( 轻 度 危 害 ) ； 根 据 H G 2 0 6 6 0 -2 0 0 0 ( 压力容器 中化学介质毒性危害和爆炸 危险程度 分 类的规 定 ， 氨属 于 中度 危害 的化 学 介质。 液氨是强腐蚀 性有毒物质 J ， 不燃 烧， 有特殊 的刺激性气 味， 危险性类 别属 于第 2 3类 有毒气 体 。氨与空 气混 合能形 成爆炸 性混 合物 ， 遇 明 火、 高热能引起燃烧爆炸 ， 爆炸 上限为 2 7 4 ， 爆炸 下限为 1 5 7 ； 与氟 、 氯等接触会发生剧烈 的化学 反应； 若 遇高热 ， 容器 内压增 大， 有 开裂和爆 炸的 危险。 液氨泄漏后 ， 在常温下为无色有刺激性的气体 ， 主要对上呼吸道有腐蚀和刺激作用 。低浓度氨气对 呼吸道 、 眼粘膜 、 皮肤均有刺激与腐蚀作用 ， 高浓度 可造成组织溶解性坏死 ， 引起化学性肺炎及灼伤， 甚 至引起死亡。工作环境空气中最高允许质量浓度为 3 0 mg 1 3 1 。 。氨区设计时充分体现现代化企业以人为 本的管理思想 ， 尽量减少工作 人员进入生产 区的同 时 ， 在有可能发生氨气泄漏的区域设置有氨泄漏检 测器 ， 意在发生泄漏时发出警报信号。 根据氨的上述特性 ， 工程 中要保证用氨容器严 格密闭， 提供局部排风和全面通风 ， 配套提供安全淋 第 l l 期 陈鹏 ， 等 ： 选择性催化还原法烟气脱硝装置氨站的典型设计 7 7 浴和洗眼设备 。 3 2氨站工艺 系统 该烟气脱硝工程氨站工艺系统 由液氨卸料 、 液 氨存储 、 液氨气化输送 3个主要系统组成。这 3个 系统的主要功能是向 S C R系统提供 足够的氨气 ， 以 保证 S C R反应的进行 。其他辅助系统有 ： 废气 收集 及废液排放系统 、 消 防水喷雾 系统 、 罐区降温水喷淋 系统 、 倒罐系统 、 氮气吹扫系统等。 3 2 I 液氨卸料 、 存储系统 液氨 的供应 由液氨槽车运送 ， 利用卸料压缩机 抽取液氨储罐中的氨气 ， 在槽 车和液氨储罐 问形成 压差 ， 将槽车中的液氨挤压入液氨储罐 中。该 系统 主要包 括 以下设 备 ： ( 1 ) 卸料压缩机 。运输槽 车容量为 2 0 t 时， 卸 车时间不 超 过 0 5 h ， 所选 用 卸 氨 压 缩 机 流量 为 2 1 3 “1 mi n ， 设置 2台， 1用 1备。 ( 2 ) 液氨储罐。考虑脱硝机组 B MC R工况下 7 d的耗氨量 ， 氨区共设置 2台容积为 9 5 m 的液氨储 罐 。液氨储罐上设置有安全阀 、 压力 温度测点。 3 2 2 液氨气化输送系统 采用连续加热蒸发方式 ， 利用 电加热水浴将液 氨气化为氨气 ， 气化器 出 口氨气压力 由调节 阀进行 控制 ， 使其稳定在 0 2 5 MP a ( 测量压力 ) 。然后经氨 气缓 冲罐稳压后 ， 提供 S C R反应所需氨气。该系统 主要包括以下设备 ： ( 1 ) 液氨气化器。额定出力为 3 0 9 k g h ， 电加热 功率为 1 8 0 k W， 2用 1 备 。 ( 2 ) 氨气缓冲罐 。容积为 1 5 5 m ， 与氨气气化 器配套。缓 冲罐上设置有安全阀 、 压力测点。 3 2 3 废气收集及废液排放系统 该系统主要吸收紧急排放的氨气或设备检修 时 排放的氨气。氨气 经氨气 吸收罐 吸收后排人 废水 池 ， 经废水泵升压后输送到厂区废水处理厂。当氨 气吸收罐 内水位降低时 ， 厂 区供工艺水作为吸收罐 的补充水 。该 系统 主要包 括 以下设 备 ： 气 吸 收罐 ( 容积 6 m ) 1台； 废水池( 长 宽 高为 4 0 0 0 mm 3 0 0 0 mi l l 2 0 0 0 m m) 1座 ； 废 水 泵 ( 型 号 5 0 WF B B) 2台 。 3 2 4 消防水 喷雾系统 氨与空气混合后在一定的比例下可产生爆 炸 ， 因此 ， 氨站设计中针对这种情况采取 了严密的措施 ， 其中包括氨喷淋的消防措施 自动启动的设 置 ， 以保 证火灾时尽量减少损失。 氨区消防按照 G B 5 0 2 1 9 -1 9 9 5 水喷雾灭火系 统设计规范 的要求设计喷雾强度和持续时间。 3 2 5 罐区降温水喷淋系统 厂 区供工艺水做循环水引入循环水池 ， 当液氨 储罐表面温度 高 于 4 0时或 罐 内温度 高 于 3 8 时 ， 喷淋管道上的气动快关阀会 自动打开 ， 循环水喷 淋到罐子表面用于降温 ， 降温后 的水被液氨罐 区围 堰收集后 ， 回流循环水池冷却后重 复利用 。该 系统 主要包括 以下设备 ： 循环水池 ( 长 宽 高为 4 0 0 0 m m 3 0 0 0 mm 2 0 0 0 I T l l n ) 1座 ； 循 环 水 泵 ( 型 号 5 0 WF BA) 2台。 3 2 6 倒罐系统 设计充分考虑了保障装置连续安全生产备用措 施 ， 液氨储罐 2台互为备用 。在事故状态下 ， 当其 中 一 储罐发生泄漏事故时， 可将泄漏罐 内液氨倒至另 一 安全氨罐 中。先 通过压缩机 抽取安全 氨罐 中氨 气 ， 使其压力减小 ， 再通过倒罐管路 ， 将 事故氨罐 中 液氨压入安全氨罐中， 实现倒罐过程。 3 2 7 氮气吹扫系统 在系统运行之前 ， 需要将整个系统管道 、 设备进 行氮气置换 ， 以保证气 氨 、 液氨 进入管道或罐 子 内 时 ， 处于安全状态 。另外 ， 在检修氨区设备时必须先 用氮气吹扫管道 中残 留的氨气 ， 再进行设备检修 ； 在 液氨卸料之前 ， 通过氮气吹扫管线对卸氨压缩机 、 液 氨储罐 、 蒸发器 、 缓冲罐管线等部位进行严格 的严密 性检查和氮气吹扫 ， 检查是否有漏点 ， 以便及时更换 元件 ， 防止氨气泄漏并防止与系统 中残余 的空气 昆 合造成危险。 3 2 8 自控系统 ( 1 ) 氨压缩机 出口压力 、 温度过高报警 ， 与液氨 储罐液位升高一起判断卸车情况 ， 确定停机 。 ( 2 ) 液氨储罐内温度 、 罐表面温度 和罐内压力 3 个参数构成“ 3取 2 ” 表决逻辑 ， 超 限时 自动喷水降 低罐温。 ( 3 ) 液氨储罐液位的检测。液位高时停压缩机或 倒灌， 液位低时关出料阀， 同时打开另一罐的放料阀。 ( 4 ) 液氨气化器氨出口压力检测。检测结果作为 判断条件确定是否开关液氨的切断阀和控制调节阀的 开度， 同时也用于判断是否切断电加热器的电源。 ( 5 ) 气氨泄漏检测。气氨是可燃 、 爆炸 、 有毒的 气体 ， 人体 中毒量远远小 于可燃爆炸极 限。该工程 根据规范要求 ： 按照空气中的中毒含量浓度设计 ， 当 浓度超过允许值时， 有毒气体控制器发出声光报警 ， 同时， 浓度检测信号也输送 到分散控制系统 ( D C S ) 实施联锁 ， 进行喷雾稀释。 3 3氨站设计要求 3 3 1 防火问距要求 氨 站与其他建 ( 构 ) 筑物的距离 、 氨站内设备问 7 8 华 电技 术 第 3 2卷 距离应符合 G B 5 0 1 6 0 -2 0 0 8 石油化工企业设计防 火规范 1 3 及 G B 5 0 0 1 6 -2 0 0 6 建筑 设计 防火规 范 的规 定 。 3 3 2 工 艺管线 布置要 求 氨输送用管道应符合 G B T 2 0 8 0 1 2 0 0 6 压力 管道规范 的规定 ， 所有可能与 氨接触 的管道 、 管 件、 阀门等部件均应严格禁铜l 3 J 。液氨管道上应设 置安全 阀， 并应符合 S H 3 0 0 7 -1 9 9 9 4 石油化工储运 系统罐区设计规范 的规定 。 氨存储设备及运输管道上应有氮气输入管道。 氨管道流速要求要满足 H G T 2 0 5 7 0 6 一l 9 9 5 管径选择 中的规定和要求， 具体要求为 ： 液氨输 送管道液氨流速选取 1 m s ， 卸氨压缩机进 、 出 口管 道氨气流速选取 1 5 m s ， 氨气缓 冲罐出 口管道氨气 流速选 取 1 5 m s 。 3 3 3 防火堤设计要求 根据 G B 5 0 1 6 0 -2 0 0 8 石油化工企业设计防火 规范 中第 6 2条 的规定 ， 罐组应设防火堤 ， 防火堤 的有效容积应满足下列规定 ： ( 1 ) 防火堤的有效容积不应小于罐组内最大储 罐的容积。 ( 2 ) 立式储罐至防火堤内堤脚线 的距离不小于 罐壁高度的一半 ， 卧式储罐至防火堤内堤脚线的距 离不小于 3 m。 ( 3 ) 卧式储罐防火堤的高度不低于 0 5 n l ( 以堤 内设计地坪标高为准) 。 3 3 4 危险源辨识 根据 G B 1 8 2 1 8 -2 0 0 9 重大危 险源辨识 的规 定 ， 氨的危险源临界量为 1 0 t 。 目前 ， 火电厂烟气脱 硝工程中氨气 的存储 量均超过 1 0 t ， 均构成重大危 险源， 需进行安全设计 、 建设 、 调试 、 运行与维护 。 3 3 5 氨区的防护措施 个体防护及安全预防措施 ： 氨浓度超标的场合 ， 应穿戴全面罩过滤式面具 ( 或全面罩送风呼吸器 ) 、 护 目镜及抗氨渗防静电防护服( 手套 、 围裙 、 足靴) ； ( 上接 第7 1页) 变其结构 ， 使倾角达到 6 5 。 。 以上措施已在禹州电厂二期工程实施并取得了很 好的效果， 禹州电厂二期运煤系统设计出力为1 13 0 0 t h ， 水分在 1 0 以下时， 系统出力可达到l 0 0 O t h ， 运煤系统 没有出现堵煤现象， 达到了预期效果。 5 结论 经对燃煤成分及黏结特性的分析 ， 明确 了燃煤 堵塞的原因， 在工程设计中， 采取 了针对性 的措施 ， 氨气浓度严重超标的场合 ， 应穿戴全套 自给式 呼吸 器 ( 带有送风源) ， 配备应急淋浴设施及眼药水 ； 储 罐区最好设稀酸喷洒设施 ； 使用防爆 型的通风 系统 和设备 ； 构筑围堤或挖坑收容产l生的大量废水。 泄漏应急处理及消除方法 ： 现 场通风 ， 加 速扩 散 ； 若液体泄漏 ， 可让其汽化， 隔离泄漏现场 ； 处理工 作应于高处或上风处进行 ； 应急处理人员戴 自给正 压式呼吸器 ， 穿全身防护服； 气体浓度过高时， 应撤 离现场 ； 切断火源 ； 建议尽可能切 断泄漏源； 迅速撤 离泄漏污染 区人员至上风处并 立即设 1 5 0 m隔离 带 ， 在下风处长 1 0 k m、 宽 0 4 k m 的范围内撤离所 有人员 ； 高浓度泄漏 区， 喷含盐酸的