火电厂脱硝工程的设计技术培训教材.ppt

二零一七年六月,火电厂脱硝工程的设计技术讲座,内部资料,一、概述 二、SCR脱硝改造工程的设计 三、SCR脱硝改造工程施工组织 四、问题及对策,提纲,烟气中NOx怎么产生的？ NOx有什么危害？ 减少烟气中NOx的量有些什么技术？ 针对各电厂该选择什么样的技术？,一、概述,燃料型NOx ：空气中的氧与煤中含氮化合物（如杂环氮化合物）热解反应生成的NOx，占燃烧过程所产生NOx的75%90%，是燃烧过程中NOx的主要来源。 热力型NOx ：燃料燃烧时空气中的N2和O2在高温条件下生成的NOx，热力型NOx是在温度高于1500 时产生的，并随着温度的升高而增多 。 快速型NOx：燃料燃烧过浓时，在反应区附近会快速生成NOx，其形成时间只需要60ms，所生成量与炉膛压力0.5次方成正比，与温度关系不大，快速型NOx一般占总生成量的5%以下。,烟气中NOx的产生,N2,H,NOX,N2,N2O,NOX,杂环氮,氰（HCN、CN）,氰氧化物（OCN、HNCO),氨类（NH3、NH2、NH、N）,烃生成物中结合的氢,烃生成物（CH、CH2）,空气中的N2,燃料氮的转化,NO再燃烧,氧化性气氛,还原性气氛,氮氧化物的主要形态有NO、NO2，还有N2O、N2O3、N2O4、N2O5等，煤燃烧过程中生成的NOx中NO占90%，其余为NO2。大气中NOx浓度的增加将使大气污染的性质发生根本性变化，大气氧化性增加，导致一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的危害。 如：NOx能导致人体中毒，使中枢神经系统受损，引起痉挛和麻痹。NOx在空气中与雨水结合形成酸雨，酸雨腐蚀建构筑物及设备，使农作物和森林减产甚至损毁。NOx还会在阳光下发生光化学反应，NO2对低空臭氧的增加起到促进作用，从而引起光化学污染。伦敦、广州等地均出现过光化学污染。,NOx的危害,低氮燃烧技术； SNCR法烟气脱硝技术； SCR法烟气脱硝技术。,减少烟气中NOx的技术,低氮燃烧NOX控制技术也称NOX抑制技术，是通过一次燃烧控制措施（主要有炉内空气分级、燃料分级、烟气再循环以及配备低NOX燃烧器等技术）来抑制NOX生成。 抑制NOX生成最有效方法是降低燃烧火焰温度，降低N2浓度和O2浓度。即燃料燃烧时，控制高温区较低的O2 、N2浓度并设法使烟气在高温区滞留时间尽可能短。 采用低氮燃烧技术可抑制约30%至40%的NOX生成。 低氮燃烧技术成熟，一般在锅炉设计时就作重点考虑，因为使用该方法投资和运行费用均较低。,低氮燃烧技术,SNCR烟气脱硝被称为选择性非催化还原法，该技术是在锅炉炉膛尾部高温（8001100）区喷入氨或尿素，喷入的氨或尿素分解成氨与烟气中的NOX反应， 部分NOX被还原成N2和H2O ，该法对烟气中的NOX去除率通常低于50%。 该法的优点：装置简单，投资低。缺点：要实现理想的脱硝效率，喷氨必须过量，导致氨反应不完全，氨/硝比高（通常会在1:1.5左右），甚至更高。结果使得氨逃逸严重，不仅存在氨二次污染，而且大量氨逃逸易与烟气中的SO3结合，在空预器中生成硫酸氢铵而导致空预器发生堵塞。另外，该法对NOX去除率低，对新建电厂烟气NOX含量在200mg/Nm3以上不宜使用。对2003年前建的老电厂，烟气NOX含量在400mg/Nm3以上也不宜使用。,SNCR法烟气脱硝技术,喷入氨水、尿素溶液,800-1100,SCR法烟气脱硝又称选择性催化还原法，该技术是在锅炉尾部省煤器出口高灰区或电除尘器出口低灰区加装具有催化剂的反应器，利用氨气作脱硝剂，与烟气中的NOX反应生成N2和H2O。该法对烟气中的NOX去除率高，高时可达到93%以上，是目前主要的烟气脱硝方法。市场占有率高达80%。 该法优点是对烟气中的NOX去除率高，适用NOX含量高的烟气；氨利用率高，烟气中的氨逃逸低；对烟气中的其它污染因子（如汞）有协同脱除能力；生产操作易于控制和掌握。缺点是装置一次投资大，需要定期更换催化剂，运行费用高。,SCR法烟气脱硝技术,火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011要求；,技术选择,火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011,火电厂大气污染物排放标准GB13223-201,火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011,技术选择,主流技术：低氮燃烧+SCR,SCR脱硝工程所需要的条件 SCR脱硝工程的构成及工艺流程设计 SCR脱硝工程平面布置设计 设备选型及设计 辅助系统设计,二、SCR脱硝改造工程设计,SCR脱硝设计需要的条件1-煤质资料,要知道煤耗哦！,SCR脱硝设计需要的条件2-灰份分析资料,主要是：K、Na、Ca、As,SCR脱硝设计需要的条件3-烟气资料,SCR脱硝设计需要的条件4-其他,气象条件（极端最高气温、极端最低气温、大气压） SCR布置区烟道平、立面布置图 SCR布置区地面设备平、立面布置图 压缩空气及氮气的供应能力、接口及压力 蒸汽的供应能力、接口及压力 供电电源的电压等级及供电能力 锅炉控制系统配置水平及现有条件 废水排放条件,还原剂储存、制备、供应系统流程 催化反应系统流程 公用系统流程,SCR脱硝工程流程设计,一个脱硝工程主要包括：还原剂储存、制备、供应系统；催化反应系统、公用系统和辅助系统,氨制备工艺流程液氨,氨制备工艺流程液氨,氨制备工艺流程尿素,氨制备工艺流程尿素,尿素溶解制氨流程,催化反应流程,催化反应流程,脱硝工程布置SCR反应区,催化反应区布置图 催化反应区布置图 催化反应区布置图 反应区立面布置图 反应区立面布置图 液氨区布置图 尿素区布置图,对液氨区布置的特别说明,目前脱硝催化剂主要有如下形式：一是蜂窝式，二是板式、三是波纹板式。蜂窝式是以二氧化钛为基础加入五氧化二钒等活性物质的陶瓷催化剂，孔型为蜂窝式；板式催化剂是采用不锈钢板为载体，将二氧化钛、五氧化二钒等压制在不锈钢网格上再形成一个个褶皱，孔型为条形。波纹板式催化剂是以制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到催化剂活性液中浸泡。兼具板式制作工艺简单，蜂窝式单位体积表面积大、催化效率高的优点，但对飞灰含量高的工程不适用，因此，在此不重点介绍。 根据不同的飞灰状态，板式和蜂窝式催化剂的节距有所调整，对飞灰均能适应，两种催化剂模块的外形尺寸变化不大，板式催化剂的体积用量略大于蜂窝式，反应器内的平面尺寸基本相似，蜂窝式平面尺寸略大于板式，设计时，采用蜂窝式平面尺寸布置，因此，使用时，两种催化剂完全可以互换。,催化剂的选择设计说明,还原剂的选择、设计,反应器、烟道设计和流场模拟,对于一个脱硝工程来说，最终脱硝效果的好坏，除需要催化剂选择设计适当外，另一个重要因素就是反应器、烟道的设计。即要使进入反应器第一层催化剂层的烟气流速偏差、烟气流向偏差、烟气温度偏差、NH3/NOx摩尔比偏差越少越好。根据燃煤烟气脱硝技术装备GB/T215092008要求： 烟气流速偏差小于15%； 烟气流向偏差小于10； 烟气温度偏差小于15； NH3/NOx摩尔比偏差小于5%。,反应器、烟道设计和流场模拟,达到要求的手段：数值模拟。 如：湖南永清环保的数值模拟和物理模拟合起来的耦合技术，将烟道、氨喷射装置、脱硝反应器复合研究，使得脱硝反应器内流场分布的均匀性达到了国内领先与国际先进水平。并获得了国家发明专利和实用新型专利。,反应器、烟道设计和流场模拟,反应器、烟道设计和流场模拟,反应器、烟道设计和流场模拟,气氨均布主要设备喷氨格栅,气氨均布主要设备喷氨格栅,吹灰器的选择设计说明,吹灰器的选择设计说明,吹灰器的选择设计说明,电气系统设计 热工自动化系统设计 采暖通风系统设计,辅助系统设计说明,供电系统 脱硝装置低压厂用电电压等级应与厂内主体工程一致。 脱硝装置厂用电系统中性点接地方式应与厂内主体工程一致。 脱硝工作电源的引接：反应区工作电源宜并入单元机组马达控制中心（MCC）段，不单独设脱硝低压变压器及脱硝MCC，还原剂区宜单独设MCC，其电源引自厂区公用电源系统，采用双电源进线。,电气系统设计要点,直流系统 脱硝系统控制电源宜采用交流电源控制，当直流电源引接方便时，也可以考虑采用直流电源控制。 新建锅炉同期建设烟气脱硝装置时，脱硝装置直流负荷宜由机组直流系统供电。当脱硝装置布置离主厂房较远时，也可设置脱硝直流系统。 已建锅炉加装烟气脱硝装置时，由机组直流系统向脱硝装置直流负荷供电，当机组直流系统容量不能满足脱硝系统要求时，可装设独立直流系统向脱硝直流系统供电。,电气系统设计要点,交流保安电源和不停电电源（UPS） 脱硝装置一般不需要设交流保安母线段。 新建锅炉同期建设烟气脱硝装置时，脱硝装置交流不停电负荷宜由机组UPS系统供电。当脱硝装置布置离主厂房较远时，也可单独设置UPS。 已建锅炉加装烟气脱硝装置时，宜单独设置UPS向脱硝装置不停电负荷供电。 UPS宜采用静态逆变装置。,电气系统设计要点,热工检测系统 反应器入口烟气连续检测装置包含下列项目：NOX、O2、温度、压力、流量、湿度。 反应器出口烟气连续检测装置包括下列项目：NOX、O2、NH3。 催化剂层间压差检测。,热控系统设计要点,控制系统 脱硝系统与机组同期建设时，宜将脱硝反应区的控制纳入机组单元控制系统，不再单独设置脱硝控制室。 已建锅炉增设脱硝系统时，可两台炉合用一个脱硝控制室。如条件具备，宜将脱硝反应区的控制纳入已经建成的机组单元控制系统，以达到与机组统一监视或控制。 脱硝还原剂区宜单独设置控制室，采用与机组单元控制系统或辅控PLC相同的硬件设备或纳入机组单元控制系统或辅控PLC。重要的联锁或监视信号就通过硬接线或光缆通讯方式与脱硝反应区控制系统或机组单元控制系统进行交换。脱硝还原剂区的卸氨系统可设置就地控制盘，便于现场操作。,热控系统设计要点,工期安排 SCR反应器和催化剂的安装方法 空预器的改造安装 引风机改造安装,三、SCR脱硝改造工程施工组织,理想改造工期安排,SCR反应器和催化剂的安装方案,SCR反应器采用工厂制作，现场组装的方式。 SCR反应器采取分层组合，使用塔吊进行吊装（D1100-63），自下而上，逐层施工的方式进行安装。 SCR反应器底部支撑梁组装SCR出口烟道安装壁板及加固圈组装内部支撑梁（四层）安装顶板及顶部加固梁组装罐体接口段组装内部打磨清理内部装置安装最终封闭。,SCR反应器和催化剂的安装方案,催化剂的安装反应器外采用设置的电动葫芦吊装到各催化剂层平面。 在反应器内由临时安装的移动电动葫芦吊装到催化剂安装位置。,催化剂的吊装,催化剂的吊装,空预器的改造安装,引风机的改造安装,SCR脱硝改造后带来的空预器改造问题及改造方法 SCR脱硝改造后带来的引风机改造问题及方法 与锅炉钢架的配合,四、SCR脱硝改造工程问题及措施,空预器改造,在未加装烟气脱硝装置时，回转式空气预热器的传热元件高、中温段一般选用低碳钢；低温段的腐蚀性较强，一般选用搪瓷传热元件或考顿钢等低合金钢传热元件。由于空气预热器的绝大部分中温段和低温冷段处于产生硫酸氢氨堵塞的温度区间内，为了避免两段的连接间隙硫酸氢氨堵塞搭桥，宜将传统的低温冷段和中温段合并为一段。同时，为了有效清灰，该段内的传热元件应采用吹灰通透性好的波形（如NF）替代原来的DU等波形。这种波形的内部气流通道为局部封闭型，可以保证吹灰介质动量在元件层内不迅速衰减，从而提高吹灰的有效深度。NF波形的吹灰穿透性远远优于传统中间层用的DU波形，但换热性能（单位容积中受热面面积）不及原空气预热器用的DU等板型，因此要维持空气预热器排烟温度不上升，须视情况适当增加换热面积。,空预器改造,在未加装烟气脱硝装置时，回转式空气预热器的传热元件高、中温段一般选用低碳钢；低温段的腐蚀性较强，一般选用搪瓷传热元件或考顿钢等低合金钢传热元件。由于空气预热器的绝大部分中温段和低温冷段处于产生硫酸氢氨堵塞的温度区间内，为了避免两段的连接间隙硫酸氢氨堵塞搭桥，宜将传统的低温冷段和中温段合并为一段。同时，为了有效清灰，该段内的传热元件应采用吹灰通透性好的波形（如NF）替代原来的DU等波形。这种波形的内部气流通道为局部封闭型，可以保证吹灰介质动量在元件层内不迅速衰减，从而提高吹灰的有效深度。NF波形的吹灰穿透性远远优于传统中间层用的DU波形，但换热性能（单位容积中受热面面积）不及原空气预热器用的DU等板型，因此要维持空气预热器排烟温度不上升，须视情况适当增加换热面积。,空预器改造实例,某电厂2300MW燃煤发电机组，每台锅炉配备两台上海锅炉厂生产的三分仓空预器，空预器型号：29 VI（T）-1676(1778)M，换热元件分三层布置，热端914mm；中温段457mm；冷端305mm。空预器转子烟气侧和一次风侧，烟气侧和二次风侧均为双密封，一次风和二次风之间为双密封。 为配合锅炉脱硝系统，空预器脱硝改造采用如下方案。,换热元件改造,根据客户要求，原中温段457mm和冷端305mm换热元件利旧 (基于中温段457mm和冷端305mm换热元件换热性能良好，其清洗工作由买方负责)。为确保硫酸氢铵全部在冷端换热元件中沉积，且充分利用改造后的转子空间，冷端换热元件（采用豪顿HS8e波型）的高度选为900mm，改造后换热元件布置为： 高温段换热元件高度305mm，厚度为0.8mm，波形2.78DU(利旧) 中温段换热元件高度457mm，厚度为0.6mm，波形2.78DU(利旧) 低温段换热元件高度950mm，厚度为0.75+0.3mm，波形HS8e（镀搪瓷换热元件）,密封系统改造,SCR脱硝系统投运后，空气预热器热端差压增加约10001500Pa，漏风率也随之增大。为了降低漏风率，更换所有的密封片。 根据用户提供的有关设计参数，预先计算出扇形板和轴向密封板在冷态时的理想位置，使空气预热器在各种正常运行工况下，空气预热器转子与静态密封件不发生异常卡磨的前提下，各向密封间隙达到最小，从而保证