页岩油SCR脱硝方案

1、烟气脱硝工程技术方案 窑街煤电集团页岩油燃料有限公司窑街煤电集团页岩油燃料有限公司燃气发电机组 烟气脱硝工程技技术术方方案案兰州星晨环保科技有限公司2015 年 4 月 22 日烟气脱硝工程技术方案 目目 录录1 1、 总总则则 .1 11.1 项目总论 .11.2 基本设计条件 .11.3 设计指标 .11.4 设计原则 .21.5 技术规范和标准 .21.6 技术要求 .31.7 工程主要内容 .31.8 工程接口位置 .32 2、脱脱硝硝工工艺艺的的选选择择 .4 43 3、脱脱硝硝工工程程方方案案 .7 73.1 脱硝工艺系统 .73.2 脱硝装置总体布置 .133.3 电气系统 .1

2、33.4 控制系统 .143.5 土建工程 .153.6 消防系统 .154 4、运行费用分析、运行费用分析 .15154.1 运行成本分析 .155 5、SCRSCR 系统主要设备表系统主要设备表 .17176 6、质质量量保保证证及及服服务务承承诺诺.1818烟气脱硝工程技术方案11 1 总总则则1 1. .1 1 项项目目总总论论窑街煤电集团页岩油燃料有限公司 30 台燃气发电机组，设计的脱硝工艺为 SCR 脱硝。1 1. .2 2 基基本本设设计计条条件件本烟气脱硝工程技术参数如下：项项 目目单单位位型型号号或或参参数数类 型/燃气发电机组数 量台30入口总烟气量Nm3/h1500Nm

3、3/min90000Nm3/h入口烟气温度500烟气中 NOx 浓度mg/Nm31000发电机组年运行时间h80001 1. .3 3 设设计计指指标标序号序号参数参数单位单位参数指标参数指标1脱硝装置入口烟气量Nm3/h900002脱硝装置入口烟气温度300-4503处理前烟气中 NOx 浓度mg/Nm310004处理后烟气中 NOx 浓度mg/Nm3805设计脱硝效率%92%6脱硝装置负荷适应范围%50%-100%7NOx 削减量kg/h1108脱硝系统总阻力Pa12009反应器内烟气流速m/s510尿素消耗量kg/h165烟气脱硝工程技术方案21 1. .4 4 设设计计原原则则（1）脱

4、硝系统的设计脱硝率应满足 国家和当地政府 的排放标准；（2）采用的脱硝工艺应技术先进、成熟、可靠 ；（3）脱硝系统应对 燃气发电机组 的 NO排放浓度有较好的适应性；（4）脱硝系统应能持续稳定与 燃气发电机组 同步运行；（5）脱硝工程在工艺选择和设备布置中要充分考虑现场条件；（6）优先考虑 尿素（或采用液氨） 为还原剂，有可靠稳定来源（7）对脱硝系统的投资和运行的经济性进行 初步的分析。（8）脱硝系统采用 PLC 控制，留有与外界通讯的接口。1 1. .5 5 技技术术规规范范和和标标准准脱硝系统的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等遵循但不限于下列标准规范与技术要求：

5、火电厂大气污染物排放标准 （GB13223-2003）火电厂烟气脱硝技术规范选择性催化还原法 （HG562-2010）工业管道工程施工及验收规范 (GBJ235-82)工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范 （HGJ22991）室外给排水设计规范 （GBJB-86）机械设备安装工程施工及验收规范 (TJ231-78)压缩机风机泵安装工程施工及验收规范 (GB50275-98)钢结构设计规范 （GB17-88）钢结构、管道涂装技术规程 （HGJ20983）自动化仪表工程施工及验收规范 （GB500932002）电气装置安装工程电器设备交接试验规程 （GB5015091）烟气脱硝工程技术方案31

6、1. .6 6 技技术术要要求求（1）脱硝工艺采用 SCR 法，脱硝催化剂层数按 3 层设置，其中一层预留。（2）脱硝效率按不小于 92%设计。（3）脱硝系统暂按设置烟气旁路系统考虑。 （4）还原剂采用 固体尿素溶解成 纯液态尿素溶液 （或液氨）（5）脱硝设备年运行小时按 8000h 考虑。（6）脱硝装置可用率不小于 98%。（7）装置服务寿命为 30 年。1 1. .7 7 工工程程主主要要内内容容烟气脱硝工程建设按多炉配置一套脱硝装置方案进行，本工程主要包括以下几部分：尿素制备供应系统 ；氨气喷射系统；烟道系统；SCR 催化反应器；催化剂装卸系统；吹灰系统；电气、控制系统；保温、油漆；配套

7、土建设计。1 1. .8 8 工工程程接接口口位位置置尿尿素素储储存存和和尿尿素素 注注入入系系统统：入口：尿素储存罐、尿素溶解箱 。出口：喷射系统、喷氨格栅蒸蒸汽汽：烟气脱硝工程技术方案4SCR 装置：蒸汽吹灰系统。管 道：系统保温电电源源及及控控制制 ：脱硝装置可单独设电控室， 也可不单独设电控室，而 与主装置的共用。脱 硝装置不单独设变压器，由主装置将低压负荷接至脱硝装置的进线柜。低压负荷和配电、控制室考虑与主装置一起布置。烟烟气气在在线线装装置置：本脱硝装置 进出口配置 2 套烟气在线装置 ，检测进出口烟气数据。2 2 . . 脱脱硝硝工工艺艺的的选选择择2 2. .1 1. .1 1

8、 S SC CR R 烟烟气气脱脱硝硝技技术术近年来选择性催化还原烟气脱硝技术SCR 发展较快,在欧洲和日本得到了广泛的应用 ,目前催化还原烟气脱硝技术是应用最多的技术。1 1）S SC CR R 脱脱硝硝反反应应目前世界上流行的 SCR 工艺主要分为氨法 SCR 和尿素法 SCR两种。此两种 方法都是利用氨对 NOX的还原功能，在催化剂的作用下将 NOX(主要是 NO)还原为对大气没有多少影响的 N2和水。还原剂为 NH3，其不同点则是在尿素法 SCR 中，先利用分解设备将尿素转化为氨之后输送至 SCR 触媒反应器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留

9、时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR 的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：NH2CONH2+H2O2NH3+CO2在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气烟气脱硝工程技术方案5或烟气混合，最后通过分配格栅喷入SCR 反应器上游的烟气中。在 SCR 反应器内， NO 通过以下反应被还原：4NO+4NH3+O24N2+6H2O6NO+4NH35N2+6H2O 当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与 NO 还原量有一对一的关系。在燃气发电机组 的烟气中， NO2一般约占总的 NOX浓度的5

10、%，NO2参与的反应如下：2NO2+4NH3+O23N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O上面两个反应表明还原 NO2比还原 NO 需要更多的氨。在绝大多数 燃气发电机组 烟气中，NO2仅占 NOX总量的一小部分，因此 NO2的影响并不显著。SCR 系统 NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和 NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的 NOX脱除率，就必须增加反应器中 NH3/NOX摩尔比。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿

11、命。烟气脱硝工程技术方案62 2）S SC CR R 系系统统组组成成及及反反应应器器布布置置在选择催化还原工艺中， NOx 与 NH3在催化剂的作用下产生还原。催化剂安放在一个固定的反应器内，烟气穿过反应器平行流经催化剂表面。催化剂单元通常垂直布置，烟气自上向下流动。反应器布置在 燃气发电机组 出口，这时，温度为 400的烟气进入催化剂反应器， 烟气中的 SO2二氧化硫含量较少。反应器布置在无尘、无 SO2的“干净”烟气中，由于不存在飞灰对反应器的堵塞及腐蚀问题，也不存在催化剂的污染和中毒问题，因此可以采用高活性的催化剂，减少了反应器的体积并使反应器布置紧凑。当催化剂在 “干净”烟气中工作时

12、，其工作寿命可达35 年。SCR 反应器的基本布局方式，就现场设备而言，一般要遵循以下布置原则 ：a.在规划基本的现场布置方案时，建筑和设备的位置应该按照需要的功能来布置，并考虑进出方便、建造难易、操作、维护、和安全性。b.30 台燃气发电机组 可以合并成一个 SCR 反应器，根据现场空间和现有设备系统的条件来决定。c.为 SCR 反应器留有适当的空间，用来设置过道，便于催化剂模块的安装和操作。e.为催化剂模块的抬升预留足够的空间。f.通道应该尽可能连续，所有的主要通道能允许叉式升降机或铲车)通行，并考虑其转动半径。烟气脱硝工程技术方案73 3 脱脱硝硝工工程程方方案案3 3. .1 1 脱脱

13、硝硝工工艺艺系系统统3.1.13.1.1 尿素储存与尿素溶液制备系统尿素储存与尿素溶液制备系统（1）设计原则 作为还原剂的固体尿素，被溶解制备成浓度为32.5的尿素溶液，尿素溶液经尿素溶液输送泵输送喷入反应器，进行脱氮反应。固体尿素运送到现场后，进入尿素储存仓内进行储备。尿素储存仓的容积足够储存脱硝系统运行15天所需要的尿素的量。溶解池的设计容积按照脱硝系统运行所需要的尿素溶液的量进行设计。（2）主要的设备和构筑物 尿素储存仓：尿素如果贮存不当，容易吸湿结块。因此，尿素储仓要求干燥、通风良好、温度在20度以下，若购买的尿素为袋装式的，则储仓地面用木方垫起20cm左右，上部与仓顶要留有50cm以

14、上的空隙，以利于通风散湿，垛与垛之间要留出过道，以利于检查和通风。若为散装尿素，则储存仓应注意防潮，保持物料的流动性。秤重给料机：按照水和尿素的比例，秤重给料机向溶解池内输送所用尿素量，配置为32.5%浓度的尿素溶液供使用。配置的方式为定时配置。溶解池：采用不锈钢结构。所用溶解水为去离子水、去矿物质水、反渗透水或者冷凝水烟气脱硝工程技术方案8尿素溶液输送系统（1）设计原则尿素溶液输送泵采用离心泵。输送泵设有备用，对于输送供给系统，输送泵应采用2100%方案考虑。输送供给系统设置加热器，补偿尿素溶液输送途中热量损失的需要。为避免杂物对泵机及喷嘴的损坏，溶解池到输送泵入口设有滤网。（2）主要设备输

15、送泵2台。一用一备尿素车间烟气脱硝工程技术方案93.1.23.1.2 尿素溶液喷射系统尿素溶液喷射系统（1）设计原则尿素溶液喷射系统的设计应能适应燃气发电机组最低负荷工况和最大负荷工况之间的任何负荷持续安全运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。并应尽量考虑利用现有燃气发电机组平台进行安装和维修。 3 3. .1 1. .3 3 S SC CR R 反反应应器器及及附附属属系系统统（1 1）系系统统组组成成SCR 反应器和附属系统由 SCR 反应器、催化剂、吹灰系统和烟道等组成。（2 2）工工艺艺描描述述由氨/空气混合器来的稀释氨气通过 氨注入格栅的多个喷嘴，将氨喷入烟气中。注入格栅

16、后的烟气混合装置促进烟气和氨的混合，保证烟气中氨浓度的均匀分布。来自燃气发电机组 出口的烟气通过 SCR 反应器，SCR 反应器包含催化剂层，在催化剂作用下，NH3与 NOX反应从而脱除 NOX，催化剂促进氨和 NOX的反应。在 SCR 反应器最上面有整流 栅格，使流动烟气分布均匀。催化剂装在模块组件中，便于搬运、 安装和更换。SCR 反应器催化剂层间安装 蒸汽及声波吹灰器用来 吹除沉积在催 化剂上的灰尘和 SCR 反应副产物，以减少反应器压 力降。烟气脱硝工程技术方案10（3 3）主主要要设设备备选选型型S SC CR R 反反应应器器反应器的水平段安装有烟气导流、优化分布的装置以及氨的喷射

17、格栅，在反应器的竖直段装有催化剂床。反应器采用固定床平行通道型式。喷喷氨氨格格栅栅为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气的 NH3/NOx摩尔比的调整，所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨格栅。吹吹灰灰器器SCR 采用蒸汽及声波吹灰器，能够保持催化剂的连续清洁，清灰彻底，不留死角，实现最大限度、最好的利用催化剂对脱硝反应的催化活性，延长催化剂的寿命，降低SCR 的维护成本。每层催化剂设置 一套吹灰器。催催化化剂剂SCR 催化剂是 SCR 脱硝系统的核心，一般分为平板式、蜂窝式和波纹式三种，其中蜂窝式在我国使用最广泛。烟气脱硝工程技术方案11催化剂参数催化剂指标单位数据

18、及技术参数备注及说明型式蜂窝式型号DMZ-CAT-18L600机组配反应器数台1催化剂体积m331催化剂设计体积催化剂的设计总体积m331孔数AXB18x18节距（Pitch）mm8.2孔径mm7.1壁厚mm1.1外壁厚mm1.7开孔率mm0.726元件尺寸mm150 x150元件高度mm600元件有效脱硝面积m25.5215元件体积m30.0135催化剂比表面积m2409元件质量Kg7.425催化剂体积密度g/cm30.55模块内催化剂体积m30.972催化剂元件每个模块内的催化剂净重量Kg534.6催化剂层数层2+1反应器尺寸mm40004000催化剂尺寸及重量SCR 结构反应器横截面积m

19、216烟气脱硝工程技术方案12基材TiO2活性化学成分V2O5、WO3、TiO2催化剂中 TiO2含量%8090催化剂中 V2O5含量%0.65催化剂中 WO3含量%510催化剂中 MoO3含量%01催化剂初始活性 k0Nm/h36.92催化剂化学指标催化剂主要成分到寿命后的催化剂相对活性 KE /k00.693脱硝效率（脱硝效率 SOR%92氨逃逸率L/L3SO2/SO3转化率%0.93化学寿命h240003 年催化剂参数催化剂寿命机械寿命h48000烟气脱硝工程技术方案133 3. .2 2 脱脱硝硝装装置置总总体体布布置置可根据现场实际情况进行最 优布置。3 3. .3 3 电电气气系系

20、统统电气系统主要包括供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、防雷接地系统、电缆和电缆构筑物等。3 3. .3 3. .1 1 供供配配电电系系统统本方案中脱 硝系统供电电源采用三相五线制，电压380/220V。供电系统由进线柜、馈电柜、就地控制箱、照明箱、检修箱等组成；脱 硝电源由业主方将满足设计负荷的双路供电电源，引至脱 硝电源系统进线柜的总开关上。本系统电气设备控制包括手动机旁就地控制、操作员站远程控制。所有在线备用设备在运行设备出现故障后均能通过硬接线方式投运，不影响整个系统的正常工作。所有设备的联锁、联跳、保护跳闸均采用硬接线方式，确保设备安全。电气设备的运行状态在就地控制箱、操作

21、员站画面上有信号指示灯指示。3 3. .3 3. .2 2 电电气气控控制制与与保保护护脱硝装置电气系统纳入脱 硝 PLC 控制系统，不设常规控制屏。电气系统与脱硝 PLC 采用硬接线。3 3. .3 3. .3 3 照照明明及及检检修修系系统统照明采用交流正常照明系统。交流正常照明系统采用 380/220V，中性点直接接地系统。脱硝电气检修系统电源取脱 硝电气系统馈线柜。烟气脱硝工程技术方案143 3. .4 4 控控制制系系统统3 3. .4 4. .1 1 总总则则本工程脱硝控制设一套 PLC 加上位机控制系统，操作员站画面上可同时监视和控制脱 硝装置内设备的运行。脱 硝控制系统按照功能

22、和物理相结合的原则设计，脱 硝装置控制系统的功能包括数据采集系统（ DAS） 、模拟量控制系统（ MCS） 、顺序控制系统（SCS） 、事件顺序记录（ SOE）等，本方案中对脱 硝装置控制系统的功能描述仅为最基本的要求，具体实施时，将结合所提供的工艺系统设计并组态功能完善的脱 硝装置控制系统。其控制系统的技术要求为：整个脱硝系统采用一套 PLC 加上位机控制系统 ，并通过工程师或操作员站在控制室内对所有 脱硝系统设备进行控制和监测，通过系统配置的各项分析和测量仪表，自动按程序控制各设备的运行。系统可实现 远控、远方手动、就地操作，泵可实现就地启动/停止/急停操作。人机接口设计（ MMI）：设置

23、一台操作员站，一台工程师站。脱硝控制室将设在 燃气发电机组 集控室内。脱硝装置控制系统与操作员站计算机的监控范围包括：脱硝装置系统；脱硝装置电气系统（低压电源回路的监视和控制等） 。3 3. .4 4. .2 2 信信号号与与测测量量脱硝控制室不设常规音响及光字牌，所有开关状态信号、电气事故信号及预告信号均送入脱 硝 PLC 系统。脱硝控制室不设常规测量表计，采用 420mA 变送器（变送器装于相关开关柜）输出信号并送入脱 硝 PLC。脱硝区域测量和电能计量设计按 电测量及电能计量装置设计技术规程 配置。烟气脱硝工程技术方案153 3. .4 4. .3 3 烟烟气气在在线线监监测测系系统统本

24、工程设 2 套全组份烟气 在线仪，用来测量 出口烟气中的污染物浓度。3 3. .5 5 土土建建工工程程土建工程设计执行国家及电力行业最新实行或将要实行的相关规范、规程和规定。 我方提供土建工程设计、业主方负责土建施工。SCR 主体支撑结构采用钢结构， SCR 装置的钢支架应与已建成燃气发电机组 配合，根据 SCR 装置的荷重和检修、维护的要求设置相应的支撑、平台扶梯。3 3. .6 6 消消防防系系统统主厂的消防系统已建成，有正规的消防队编制，自备有消防车辆，因此本项目仅可在界区内依规定设置消火栓和专用灭火器材，并留有消防通道。4 4 运行费用分析运行费用分析4 4. .1 1 运运行行成成

25、本本分分析析物料衡算设计燃烧产生 NOx 值为 1000mg/Nm3，设计排放值按 80mg/Nm3计，出口最大烟气排放量为 90000Nm3/h。NOx/NH3取 1.5，固体尿素纯度按 85%计。在此区间内的停留时间设计为 0.5s 以上。计算按全部生成 NO 计。生成 NO 量：90000Nm3/h1000 mg/Nm3=90kg/h化学反应式：2NO+CO(NH2)2+1/2O2 2N2+CO2+2H2O烟气脱硝工程技术方案16每小时消耗 80%纯度固体尿素的量为：9068601.580%=191.2kg 每天每台消耗 191.2*24=4588.8kg电耗：脱硝系统内的主要设备为称重

26、给料机以及输送泵的用电。设计总的装机容量为 20kw。人员配置：3 人，1 人/班运行费用估算（以脱除 1kgNOx 所需要的资费表达）还原剂费用：固体尿素价格按 1500 元/吨，每小时消耗量为 1500 元/吨1000kg191.2kg =286.8 元电费：20kw1.2kw.h=24 元人工费：4000 元/人.月3024=5.6 元水费：0.71 吨2 元/吨=1.42 元每脱除 1kgNOx 的支出为：（286.8+24+5.6+1.42）191.2=1.66 元烟气脱硝工程技术方案175.SCR5.SCR 系统主要设备表系统主要设备表SCR 系统预算 单位：万元序号设备主要规格单

27、位数量单价合计1SCR 反应器400040007500套178.678.62催化剂蜂窝式m3312623尿素溶解罐25003000只219384雷达液位计SKD800只22.555喷射及控制系统定制，套152526双螺杆式空气压缩机6.2m3/minN=22KW套112.5257压缩空气罐C-6/8套16.26.28烟气分析 CEM 装置SCS-900C套232649氨逃逸分析 CEM装置SCS-900C套1353510DCS 控制系统套1818111温度传感器0500套12212压力传感器02.5Mpa套821613流量传感器030t套12214液位传感器010m套23615电动阀门DN10100，PN16项137.137.116不锈钢管道304批131.231.217电缆电力电缆/信号电缆批1353518手动阀门止回阀、截止阀球阀等批113.813.8烟气脱硝工程技