循环流化床锅炉脱硝技术方案(详)

循环流化床锅炉SNCR脱硝技术方案

一、SNCR工程设计方案

1、SNCR和SCR两种技术方案的选择

1.1.工艺描述

选择性非催化还原(SelectiveNon-CatalyticReduction,以下简写为SNCR)

技术是一种成熟的商业性NOx限制处理技术。SNCR方法主要在900〜1050℃下，

将含氮的化学剂喷入贫燃烟气中，将NO还原，生成氮气和水。而选择性催化还

原(SelectiveCatalyticReduction,SCR),由于运用了催化剂，因此可以在低得

多的温度下脱除NOx。两种方法都是利用氮剂对NOx还原的选择性，以有效的

避开还原氮剂与贫燃烟气中大量的氧气反应，因此称之为选择性还原方法。两种

方法的化学反应原理相同。

SNCR在试验室内的试验中可以达到90%以上的NOx脱除率。应用在大型

锅炉上，短期示范期间能达到75%的脱硝率，长期现场应用一般能达到30%〜

50%的NOx脱除率°SNCR技术的T业应用是在20世纪70年头中期日本的一

些燃油、燃气电厂起先的，在欧盟国家从80年头末一些燃煤电厂也起先SNCR

技术的工业应用，美国的SNCR技术应用是在90年头初起先的，目前世界上燃

煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。

两种烟气脱硝技术都可以采纳氨水、纯氨、或者尿素作为还原剂，工艺上的

不同主要体现在两个方面：其一，SCR须要布置昂贵的金属催化剂，SNCR不须

要催化剂；其二，SNCR存在所谓的反应温度窗口，一般文献介绍，其最佳反应

温度窗口为850~1100℃,但是当采纳氨做还原剂且和烟气在良好混合条件下，

并且保证肯定的停留时间，则在更低的760〜950C范围内也可以进行有效程度的

脱硝反应。采纳SCR技术的脱硝反应，由于催化剂的存在，则可以在尾部烟道

低温区域进行。

SNCR、SCR和SNCR-SCR三种技术性能比较见表2-1。

表2」选择性还原脱硝技术性能比较

项目SCRSNCRSCR-SNCR

还原剂NH3或尿素NH3或尿素N%或尿素

前段:250段20C,后

反应温度250~420℃850~1250℃

段：850-1250℃

后段加装少量TiCh，

催化剂TiCh，V2O5,WO3不运用催化剂

V2O5，WO3

大型机组为25〜40%,

脱硝效率70-90%小型机组协作LNB、40〜90%

OFA技术可达80%

多选择省煤器与SCR

反应剂喷射位置通常在炉膛内喷射综合SNCR和SCR

反应器间的烟道内

NH3逃逸小于3ppm5〜lOppm小于5ppm

SO2/SO3氧化较SCR

SO2/SO3氧化会导致SO2/SO3氧化不导致SO2/SO3氧化

低

催化剂中的V、Mn、

Fe等多种金属会对不会因催化剂导致

SO2/SO3氧化率较

SO2的氧化起催化作SO2/SO3的氧化，造

SCR低，造成堵塞或

对空气预热器影响用,SO2/SO3氧化率成堵塞或腐蚀的概率

腐蚀的概率较SCR

较高，N%与SO3低于SCR和混合

低

易形成NH4HSO4而SNCR-SCR

造成堵塞或腐蚀

催化剂用量较SCR

催化剂会造成较大的

系统压力损失没有压力损失少，产生的压力损失

压力损失

相对较小

高灰分会磨耗催化

燃料的影响无影响与SCR相同

剂，碱金属氧化物会

使催化剂钝化

受炉膛内烟气流速、

受省煤器出口烟气温

锅炉的影响温度分布及NOx分综合SNCR和SCR

度的影响

布影响

大（需增加大型催化

小（锅炉无需增加催较小（需增加小型催

占地空间剂反应器和供氨或尿

化剂反应器）化剂反应器）

素系统）

近年来由于环保须要，中国要求电厂锅炉除了运用低氮燃烧器（LNB）外，还

需进一步安装烟气脱硝装置，目前采纳的最佳成效工艺主要有SNCR、SCR和

SNCR/SCR混合法技术。参照国外整体能源的安排和利用比重以及电厂实际状

况来看，和我国较相像的是美国，但是国内的燃煤质量及灰重量仍旧是要特殊考

虑的因素。由于SNCR在小型机组上呈现出的优越性，所以在小型机组上首选

SNCR脱硝技术，且进行SNCR改造后，若需再进一步脱硝，具有很大的敏捷性,

如图2-1所示。

图2-1SNCR技术所具有的敏捷性

SNCR系统较简洁，可以依据机组运行状况敏捷处理，不受机组燃料和负

荷的变更而受影响。施工周期短，SNCR对其他系统的维护运行（如空气预热器

和集尘器），都不产生干扰及增加阻力。运用尿素作还原剂，不仅可以而且削减

SCR系统采纳“液氨”在运用和运输上的所带来的平安风险。而且，氨区的设计

占地远远大于尿素区的设计占地。特别适用于老厂的脱硝改造，若需进一步脱硝，

可加装一层SCR催化剂，形成混合SNCR-SCR技术，达到NOx减排要求。

由于国内脱硝技术仍属起步阶段，目前关于SNCR、SCR和SNCR-SCR混

合法运行资料不甚多，所以须要借鉴国外阅历来参考。图2-2所示为SNCR,SCR

和SNCR-SCR混合法工艺的的经济比较，表2-2美国NOx工艺选择的经济型分

析计算值。

表2-2美国NOx工艺选择的经济型分析计算值

%最经济平均美国总投资美

工艺%脱硝率美国总投资US$/KW

脱硝率区*元/KW

SNCR25〜4020〜351510〜20

SCR50〜8570〜808060〜140

Hybrid30〜70（2〜4倍）

55-9550〜70SNCR<Hybrid<SCR

SNCR-SCR（视脱硝率而定）

（注*:在此区域之外并不是不能达到，而是运行成本会不成比例的大幅度增加。工艺本身的

一些弱点会不成比洌的放大。包括负面影响锅炉的下游系统，让整体的能耗及经济效益减低

很多。）

从经济和性能综合分析：

>SCR脱硝装置的成本主要在装置的成本，运行成本主要在于还原剂和催化

剂的消耗和电耗。SNCR方案其运行费用仅为SCR工艺的15〜30%,是在

满足国家排放标准基础上最经济的方案。

>SCR潜在的产能问题最多又大。

>SCR-SNCR混合型是一个综合的方案，它的最大优点在于可以依据排放要

求，分期实施。并比SCR便宜。产能问题大幅削减。

由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分别器进口和出口的烟气温度位于SNCR

反应温度窗口内，且分别器中的烟气流场的状况正好有利于喷入的还原剂和烟气

的良好混合，故在循环流化床锅炉上宜采纳SNCR技术，可达到50%以上的脱

硝效率。

1.2.SNCR的优点

与其它脱硝技术相比，SNCR技术具有以下优点：

a）脱硝效果令人满足：SNCR技术应用在大型煤粉锅炉上，长期现场

应用一般能够达到30〜50%的NOx脱除率，循环流化床的的SNCR

技术可取得50%以上的脱硝效率。

b）还原剂多样易得：SNCR技术中脱除NOx的还原剂一般都是含氮的

物质，包括氨、尿素、氟尿酸和各种镂盐（醋酸钱、碳酸氢镂、氯

化钱、草酸镂、柠檬酸钱等）。但效果最好，实际应用最广泛的是氨

和尿素。

c）无二次污染：SNCR技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体

的污染物或副产物生成，无二次污染。

d）经济性好：由于SNCR的反应是靠锅炉内的高温驱动的，不须要昂

贵的催化剂系统，因此投资成本和运行成本较低。

e）系统简洁、施工时间短：SNCR技术最主要的系统就是还原剂的储

存系统和喷射系统，主要设备有储罐、泵、喷枪和必要的管路、测

控设备。由于设备简洁，SNCR技术的安装期短，仅需10天左右停

炉时间，小修期间即可完成炉膛施工。

0SNCR技术不须要对锅炉燃烧设备和受热面进行大的改动，也不须

要变更锅炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数也不会有显著

影响。

1.3.脱硝效果的主要影响因素

SNCR方法主要运用含氮的药剂在温度区域870〜1200。。喷入含NO的燃

烧产物中，发生还原反应，脱除NO,生成氮气和水，煤粉炉SNCR其概念见图

2-3,循环流化床锅炉SNCR其概念图见图2-4。由于在肯定温度范围，有氧气的

状况下，氮剂对NOx的还原，在全部其他的化学反应中占主导，表现出选择性,

因此称之为选择性非催化还原。SNCR在试验室内的试验中可以达到90%以上

的NO脱除率。SNCR应用在大型锅炉上，选择短期示范期间能达到75%的脱

硝效率，典型的长期现场应用能达到30%〜60%的NOx脱除率。在大型的锅炉

（大于300MW发电功率）上运行，通常由于混合的限制，脱硝率小于40%o

SNCR技术的工业应用是在20世纪70年头中期日本的一些燃油、燃气电厂起

先的，在欧盟国家从80年头末一些燃煤电厂也起先SNCR技术的工业应用。

875-1150^

喷化学氮剂

图2-3煤粉炉SNCR过程还原NOx的概念

FlueGas

800-900℃

图2-4循环流化床SNCR过程还原NOx的概念

SNCR相对SCR的初投资低，停工安装期短，原理简洁，硬件工艺成熟。

在SNCR技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：

a）温度范围；

b）合适的温度范围内可以停留的时间；

c）反应剂和烟气混合的程度；

d）未限制的NOx浓度水平；

e）喷入的反应剂与未限制的NOx的摩尔比一NSR；

0气氛（氧量、一氧化碳浓度）的影响；

g）氮剂类型和状态；

h）添加剂的作用；

1.3.1温度范围的选择

试验表明，SNCR还原NO的反应对于温度条件特别敏感，温度窗口的选择

是SNCR还原NO效率凹凸的关键，图2.5给出了NOx残留浓度与反应温度的关系

曲线。

温度窗口取决于烟气组成、烟气速度梯度、炉型结构等系统参数。文献中

报道的温度窗口差别很大，下限最低有427C,上限最高达1150℃,最佳温度差

别也很大。一般认为志向的温度范围为700C〜1000C,温度高，还原剂被氧化

成NOx,烟气中的NOx含量不削减反而增加；温度低，反应不充分，造成还原剂

流失，对下游设备产生不利的影响甚至造成新的污染。由于炉内的温度分布受到

负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变更而变动。依据锅炉

特性和运行阅历，最佳的温度窗口通常出现在折焰角旁边的屏式过、再热器处及

水平烟道的末级过、再热器所在的区域。

探讨发觉加入其他的有些添加剂可以使NH3/NO反应的温度窗口向低温方

向移动，如图2-6所示。目前报道的添加剂包括氢气，引入的氢气变成OH使得温

度窗口朝低温方向移动；过氧化氢；一氧化碳；碳氢化合物如甲烷、甲醇、乙醇、

苯酚；钠盐如NaOH、HCOONa>CH3coONa、NaNCh、Na^CO^o

氮

氮

氧

氧

化

化

物

物

残

还

留

原

浓

率

度

/pp11

图2-5NOx残留浓度与反应温度的关系曲线图2-6氨中CH4添加量对温度窗口的影响

1.3.2合适的停留时间

0O

9O

8O

氮

a7O

6O

化

5O

物

4O

还

3O

原

2O

率

1O

O

2OO

图2-7停留时间对SNCR脱硝率的影响

还原剂必需和NOx在合适的温度区域内有足够的停留时间，这样才能保证

烟气中的NOx还原率。还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除NOx的

效果越好。N%的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。尿素和氨水须

要0.3s-0.4s的停留时间以达到有效的脱除NOx的效果。图2-7说明白停留时间

对SNCR脱硝率的影响。

1.3.3还原剂

用于SNCR脱硝工艺中常运用的还原剂有尿素、液氨和氨水。若还原剂运用

液氨，则优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气

有毒、可燃、可爆，储存的平安防护要求高，须要经相关消防平安部门审批才能

大量储存、运用；另外，输送管道也需特殊处理；须要协作能量很高的输送气才

能取得肯定的穿透效果，一般应用在尺寸较小的锅炉和焚烧炉。若还原剂运用氨

水，氨水有恶臭，挥发性和腐蚀性强，有肯定的操作平安要求，但储存、处理比

液氨简洁；由丁,含有大量的稀释水，储存、输送系统比氨系统要困难；喷射刚性,

穿透实力比氨气喷射好，但挥发性仍旧比尿素溶液大，应用在墙式喷射器的时候

仍旧难以深化到大型炉膛的深部，因此一般应用在中小型锅炉上，但在CFB锅炉

上多运用氨水作为还原剂；若还原剂运用尿素，尿素不易燃烧和爆炸，无色无味,

运输、储存、运用比较简洁平安；挥发性比氨水小，在炉膛中的穿透性好；效果

相对较好，脱硝效率高，适合于大型锅炉设备的SNCR脱硝工艺。

从图2-8可以看出不同温度下尿素和氨对NOx还原率的影响，温度区间位于

730c〜950℃之间时，选用氨作还原剂的脱硝效率要高于选用尿素的脱硝率。当

反应区域温度在950℃以上时，尿素的脱硝效率则可以保持在氨脱硝系统之上。

所以在CFB锅炉的SNCR系统，假如不是出于平安考虑，一般采纳氨系统。但是

在煤粉炉高温炉膛喷射，选择尿素更为有利。液氨是易燃易爆有毒的化学危急品，

氨水挥发性强且输运不便；氨水的处理较液氨简洁，因此在CFB锅炉的SNCR技

术中多选择疑水作为还原剂。

100

(

兴

A)

UO

。Q

two

ou

on

pn

Be

・

NO

图2-8不同温度下尿素和氨对NOx还原率的影响

1.3.4适当的NH4NO摩尔比NSR

依据化学反应方程，NH3/NOX摩尔比应当为1,但事实上都要比1大才能达到

较志向的NOx还原率，已有的运行阅历显示，NHVNO摩尔比一般限制在1.0〜2.0

之间，超过2.5对NOx还原率已无大的影响（见图2.9）,NH3/NO摩尔比过大，虽

然有利于NOx还原率增大，但氨逃逸加大又会造成新的问题，同时还增加了运行

费用。但是如何更有效地限制NH3的泄漏，仍旧有待于更进一步的探讨。随着氨

水喷入量的增加，氨水与烟气的混合状况有所好转，因此在高NH3/NO摩尔比值

状况下取得了好的效果。在实际应用中考虑到NH3的泄漏问题，应选尽可能小的

NH3/NO摩尔比值，同时为了保证NO还原率，要求必需实行措施强化氨水与烟气

的混合过程。

50

45

氮40

35

氧30

化25

20

屿

物

还

10

原

率

5

005115225

NH3/NO摩尔比NSR

图2-9NH3/NO摩尔比NSR对NOx还原率的影响

1.3.5还原剂和烟气的充分混合

还原剂和烟气的充分混合是保证充分反应的又一个技术关键，是保证在适当

的NH3/NO摩尔比是得到较高的NOx还原率的基本条件之一。大量探讨表明，烟

气与还原剂快速而良好混合对于改善NOx的还原率是很必要的。

1.3.6气氛的影响

合适的氧量也是保证N%与NO还原反应正常进行的制约因素。随着氧量的

增加NO还原率不断下降。这是因为存在大量的02使NH3与02的接触机会增多，

从而促进了NH3氧化反应的进行。烟气中的02在数量级上远大于NO,在还原反

应中微量的氧可大大满足反应的需求，因此从氧量对于NO还原率的影响来看，

氧量越小越有利丁NO的还原，见图2-10。

氮

氧

化

物

还

原

率

0.00.91.0I.S2.02.9S03.340*54。9-9«.0

氧气浓度

图2-10NOx还原率随烟气中的氧气浓度变更

为了提高SNCR对NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必需在设计阶段重

点考虑以下几个关键的工艺参数：燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、

过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。

1.4.SNCR系统设计

1.4.1设计依据

我方设计依据至少遵循下列文件和标准，但不限于此：

1）本项目招标文件

2）《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000

3）《电力工程制图标准》DL5028-93

4）《继电爱护和平安自动装置技术规程》DL400-91

5）《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL/T5153-2002

6）《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》DL/T5136-2001

7）《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》SDJ26-89

8）《火力发电厂和变电所照明设计技术规定》DLGJ56-95

9）《3~U0KV高压配电装置设计规范》GB50060-92

10）《沟通电气装置的过电压爱持和绝缘协作》DL/T620-1997

11）《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137-2001

12）《电力工程电缆设计规范》GB50217-94

13）《火力发电厂厂内通信设计技术规定》DL/T5041-95

14）《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

15）《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》DL/T5044-95

16）《低压配电设计规范》GB50054-95

17）《沟通电气装置的接地》DL/T621-1997

18）《过程枪测和限制流程图用图形符号和文字符号》GB2625-81

19）《火力发电厂电子计算机监视系统技术规定》NDGJ91-89

20）《火力发电厂锅炉炉膛平安监控系统设计技术规定》DLGJI16-93

21）《分散限制系统设计若干技术问题规定》1993年3月能源部电力规划

设计管理局

22）《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GB93-96

23）《火力发电厂锅炉炉膛平安监控系统在线验收测试规程》DL/T

655-1998

24）《火力发电厂模拟量限制系统在线验收测试规程》DL/T657-1998

25）《火力发电厂依次限制系统在线验收测试规程》DL/T658-1998

26）《火力发电厂分散限制系统在线验收测试规程》DL/T659-1998

27）《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法（征求看法稿）》

1.4.2SNCR系统主要设计依据

220t/h单汽包、自然循环、汽冷后段有水平式过热器及省煤器、平衡通风系统的循环流

化床锅炉，主要参数见表2-3。

表2-3某300t/h自然循环流化床锅炉的主要设计参数（BMCR）

名称数据

额定蒸发量3OOt/h

过热蒸汽温度540+5℃

过热蒸汽压力9.8MPa（表压）

省煤器入口给水温度215℃

空预器出口平均燃气温度140℃（依设计煤种定）

通风系统平衡通风

蒸汽温度限制范围60-100%BMCR

该炉设计用烟煤，其煤质特性见下表2-4。

表2-4燃煤分析

序号名称符号单位设计校核

1碳Car%62.4260.42

2氢Har%3.083.38

3氧Oar%3.422.42

4氮Nar%1.202.30

5硫Sar%0.990.90

6灰分Aar%24.1227.12

7水分Mar%4.785.80

9发热量Qnet,ar,pkJ/kg2323022330

10挥发份Vdaf%12.8511.85

11灰变形温度DT℃14501400

12灰软化温度ST℃15001450

13灰熔融温度FT15001500

1.4.3总体工艺

1）总体工艺介绍

SNCR系统主要包括氨水储存系统、吹扫风系统、氨水缓冲系统和喷射系统

四部分。氨水储存系统供应溶液储存的功能，然后依据锅炉运行状况和NOx排

放状况加入稀释水配置成所需的浓度，送入喷射系统。喷射系统实现各喷射层的

氨水溶液安排、雾化喷射和计量。还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，

调整便利、敏捷、牢靠；氨水储存区与其他设备、厂房等要有肯定的平安防火距

离，并在适当位置设置室外防火栓，设有防雷、防静电接地装置；氨水喷射系统

应配有良好的限制系统，其主要系统流程图见图2-8o

图2-8喷射氨水的SNCR系统流程图

2）喷枪位置布置

由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分别器进口和出口的烟气温度位于SNCR

反应温度窗口内，且分别器中的烟气流场的状况正好有利于喷入的还原剂和烟气

的良好混合，布置3组共6根氨水喷枪，2根布置于旋风筒入口烟道上，单侧墙

上下布置，2根布置在旋风筒出口管内，按原设计开孔插入，另2根为低负荷下

投用，在流化床炉膛内较分别器入口烟道的标高以下设计，其示意图如图2.9所

示。考虑炉膛内负压和颗粒浓度，其中位于炉膛和旋风分别器入口处的喷枪不加

气动推动装置，采纳高温耐热钢和陶瓷防磨套管爱护，分别器出口处位置的喷枪

装设气动推动装置，不投用时或压缩空气压力低时退出。

⑭Fl.45200

48.49

S

⑫FL.37150

FL女000

⑩FL.30750

iflHmoiiiihEssii

△=132mm⑨FL.26250

®FL.23500

图2-9循环流化床SNCR喷枪位置布置示意图

3)BRL工况下消耗还原剂氨水量的计算

按BRL工况下NOx炉膛出口浓度为370mg/Nm3,经SNCR脱硝后的排放

浓度为222mg/Nm3计算，烟气量为280000Nm3/h,按氨氮摩尔比为1.25为设计

值，经计算，BRL工况下单台锅炉每小时所需20%浓度的氨水量设计为0.23t/h。

氨水浓度在15〜25%之类波动，若依据氨水浓度20%,且锅炉负荷为40%BRL工

况下，若将20%浓度的氨水配置成10%浓度的氨水溶液需加入稀释水量为

0.23t/ho喷枪具有1.5〜2倍的流量调整实力。

1.4.4系统介绍和主要设备

1)氨水储存系统

采纳氨水系统时，可选择的氨水浓度在19〜30%之间。通常氨水选择三种浓

度的一•种，即19%,25%,29%o在美国标准限制的体系内，采纳浓度不同的氨

水，适用的布置和平安标准也有肯定的差异。相同的锅炉工况下，采纳的氨水浓

度不同，氨罐的容积以及注射泵，管线，阀门等的参数都会有差异。通常氨水浓

度应当由工程公司和业主协商，依据业主选购状况来具体确定。

氨水喷射系统须要一个可以远程限制的卸载管线，将罐车运来的氨水卸载到

存储罐内，存储罐的容积一般要比纯氨系统大很多，但是考虑到制造、运输方面

的限制，通常要限制在lOOn?以内。考虑工程所在地的气象因素，也就是因为台

风、飓风、暴风雨、暴雪等灾难天气可能造成的厂外氨水供应中断的时间，再确

定存储罐的合理尺寸。当一个罐子的极限尺寸也不能满足合理的储量要求时，可

以采纳两个或多个罐子的布置形式。当然，综合考虑制作运输成本，也可能在单

罐容量足够运用状况下，采纳2个以上的小罐子布置，但是通常不举荐这样的设

计。一般状况下，氨罐存储量要保证锅炉满负荷脱硝运行7〜14天的量，特殊状

况下可以取不少于5天的量。

2）氨水缓冲系统

当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变更时，送入炉膛的氨水量也应随之变

更，这将导致送入喷射器的流量发生变更。若喷射器的流量变更太大，将会影响

到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。因此，设计了氨水缓冲罐，用来保

证在运行工况变更时喷嘴中流体流量基本不变。

特定浓度的氨水溶液从储罐输出后，进入缓冲罐并加入稀释水，通过监测稀

释水流量和负水溶液流量来调整最终的氨水浓度以满足锅炉不同负荷的要求。稀

释水的输送通过稀释水泵来实现。

稀释水泵设有2台，一'用一1备。流量余量大于10%,压头大于20%o

4）背压限制

背压限制回路用于调整到各台炉的氨水溶液和稀释水的稳定流量和压力，以

保证脱硝效果。因此，每台炉氨水溶液管路和稀释水管路均有背压限制回路，背

压限制通过气动流量调整阀来实现。

5）喷射计量和安排装置

喷射区计量安排模块是一级模块，每个模块由若干个流量测量设备和气动阀

门设备组成。用于精确计量和独立限制到佣炉每个喷射区的反应剂流量和浓度。

该模块连接并响应来自机组的限制信号，自动调整反应剂流量，对NOx水平、

锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变更做出响应，打开或关闭喷射区或限制其质量流

量。

7）喷射系统

在线配制稀释好的氨水溶液将送到各层喷射层，各喷射层设有总阀门限制本

喷射层是否投运，投运的喷射层则由电动/气动推动装置驱动推动。各喷射层设

有流量调整阀门和流量计量设备。喷枪喷射所需的雾化介质采纳压缩空气。

每个喷射层的雾化压缩空气总管设有压力调整、压力测量、流量测量，再通

往各个喷射器。

每只喷射器都配有电动/气动推动器，实现自动推动和推出SNCR喷射器的

动作。推动器的位置信号接到SNCR限制系统上，与开/停压缩空气和开/停氨水

溶液的阀门动作联动，实现整个SNCR系统的喷射器自动运行。电动/气动推动

器配置就地限制柜，可以干脆就地操作限制推动器进行检修和维护，同时实现

SNCR自控系统的远方程控操作，并显示设备实际工作状态信号。个就地限制

柜可以限制多个推动器，每层设有一个或者多个限制柜，用以分别限制该喷射层

的推动器。在正常运行时，每个喷射层每面炉墙上的全部喷射器同进同退。

8）压缩空气站

1.5.主要设备

151SNCR系统主要的设备

1）氨水储罐的设计

氨水罐的作用是存储反应剂，要求容量足够，运行平安。氨水罐介质入口为

罐车卸载管线，出口为氨水泵的吸入管线。为了保证氨水罐内有足量的氨水，并

且压力适当，氨水罐须要配置液位计、真空阀、平安阀等附属设施。

图2-10为某项目SNCR系统的氨水罐简图。

图2-10氨罐总图

氨罐底部有6个管座，分别接放水管、泵回流管、泵吸水管、氨水卸载管、

卸氨平衡管、备用管线。罐顶部设置一个人孔门，罐内设置直达罐底的斜爬梯，

便利维护人员进入罐体内部检修。罐顶部也有六个管座，分别用于连接压力表、

压力变送器、压力释放阀、真空阀、液位计、放空阀。罐体封头管座用于连接玻

璃液位计、热电偶。

氨罐平安阀，通常为弹簧式自启式平安阀，至少2只。一只真空平安阀，防

止氨水卸载过程中发生罐体内负压过高状况的发生。一只是正压平安阀，当罐子

内压达到设计压力值时，自动开启释放氨气，当内压渐渐降低到回座压力时关闭。

氨罐顶部设置的液位计，可选用雷达液位计，安装在氨水罐的顶部，通过放

射的波束从液面发生反射来确定液面的位置。

氨罐的材质方面并无特殊的要求，一般碳钢即可。

为了便于维护、巡察和操作，氨水罐外须要配置检修操作平台，设置相应的

楼梯、爬梯走道等。

2）氨水泵的选型

SNCR系统氨水泵的特点是小流量和高压头，因此选型有肯定的难度。可

以选立式或卧式，都应当实行户外设计的防护等级要求。北美市场通常要求依据

NEMA标准设计，防护等级为ClassV,相当于IP65防护。泵通过DCS限制启

停，也配置现场的电源按钮，用于水泵现场修理后的试运转。

喷射氨水的SNCR系统，氨泵常用的选择有两种，一种是离心泵，一种是

隔膜泵。对于本项目拟采纳离心泵。

3）氨水喷枪

氨水喷枪的好坏，干脆确定了氨水雾化的效果。好的雾化对氨和烟气快速匀

称地混合是至关重要的。

运用机械或空气雾化喷枪，使氨水在进入炉膛前得到良好的雾化，加强氨水

与烟气混合的匀称性，可以加快氨水和NOx之间反应的速度，提高脱硝率。

不同的雾化方式各有优缺点，机械雾化方式不须要雾化空气管线，运行中也

不消耗雾化空气，所以系统相对简洁，运行费用低。空气雾化方式，可以很好地

防止喷嘴的堵塞，在很低的负荷下，能保证较好的雾化效果，喷枪价格相对较低。

喷枪的关键部件是喷嘴，不同型式的喷嘴会产生不同形态的氨水雾。平面扇

形喷雾液滴则可以保持在同一水平面上,平面充溢度好。因此在合适反应温度下,

运用平面扇形喷嘴喷氨水的脱硝效果比实心圆锥喷嘴的效果要好。另外，平面扇

形喷雾的液滴集中在与烟气流向垂直的平面上，有利于液滴穿透到烟气流更深的

地方，促进氨水液滴与烟气的混合、反应。

氨喷枪是投喷射系统中的关键设备，氨喷嘴尺寸的确定，要考虑喷入的氨气

流有足够的穿透实力。选择合适的出口初速度是射流穿透力的保证。实际的工程

中，可以给出几组不同工况下的限制阀出口压力和流量，限制阀厂商可以依据流

体特性参数和工况数据，计算出限制阀在不同负荷下的压降数据，限制阀选型要

尽可能满足这些数据要求。最大流量工况下的数据被用于管路的尺寸设计。喷枪

安装方式的典型方式是将喷枪通过插入预装在固体分别器上的套管就位，喷枪头

通常位于分别器耐火涂料的内边缘，喷枪固定法兰和套管端部法兰配对连接。

采纳氨水的系统，标准喷枪运用空气雾化的方式。在大容量循环流化床锅炉

上，氨喷嘴数量较多，所以会将喷嘴分成儿组，通常3〜4个喷嘴一组，每组喷嘴

共用一套氨水安排管路和限制阀，这样可以削减管线和限制阀的数量，节约工程

费用，也使系统限制简洁化。

4台锅炉共用一个氨水罐和注射泵模块，见图2-12。其中氨罐区包括氨水的

卸载管线和氨水存储罐以及氨水罐的各种附属设施。假如氨或尿素的储存罐，泵,

管线等设备布置在靠近车道的区域，设备区必需设置栅栏，锅炉房内的管线和设

备，须要在设计阶段进行防碰撞检查。在全厂总体设计时候，要考虑尽量避开在

氨或尿素喷射设备四周运输大件物品和设备。氨水通过罐车运输，罐车利用车载

泵向氨罐卸载氨水。

图2-12喷氨系统流程图

注射泵模块由两个泵并联组成，两个泵可供应三台锅炉100%负荷所需的氨

水供应量，两台氨水泵互为备用。泵入=1通过吸入管线和氨水罐连接，出口通过

三通连接通往分别器的氨水供应管线和回流管线。回流管和吸入管在泵和氨水罐

之间建立一个回路，氨水注射管线在三通下游设置一个气动开关球阀限制氨水向

锅炉的供应和切断。运行时，氨水泵为定负荷运行，通过设定氨水回流的量来确

定喷氨量。

整个氨水供应系统运行时，压力的平衡点在总管的三通处，回流管流量变更

通过回流管线上的调压阀调整。氨水供应总管分为并联的三个支线，分别送往三

台锅炉。

每台锅炉都设有一个流量计量模块，包括一个布置在开关阀和流量调整阀之

间的流量计构成。计量模块管线上设置现场压力表和压力开关，压力开关的压力

信号送往DCS系统，作为每台锅炉喷氨量的反馈信号。装设在烟囱的NOx测量

信号送到DCS系统，经过肯定的算法，通过DCS向调整阀发送指令信号。

氨水在计量管线的调整阀之后分成两路，分别送往两个分别器。每个分别器

均设置了8支氨水喷枪，每个分别器有一个氨水流量安排模块，在分别器前的氨

水流量安排模块中，每支喷枪前都设置了差压流量计，用于监视每支喷枪的了氨

水流量。通过差压流量计后的阀门开度调整，而实现每支喷枪之间流量的匀称安

排。

氨水喷枪炉外设置两路接口，一路为氨水，一路接雾化空气。雾化空气在喷

枪前的压力通过空气总管的调压阀实现，以满足最佳的雾化效果。

主要设备排列如下：

1）氨水溶液储罐：2个，用丁・储存20%浓度的氨水溶液；满足4台炉BRL

工况下3天用量。

2）氨水溶液缓冲罐：2个，配置不同浓度的氨水溶液，满足负荷变更喷氨

的须要；

2）输送氨水离心泵：2台，一备一用，用于将储罐的氨水溶液送至炉前喷

射系统；

3）稀释水泵：2台，一备一用，由于氨水缓冲罐中加入稀释水；

4）背压限制阀：4套，背压限制回路用于氨水溶液输送泵、稀释水泵为计量

装置供应氨水所需的稳定流量和压力；

5）短喷枪：每台锅炉8套。采纳转为脱硝系统设计和生产的气力雾化喷射

器，它包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩四部分。喷枪本体上的氨水溶液

进口和雾化气体进口为螺纹连接，通过两根金属软管分别与氨水溶液管路、压缩

空气管路连接。喷射器见图2-13。

图2-13SNCR喷射氨水短喷枪示意图

6）氨水站自动限制：1套。采纳DCS限制系统，主要限制氨水的溶解、配

置和输送。

7）氨水喷射限制：每台锅炉1套。用于限制每台锅炉的还原剂的用量，喷

射器的投运数量，以及与喷射器配套的压缩空气的流量、压力等。

8）流量调整阀：若干。用于调整氨水溶液的用量等。

9）传感器：若干。用于系统压力、温度、流量的监测和传输。

10）螺杆压缩机：3台，二用一备。用于制备压缩空气来供应喷枪雾化用。

1.5.2管道及阀门材料

本工程中的工艺物料，依据物性及工艺要求，氨水溶液管道选用管材主要为

不锈钢304无缝钢管,氨水溶液管道阀门及相关辅材为不锈钢304材质。工艺水、

压缩空气选用一般锅炉用碳钢管，压缩空气管道阀门及相关辅材选用一般锅炉用

钢。

1.5.3电气和限制

1）限制系统总体要求

SNCR公用系统部分采纳独立的DCS限制系统，能实现炉内喷射还原剂及

SNCR供用系统配料的自动限制，并保证脱硝系统能跟随锅炉运行负荷变更而变

更。使锅炉脱硝系统长期、牢靠的平安运行。

为了保证系统的牢靠性和提高性价二匕，每台锅炉的SNCR喷射系统纳入锅炉

DCS限制系统中，因此每台锅炉的SNCR喷射系统采纳一个远程I/O站，DCS

系统CPU仍采纳原有DCS的CPU,工作站及系统软件也采纳原有设备。

氨水站采纳一套DCS限制系统分别对氨水溶液的储存系统进行集中监视和

限制。在协助系统限制室内以彩色CRT/键盘作为主要的监视和限制手段，同时

预留与DCS限制系统的通讯接口，便利在中心限制室进行监视和操作。

在正常工作时，每隔一个时间段记录燃烧系统及SNCR运行工况数据，包括

热工实时运行参数、设备运行状况等。当故障发生时系统将刚好记录故障信息。

现场操作员终端可存储大量信息，自动生成工作报表及故障记录，存储的信息可

通过查询键查询.

2）方案特点

我们对锅炉脱硝系统自动限制工程设计将遵循以下技术目标和原则：

＞标准化。本工程设计及其实施将依据国家、地方的有关标准进行。我们

所选用的系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式。

＞先进性。工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。考虑到电子信息

技术的快速发展，本设计在技术上将适度超前，所采纳的设备，产品和

软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。

＞好用性。本工程设计将以用户需求分析着手，并以得到用户认可的需求

为目标来开展工作，保证满足目前及将来的各种须要。

＞合理性和经济性。在保证先进性的同时，以提高工作效率，节约人力和

各种资源为目标进行工程设计，充分考虑系统的好用和效益，争取获得

最大的投资回报率。

＞平安性和牢靠性。平安和牢靠是对动力能源的基本要求，是本集成管理

系统工程设计所追求的主要目标。

＞模块化和可扩充性。集成管理系统的总体结构将是结构化和模块化的，

具有很好的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个

系统中，又可使系统能在日后得以便利地扩充，并扩展另外厂商的设备

产品。

＞便利性和舒适性。我们供应的热水DCS在运用和操作上将是特别便利和

舒适的，将为DCS的拥有者、管理者及其客户供应最有效的信息服务,

供应高效、舒适、便利和平安的工作环境。

＞敏捷性。系统供应管理人员和用户敏捷移动和变更设备的可能。

3）组网设计

网络结构分为操作层、10层、限制层、仪表层。

＞仪表传感器层：设有各类传感器、变送器、执行器、电磁阀、电动阀等

组成，用于数据采集和执行限制层的指令，变送器供应4-20MADC信号,

其他传感器按行业规约供应信号。

＞限制层：限制层采纳现场总线；由分布I/O装置C基座（装有组装的I/O

板卡）互联组成，分别对各自系统I/O点进行监控、信号调理、整定、

变换等，并有肯定逻辑分析、数值运算实力。

＞IO层:由限制器本体组成，主要通过自适应专家系统实现锅炉的燃烧限

制。锅炉燃料调整，送风量调整，烟道氧量修正，等锅炉常规限制。

4）限制系统的一般描述

系统中面对用户的是操作员站层的工程师站和操作站，对系统的监控管理可

以在这些工程师站上进行组态。企业信息管理层网络中客户机（设在限制中心）

的数量由WEB服务器授权，DCS系统中不同类型、层次的用户经过授权都可

建立自己的操作站。它们和各应用子系统交换数据，将系统输入输出的数据转换

成网络操作站能选址，识别和利用的统一格式；并按肯定的时间间隔刷新数据库

服务器中的数据；同时它是响应各操作站业务恳求，实现业务应用中点对点通讯

的服务管理装置机电设备运行和检测数据的汇合与积累

DCS集成系统与操作员站相连，通过系统供应接口汇合各种设备的运行和检

测参数，并对各类数据进行积累与总计。各种泵、风机、锅炉运行时间、炉排电

机运行时间和配电柜电流、电压等参数进行积累与总计，以便更好地进行管理。

＞机电设备运行状态监视

监视机电设备、锅炉组、各种泵、开/关状态，运行正常/非正常状态等数据,

通过接口以实时方式与DCS系统连接，DCS系统通过监视工程师站可以进行设

备运行状态的集中监视和履历数据的查询。

＞报警显示

当系统设备如锅炉组、各种泵出现故障或意外状况时，集成系统将利用其报

警功能在监视工程师站上显示相应的报警信息并提示相应的处理方法，供修理人

员参考运用。

网络平台以其独特的包涵性，将DCS连接到集成系统中，让各种信息跨系

统共享并在整个网络上分布。这种多服务器结构和对等通讯的分布式网络环境，

能够供应极其强大的应用服务功能，具有足够的实时性、开放性、可扩性和敏捷

性。而且网络系统软，硬件本身符合当今前瞻的国际工业标准。

已胜利实施SNCR的广州梅山热电厂3台锅炉限制界面见图2-14,图2-15o

图2-14尿素站限制界面图

20/03/10

220t锅炉B层啧射操作

图2-15喷射系统限制界面图

5）限制系统功能说明

①、数据采集系统（DAS）

数据采集系统（DAS）将连续采集和处理全部与机组有关的重要测点信号及

设备状态信号，以便刚好向操作人员供应有关的运行信息，实现机组平安经济运

行。一旦机组发生任何异样工况，将刚好报警，提高机组的可利用率。

DAS将至少有下列功能：

>显示：包括工艺流程显示、工艺状态显示、电气设备运行状态显示等。

可成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等。

>制表记录：包括定期记录、事故依次（SOE）记录、事故追忆记录、跳

闸一览记录、设备连续及累积运行记录等。

>历史数据存储和检索。

（a）显示

每个CRT将能综合显示字符和图象信息，机组运行人员通过CRT实现对机

组运行过程的操作和监视。

每幅画面将能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，这些数据和状态

将每秒更新一次，显示的颜色或图形将随过程状态的变更而变更。棒状图和趋

势图将能显示在随意一个画面的任何一个部位上，将可显示DCS系统内全部的

过程点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变

量和计算值。对显示的每一个过程点，将显示其标记号、文字说明、数值、

性质、工程单位、凹凸限值。

将供应对机组运行工况的画面开窗显示、滚动画面显示和图象缩放显示，以

便操作人员能全面监视，快速识别和正确进行操作。将设计机组和设备运行时的

操作指导，并由CRT的图象和文字显示出来。操作指导将划分为三个部分，即

为启动方式，正常方式和跳闸方式。卖方将依据用户供应的P&ID和运行要求，

供应用户画面（通常指机组模拟图）。用户画面的数量，在工程设计阶段按实际

要求进行增减，满足现场实际工艺流程要求。

运行人员可通过键盘，画面中的任何被控装置进行手动限制。画面上的设

备正处于自动程控状态时，模拟图上将反映出运行设备的最新状态及自动依次目

前进行至哪一步,若自动依次失败，则将有报警并显示故障出现在依次的哪一

步。

买方可在工程师站上，运用该站的画面生成程序。自己制作和修改画面。卖

方将供应符合ISA过程设备和仪表符合标准的图素。当用户需运用的图素，未

包括在ISA标准符号中时，用户将可运用卖方供应的图素组态器，建立用户自

定义的新图素。用户自定义的新图例将能被存储和检索和调用。

＞功能组显示：

功能组显示可视察某一指定功能组的全部相关信息，可采纳棒状图形式，或

采纳模拟M/A（功能块）面板的画面，面板上将有带工程单位的全部相关参

数，并用数字量显示出来。功能组显示能将数以百计的常规仪表压缩为一

幅幅画面，便于操作人员从熟识的仪表盘面板操作方式，过渡到以CRT为基础

的过程接口方式，功能组显示将包含过程输入变量、报警条件、输出值、设

定值、回路标号、缩写的文字标题、限制方式、报警值等。DCS系统供应的功

能组显示画面将包括全部调整限制回路和程序限制回路。

＞细微环节显示：

细微环节显示将可视察以某一回路为基础的全部信息，细微环节显示画面所

包含的每一个回路的有关信息，将足够具体，以便运行人员能据以进行正确的操

作。对于调整回路，将至少显示出设定值、过程变量、输出值、以及它们在同

一坐标下的趋势曲线显示、运行方式、高/低限值、报警状态、工程单位、回路

组态数据等调整参数。对于开关量限制的回路，可显示出回路组态数据和设备状

态。对于重要的机电联锁信号发生将自动弹出画面，画面与综合自动化协调一样。

对主辅机设备的操作启动采纳软关联和硬关联相结合的方式。

＞标准画面显示

DCS系统将供应报警显示、趋势显示、成组显示、棒状图显示等标准画面显

示，并已预先做好或按本工程的具体要求稍作修改。

＞成组参数显示

在技术上相关联的模拟量和数字量信号，将组合成成组显示画面，并保存在

存储器内，便于运行人员调用。

成组显示将能便于运行人员按须要进行组合，并且依据须要存入存储器或从

存储器中删除。

任何一点在越过报警限值时，均将变为红色并闪光。

＞棒状图显示

运行人员可以调阅动态，棒状图画面即以动态棒状图的外形尺寸反映各种过

程变量的变更。

棒状图将可在任何一幅画面中进行组态或显示，每一棒状图的标尺可设置成

任何比例。

若某一棒状图，其数值越过报警限值时，越限部分将用红色显示出来。

＞趋势显示

系统将供应至少10()点历史数据的趋势和至少10()点实时数据的趋势显示。

趋势显示可用整幅画面显示，也可在任何其它画面的某一部位，用随意尺寸显示。

全部模拟量信号及计算值，均可设置为趋势显示。

在同一幅CRT显示画面上，在同一时间轴上，采纳不同的显示颜色，将能

同时显示16个模拟量数值的趋势。

在一幅趋势显示画面中，运行人员可重新设置趋势变量、趋势显示数目、时

间标度、时间基准及趋势显示的颜色。