1、油气锅炉低温SCR脱硝方案石化烯烃装置锅炉烟气处理低温SCR脱硝项目技术方案中石化宁波设计院 2015年6月10日1、项目概况3台油气锅炉烟气脱硝装置，根据目前脱硝技术的发展现状及我公司成熟的技术、设计和实际工程经验，针对本项目的具体情况，采用低温SCR脱硝工艺，SCR反应器布置在空气预热器之前。考虑到厂内具体情况、还原剂的储运方便、安全，拟采用20%左右的氨水为还原剂。本方案为初步技术方案，供业主参考。2、烟气基本参数脱硝进口烟气参数单台（共2台）烟气量Nm/h200000240000入口温度180180二氧化硫mg/Nm5050氧含量%氮氧化物mg/Nm5050烟尘浓度mg/Nm小于30小
2、于303、烟气排放标准及设计要求排放标准执行最新超低排放；二氧化硫 50mg/Nm3；氮氧化物 50mg/Nm3；粉尘 30mg/Nm3；（1） 本项目采用低温SCR工艺，脱硝工艺要适用于工程己确定的烟气条件，并考虑烟气变化的可能性；（2） 使用20%氨水作为脱硝还原剂；（3） 烟气脱硝装置的控制系统可进入主机控制系统，也使用PLC系统单独控制；（4） 烟气脱硝效率88%；（5） NH3逃逸量控制在5ppm以下；（6） 脱硝装置可用率不小于98%，服务寿命为20年；（7） 采用成熟的SCR工艺技术，设备运行可靠；（8） 根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资；（9） 脱硝工艺脱硝还原剂、
3、水和能源等消耗少，尽量减少运行费用；（10） 烟气脱硝不能影响原系统出力及正常运行，同时，脱硝系统应具备单独运行、单独检修的要求。4、烟气处理流程5、SCR脱硝工艺SCR工艺系统主要包括烟道系统、SCR反应器、氨喷射系统、氨储存制备供应系统、声波吹灰系统等，下面将分别进行描述。5.1 SCR脱硝系统5.1.1 SCR脱硝原理SCR的全称为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reducation)。催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NOx(NO、NO2)，将NOx转化非污染元素分子氮(N2)，NOx与氨气的反应如下：4NO +
4、4NH3 + O2 4N2 + 6H2O 6NO2+8NH37N2+12H2OSCR系统包括催化剂反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。SCR工艺的核心装置是催化剂和反应器，有卧式和立式两种布置方式，一般采用立式较多。5.1.2反应器本体SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。SCR脱硝效率与以下因素有关： 催化剂质量； 反应温度； 停留时间； 氨氮比； 氨气与烟气混合均匀程序； 烟气在SCR反应器内分布均匀程度。为达到较高的脱硝效率，设计每个功能段时必须考虑以上因素，每个环节均优化设计。在本项目中，设计进入SCR系统的烟气温度为180。5.1.3喷氨
5、格栅或氨水专用喷枪喷氨段内安装有喷氨格栅，喷氨格栅上安装有喷氨专用喷嘴，喷氨格栅不仅能将氨气均匀喷入烟气中，而且还有良好的初步混合效果。只有喷氨格栅喷出的氨气均匀，后面的混合器的混合效果才能好。5.1.4氨气/空气混合器为使氨气与烟气混合均匀，在喷氨格栅后安装有混合器，混合器采用多层纵向折流板形式，通过折流板的扰流，使烟气与氨气充分混合均匀。混合器依据CFD数值模拟计算结果进行设计，保证氨气混合效果。5.1.5整流器混合好氨气的烟气在反应器内的分布均匀程序不仅影响脱硝效率，也影响到氨的逃逸浓度。烟气流速高区域烟气停留时间短，脱硝效率低、部分氨气无法反应而逃逸，虽然烟气流速低区域脱硝效率高，但在
6、烟气分布不均匀时，则总体脱硝效率则低、氨易逃逸。立式SCR反应器上方烟气流向需要转90角度，均流器前烟道不仅短，而且也有多个影响气流的局部构件。安装均流器空间小，为使进入催化剂层的烟气分布均匀，均流器采用导流板加均流格栅板形式，导流板和格栅板依据CFD数值模拟计算结果进行设计。保证进入催化剂层的烟气流速均匀程度8888化学寿命期内SO2氧化率%11化学寿命期内NH3逃逸率ppm55允许运行温度内化学寿命h2400024000设计运行温度180180偏差范围催化剂允许最大温升速度/min55催化剂允许最大温降速度/min55SCR入口要求烟气速度偏差%1010SCR入口要求烟气温度偏差55SCR
7、入口要求烟气氨氮混合偏差%1010反应器及模块设计参数反应器数量个11每反应器初装催化剂层数层22每反应器备用催化剂层数层11催化剂用量m346.6658.32反应器尺寸mmmmmm590061009000750062009000还原剂用量每小时20%氨水用量kg/h1802105天20%氨水体积m323.6285.1.7催化剂再生系统由于烟气中含有一定量的SO2。由于采用低温催化剂的脱硝温度较低，仅为180左右，因此脱硝过程中会有生成硫酸氢铵的风险，硫酸氢铵覆盖在催化剂表面，会导致催化剂的失活。目前催化剂的设计中已考虑到抑制SO2转化为SO3的催化活性，能防止生成硫酸氢铵的生成。且尾气中的S
8、O2含量较低为50mg/Nm3，但是硫酸氢氨是一个富集的过程，因此需要考虑生成硫酸氢铵的问题。因此根据低温脱硝的特点，增加设计催化剂活性恢复系统。催化剂活性恢复采用加热分解硫酸氢铵的方式。采用一台热风炉，加热空气至350-400，送入到脱硝反应器中。从脱硝反应器出来后，热空气的余热用来加热进入热风炉的新风，达到节能的作用，最后，加热气体通过烟囱排入大气。在催化剂活性恢复过程中，首先关闭脱硝反应器入口挡板门和出口挡板门，锅炉烟气从旁路进入到烟囱排放。此时，开启脱硝反应器入口处的活性恢复热空气阀门和出口处的热空气排放阀门。正式启动加热风机，风机风量设计为20000Nm3/h，从风机出来的风首先经过
9、气气换热器，升温至约200，然后进入热风炉，热风炉燃料采用天然气，经天然气燃烧加热，使热风温度上升至350，进入到脱硝反应器中。脱硝反应器中的催化剂经热空气加热，逐渐温度也上升至350，附着在催化剂表面的硫酸氢铵逐渐分解，分解后的H2SO4、NH3跟随热空气排出脱硝反应器，进入气气换热器，加热新的空气，温度降至约100，然后再接入脱硝反应器后的烟道，从烟囱排入大气。根据目前实验室数据，催化剂活性恢复工艺时间先设置为12小时，即每次启动运行12小时，停止恢复活性操作。此后重新开始正常的脱硝流程。暂定1年用一次，恢复时间可根据现场实际运行情况经检测后进行调整。5.1.8还原剂溶液储存和输送系统氨水
10、储存区采用室外布置。氨水的供应由槽车运送，利用卸氨泵将氨水由槽车输入氨水储罐内，然后由氨水输送泵将其输送至氨水蒸发器内蒸发为氨气，经氨气缓冲罐送达脱硝系统。氨气系统安全阀等处排放的废氨气则排入氨气稀释罐中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理中心。氨水存储制备系统包括卸氨泵、氨水储罐、氨水蒸发器、氨水输送泵、氨气缓冲罐及氨气稀释罐、废水泵、废水池等。5.1.8.1 卸氨泵卸氨泵采用卧式单级离心泵，利用它将氨水由槽车泵入氨水储罐内。本方案设2台卸氨泵，其中1台作为备用。5.1.8.2 氨水储罐氨水储罐为圆柱形立式常压储罐。160t/h的锅炉各设置1只23.6m3的氨水溶液罐，220
11、 t/h的锅炉设置1只28m3的氨水溶液罐，满足5天的系统用量要求。氨水储罐由304制作。储罐基础采用现浇钢筋砼基础，天然地基。罐的厚度及强度设计考虑现场其他情况变量包括地震带，风载荷和温度变化等。储槽罐装有温度计、压力表、液位计、高液位报警仪和相应的变送器将信号送到脱硝控制系统，当储罐内温度或压力高时报警。储罐有防太阳辐射措施，四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储罐罐体温度过高时自动淋水装置启动，对罐体自动喷淋减温。5.1.8.3 氨水蒸发器氨水蒸发所需要的热量采用蒸汽加热来提供热量。蒸发器上装有压力控制阀将氨气压力控制在一定范围，当出口压力达到过高时（0.3MPa），则切断氨水进料。在氨气
12、出口管线上装有温度检测器，当温度过低时切断氨水，使氨气至缓冲罐维持适当温度及压力，蒸发器也装有安全阀，可防止设备压力异常过高。氨水蒸发器按照在BMCR工况下120容量设计，本方案每台锅炉配一台氨水蒸发器。5.1.8.4 氨气缓冲罐从蒸发器蒸发的氨气流进氨气缓冲罐，再通过氨气输送管线送到锅炉侧的氨气/空气混合器。氨气缓冲槽能满足为SCR系统供应稳定的氨气，避免受蒸发器操作不稳定所影响。缓冲罐上也设置有安全阀保护设备。本方案设置1个氨气缓冲槽。5.1.8.5 氨气稀释罐氨气稀释罐用于吸收各氨设备通过安全阀排放的氨气。氨气稀释罐为一定容积水罐，水罐的液位由满溢流管线维持，稀释罐设计连结由罐顶淋水和罐
13、侧进水。制氨系统各排放处所排出的氨气由管线汇集后从吸收槽底部进入，通过分散管将氨气分散进入稀释罐水中，利用大量的水来吸收安全阀排放的氨气。由于氨气危害很大，需要对排放的氨气进行吸收稀释处理。本方案设1个氨气稀释槽。5.1.8.6 氨气泄漏检测器氨水储存制备及供应系统周边设有多个氨气检测器，以检测氨气的泄漏，并显示大气中氨的浓度。当检测器测得大气中氨浓度过高时，在机组控制室会发出警报，操作人员可采取必要的措施，以防止氨气泄漏的异常情况发生。5.1.7.7 排放系统氨水储存制备及供应系统的氨排放管路为一个封闭系统，由氨气稀释罐吸收成废氨水后排放至废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理中心。5.1.8
14、.8 氮气吹扫系统为保证氨气储存及供应系统的严密性，防止氨气的泄漏和氨气与空气的混合造成爆炸。本系统的氨水蒸发器、氨气缓冲罐等都备有氮气吹扫管线。在进料之前通过氮气吹扫管线对以上设备分别要进行严格的系统严密性检查和氮气吹扫，防止氨气泄漏和与系统中残余的空气混合造成危险。5.1.8.9 氨水储存制备和供应控制系统氨水储存制备和供应控制由（DCS）实现。所有设备的启停、顺控、连锁保护等都可以从（DCS）实现，设备及有关阀门启停开关还可通过MCC盘柜硬手操实现。对氨水储存和供应系统故障信号实现控制室报警光字牌显示。此系统所有的监测数据都可以在CRT上监视，系统连续采集和处理反映氨水储存和供应系统运行
15、工况的重要测点信号，如储罐、蒸发器、缓冲罐的温度、压力、液位显示、报警和控制，氨气检测器的检测和报警等。5.2 烟风系统SCR布置在除尘器后，由烟道、挡板门系统组成SCR烟风系统。5.2.1烟道在空预器前引出的烟气与SCR反应器入口和旁路烟道连接，入口前装有入口挡板门，旁路烟道装有旁路挡板门；SCR反应器出口烟气再接入后续烟道并从烟囱排出，出口装有出口挡板门，然后再与旁路烟道汇合，进入排放烟道。关闭旁通挡板门、打开出入口烟道挡板门烟气就进入SCR反应器脱硝。当启炉、运行故障、烘烤催化剂等不适宜SCR投运时，打开旁通烟道挡板门、关闭SCR反应出入口挡板门。烟气就直接从旁通烟道通过，从而保护催化剂
16、。5.2.2挡板门系统挡板门系统由上述三个挡板门及密封风机、加热器等组成。为提高挡板门的密封效果挡板门采用双层百叶阀结构。5.2.3吹灰系统为了防止烟气的飞灰在催化剂上沉积，堵塞催化剂孔道，在每层催化剂上安装1套声波吹灰器。5.3保温材料与油漆脱硝装置中设备、管道的保温、油漆和防腐设计。所有的管道和箱罐等的外表面都要涂刷防腐底漆和面漆。室外布置的设备、管道、阀门均考虑保温防冻，如设计保温等。室内布置的设备、管道、阀门考虑涂刷面漆。室外氨气输送管道考虑电拌热。保温与油漆设计将遵循“火力发电厂保温油漆设计规程” (DL/T5072 -1997)。对运行温度低于最大酸露点温度的设备，将采取防止凝结的
17、保温5.4 钢体构架钢体构架包括：SCR系统的支承钢体构架钢平台及扶梯。为了利于进行维护和维修，在所有需要的地方都设置平台。每一个平台都能够承受维护和维修时所施加的载荷。平台由型钢和镀锌钢网组成。所有平台还安装100mm的踢脚板和扶手。5.5流体模拟试验方案流体摸拟试验的目的是合理布置烟道、导流板、静态混合器、整流格栅和催化剂等，以便验证在SCR反应器中第一层催化剂前的流场、温度场和氨氮比的分布和氨喷射格栅之前流速分布满足催化剂要求，同时，还可确定灰尘散落在脱硝装置的可能区域。流体摸拟研究包括配有飞灰整流器和催化剂床的反应器。如有必要，也要包括烟道里反应器上游或锅炉出口的所有内部件。同时也包括
18、反应器入口烟道的氨喷射格栅（AIG）以估算对压损和流量分布的影响。模拟的负荷从50100BMCR。流体摸拟前的，我们先利用CFD 计算软件通过采用数学模型求解Navier-Stooks 方程来模拟流体动力状况。6、电气部分 电气系统应与锅炉运行同步考虑。以下为低温SCR系统单独设立电气系统时的设计方案。脱硝中系统电气系统不设高压段，电气部分分为低压供配电系统，UPS系统，照明及检修系统，防雷接地系统，并包括岛内电气设备的控制，测量及保护，电缆敷设，电缆构筑物，电气设备布置等工作。6.1电源6.1.1 交流电源本脱硝系统供电由买方将3380V，50Hz电源（三相四线）送系统总配电柜进线柜。配电和
19、自动控制系统有防潮防漏电和可靠的接地措施，各类电气设备均设电路短路和过载保护装置，以确保用设备安全运行。本工程所需的3380V，50Hz供电电源由买方PC室引来，用电负荷等级为三级。低压供电系统采用TN -S系统供电。由低压配电屏向各电动机配电，配电线路采用电力电缆电缆沟或玻璃钢电缆桥架敷设。风机电机采用变频启动，其余采用直接启动。6.1.2 事故保安电源甲方每条线设有专用事故保安电源系统，确保在整个脱硝装置失电后的安全停机和设备安全。脱硝系统的保安负荷（如有）接入全厂事故保安电源系统。6.1.3直流电源甲方提供110V直流电源供脱硝系统使用。6.1.4 UPS电源系统（仅DCS系统有）甲方每
20、条线脱硝系统设有UPS，脱硝系统的UPS负荷则接入脱硫除尘UPS或锅炉UPS。6.2 电缆选型及铺设6.2.1电缆选型低压动力电缆选用聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套铜芯阻燃电缆，其最小截面为2.5mm2，额定电压为0.6/1kV；控制电缆选用聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯阻燃电缆或屏蔽阻燃电缆。6.2.2电缆设施脱硝系统内的电缆构筑物在0m以下以电缆沟为主， 0m以上以架空电缆桥架为主。电缆桥架全部采用热镀锌桥架，电缆桥架的支吊架采用经防腐和热浸镀锌处理的钢质材料。电缆保护管一般采用镀锌水煤气管。6.2.3电缆防火阻燃措施电缆防火阻燃设施将按照(GB 5021794)及(GB 5022996)的要
21、求，在电缆竖井、墙洞及盘柜的底部开孔处采用防火堵料封堵；在电缆沟内设置必要阻火墙，并在电缆密集处加装耐火隔板。6.3照明照明电源引自MCC室的照明柜，室内照明采用就地开关控制，室外照明采用照明箱集中控制方式。各照明箱均设进、出线空气开关，每个出线回路所接灯具数不超过 5套，插座接单独回路。照明干线采用VV-1000型，室外照明支线采用VV-1000型铜芯线穿塑料管敷设，室内照明支线采用BV型导线穿塑料管暗敷或穿塑料线槽明敷。设置在室外的照明系统采用金属卤素灯为光源的室外照明灯具，一律接地，并设漏电保护装置。在防爆区域内的照明灯具选用防爆灯具，电气线路按照防爆要求敷设。照明电源分别由操作室内总配
22、电柜，引至各照明配电箱。室内照明采用日光灯或白炽灯。6.4防雷接地根据建筑物防雷设计规范（GB50057-2010），本工程按三类防雷建筑物设防。混凝土屋面的接闪器采用10热镀锌圆钢做为避雷带，金属屋面板的采用厚度大于0.5mm的金属屋面板做为接闪器，顶部有金属栏杆的构筑物，利用金属栏杆做为接闪器。引下线利用建筑物柱子主筋或金属罐体本体，接地装置利用建筑物基础钢筋或人工接地装置。接地电阻要求不大于4欧。建筑物、构筑物、塔、罐、金属容器、管线等的防雷、防静电接地，电气设备的保护接地与配电间的工作、保护、防雷接地，要求连成一个等电位接地网络。新建项目现场内在任何一处接地点测量，其接地电阻值不大于4
23、。7、 热控部分SCR脱硝系统设计方案如下：7.1总则本工程脱硝系统采用独立控制系统控制用DCS控制；系统配置一个工程师站与两个操作员站；DCS系统、工程师站放置到脱硫除尘控制室内。 脱硝装置在每条线反应器进、出口烟道上设置 NOx/O2/SO2/烟尘/流量测点，并在反应器出口烟道设置NH3逃逸取样分析仪，信号全部进入脱硝DCS中进行监控用于系统的控制。 控制系统能实现还原剂供给系统配料的自动控制，并保证脱硝系统能跟随锅炉运行负荷变化而变化。使锅炉脱硝系统长期、可靠的安全运行。 在正常工作时，每隔一个时间段记录SCR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及时记录
24、故障信息。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。7.2 控制方案脱硝SCR 区和氨区控制系统分别独立设计，采用操作员站LCD 显示器和鼠标(键盘) 作为脱硝装置主要监控手段，运行人员通过LCD 和鼠标( 键盘) 可以完成脱硝装置的监视、调整、设备启停等控制操作。 （1） 采用DCS模块进行控制。主要功能包括：数据采集处理、模拟量控制、顺序控制。 （2） 脱硝控制系统能够以机组为单位独立运行，由机组脱硝控制系统操作员站操作界面监控机组脱硝运行状态。从操作员站上能够通过通讯方式完全监视整个脱硝系统所有的信号。 （3） 脱硝系统有完善的保护系统，以确保在危
25、险工况下自动安全停机或人工进行停机，重要设备设就地事故按钮。（4） 低压电气设备进入脱硝控制系统控制。7.3 检测仪表7.3.1 温度测量集中显示和控制的测温元件采用热电偶或pt100热电阻，耐磨型，选用耐高温不锈钢保护套管，保护套管的外径尺寸和插入深度符合相关行业标准，测温元件接线盒选用防水型。7.3.2 压力/压差变送器集中压力测量仪表选用智能式变送器。变送器是二线制的，输出420mA信号，所有压力/差压变送器均配LCD 显示表头。 就地压力表一般采用不锈钢压力表。表盘直径为150mm，精度不低于1.5级。压力表设置在容易观察的位置，压力表考虑防尘、防腐、耐震。压力取样阀门材质选用不锈钢3
26、04 。7.3.3 流量测量流量仪表选用电磁流量计、涡街流量计，带有420mADC 两线制信号输出。流量计根据介质特性、安装场合设计，对氨水介质流量测量采用电磁流量计（220VAC电源）；蒸汽、空气流量测量采用涡街流量计。7.3.4 液位测量本脱硝工程氨水储罐的液位选用磁翻板液位计，并提供远传信号。7.3.5 执行机构本工程阀门控制机构采用气动执行器、电磁阀或电动执行器。7.3.6 仪表控制电缆及电缆敷设所有仪表和控制电缆均采用阻燃型电缆。所有进DCS的电缆采用阻燃型聚氯乙烯绝缘屏蔽电缆，最小导体截面为1.0mm2。热电偶采用延长型补偿电缆。且能满足有关国际、国家规范和标准。8、系统平面布置暂
27、无。9、土建SCR系统土建设施主要有： 公用系统设备间：布置有氨水存储区。 SCR反应塔支撑结构 设备基础10、脱硝系统设计参数 序号名称单位160t/h2220t/h1 烟气量Nm3/h2000002400002 未脱硝时烟气中NOx浓度mg/Nm34104103 设计脱硝率%88884 脱硝后NOx浓度mg/Nm350505 设计脱硝温度1801806 氨逃逸浓度ppm557 系统可用率%989811、脱硝主要设备一览表11.1 160t/h锅炉设备清单序号设备名称设备规格单位数量备注一氨水存贮系统1卸氨泵离心式，流量12m3/h，扬程15m，5kw，材质304台22氨水贮存罐有效容积23.6m3，304不锈钢台15天的用量3氨水供应泵计量泵，出口压力1.0MPa，3kw，材质304台21用1备4氨水蒸发器台15缓冲罐和稀释罐套16废水泵立式自吸泵，流量30m3/h，扬程44m，7.5kw，材质304台27安装附件套1二SCR反应器1SCR反应器本体及支架5.9x6.1x9m，材质Q345B，设计压力3000Pa，保温厚度100mm，烟气阻力1000Pa台12反应器进出口烟道、支架及附件Q345B套13催化剂46.66m3，蜂窝式，层数/层高2+1/900，设计温度180m346.664喷氨格栅及喷嘴
