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脫硝設備 

發(fā)布時(shí)間:2021/09/06
脫硝設備

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SNCR法集成脫硝泵站

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SNCR法集成脫硝泵站內部結構

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SNCR法集成脫硝泵站使用現場(chǎng)

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SNCR法尿素溶液脫硝噴槍

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  一、脫硝背景及意義

  硝泛指含氮氧化物,主要有N2O、NO、NO2、N2O3等,多以NO、NO2形式存在,簡(jiǎn)稱(chēng)為NOx。NOx主要來(lái)源于生產(chǎn)、生活中所用的煤、石油等燃料燃燒的產(chǎn)物。NOx的危害主要有以下方面:

 ?。?)嚴重影響人類(lèi)身體健康,NO能與血液中血紅蛋白發(fā)生反應,降低血紅蛋白的輸氧能力,嚴重時(shí)可引起組織缺氧,損害中樞神經(jīng)組織;

 ?。?)形成光化學(xué)煙霧,NOx與碳氫化合物在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生有毒的煙霧,稱(chēng)之為光化學(xué)煙霧;

 ?。?)是形成酸雨的重要組成成分,我國酸雨主要分為硫酸,其次是硝酸,硝酸主要來(lái)源就是空氣中的氮氧化合物;

 ?。?)容易演變成PM10和PM2.5,對人體產(chǎn)生危害,據研究近來(lái)受民眾關(guān)注的PM2.5,其中10%為氮氧化物氧化為硝酸根所致;

 ?。?)造成臭氧層耗損。

  煤炭資源在我國一次能源構成中占據主要地位,約占目前已探明礦物質(zhì)能源資源的90%。從中國歷年能源消費總量及構成上看,我國以煤為主的能源生產(chǎn)和消費結構在今后相當長(cháng)的時(shí)間內都不會(huì )有根本性的變化。因此,煤燃燒產(chǎn)生的污染物排放是我國大氣污染的一個(gè)重要組成部分。隨著(zhù)國家對環(huán)保要求的不斷嚴格,我國煤炭使用行業(yè)迎來(lái)了史上最嚴格的環(huán)保標準。因此,NOx的控制和減排已經(jīng)是煤炭行業(yè)的必然選擇。

  二、SNCR脫硝工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

  2.1  SNCR脫硝原理

  選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù),是煙氣NOx的末端處理技術(shù),是把含有氨基的還原劑(尿素或氨水)在不使用催化劑的前提下均勻噴入鍋爐溫度范圍為850~1050℃的區域,選擇性的把煙氣中的NOx還原為N2和H2O,以達到減排NOx的目的。

  采用氨水作為還原劑的主要化學(xué)反應為:

  4 NO+4 NH3+O2→4 N2+6 H2O

  4 NH3+2 NO2+O2→3 N2+H2O

  采用尿素作為還原劑的主要化學(xué)反應為:

  2 CO(NH2)2+4 NO+O2→3 N2+2 CO2+4 H2O

  6 CO(NH2)2+8 NO2+O2→10 N2+6 CO2+12 H2O

  本項目采用尿素做為還原劑。

  2.2  SNCR脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

  1. 投資成本低,不使用催化劑,運行成本低,經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。

  2. 不需要對鍋爐進(jìn)行結構性改造,建設周期短。

  3. 對生產(chǎn)工藝無(wú)不良影響,改造使用后無(wú)需調整其他設備的運行。

  4. 與SCR相比不產(chǎn)生液體或固體廢料。

  5、比較適合我國現有中小型鍋爐改造,脫硝效率約為50%~85%。

  SNCR技術(shù)是已投入運行使用并被證明的非常成熟的煙氣脫硝技術(shù),目前在國內中小型鍋爐中推廣使用,效果很好。更精密更有效的霧化控制模式、更精確的NOx測量技術(shù)可以更好地控制脫硝劑的噴入量和混合程度,可獲得更高更穩定的脫硝效率。近期國內科研院所、權威部門(mén)一致認定, SNCR技術(shù)是最適合我國實(shí)際情況的成熟可靠的煙氣脫硝技術(shù)。

  2.3  SNCR脫硝效率的影響因素

 ?。?) 溫度范圍

  NOx的還原反應發(fā)生在一特定的溫度范圍內(最佳的反應溫度區間850℃~1050℃)。若溫度過(guò)低,NH3的反應不完全,容易造成NH3逃逸形成二次污染;而溫度過(guò)高(1400℃以上),NH3則容易被氧化為NOx??梢?jiàn)溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì )導致還原劑的損失和NOx脫除率下降。

我公司技術(shù)人員到現場(chǎng)實(shí)地測量后,根據數據來(lái)確定鍋爐溫度最合適的位置,保證反應在最佳的溫度范圍內。

    (2) 反應劑和煙氣混合的程度

  還原劑與煙氣的混合程度決定了反應的進(jìn)程和速度,還原劑和煙氣在鍋爐內是邊混合邊反應,混合的效果直接決定了脫銷(xiāo)效率的高低。SNCR脫硝效率低的主要原因之一就是混合問(wèn)題,例如,局部的NOx濃度過(guò)高,不能被還原劑還原,導致脫硝效率低;局部的NOx濃度過(guò)低,還原劑未全部發(fā)生還原反應,導致還原劑利用率低還,增加氨逃逸。因此,還原劑與煙氣的混合程度的充分與否,直接影響脫硝成果。

  利用專(zhuān)業(yè)公司研制的高效脫硝噴槍?zhuān)馨堰€原劑的霧化效果達到最佳化,通過(guò)具體確定噴槍數量和安裝位置,保證還原劑和煙氣達到好的混合效果。

 ?。?)溶液停留的時(shí)間

  溶液停留(化學(xué)反應)時(shí)間:合適的溫度范圍內反應物在反應器內停留的總時(shí)間。在此時(shí)間內,NH3或尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發(fā)、還原劑的分解和NOx的還原等步驟須全部完成,一般要求時(shí)間為0.5s。而霧化狀態(tài)的氨在鍋爐的停留時(shí)間長(cháng)短取決于鍋爐的尺寸、煙氣流經(jīng)鍋爐爐膛的速度、溶液霧化狀況、霧場(chǎng)與煙氣混合的形式等因素。

  我公司技術(shù)人員通過(guò)現場(chǎng)數據來(lái)確定最佳噴射位置,保證停留時(shí)間在要求的范圍內。

 ?。?) 氨氮比(NSR)

  即反應中氨基與NO的摩爾比值,按照SNCR反應,還原1mol NO需要1mol氨或0.5mol尿素,但實(shí)際中還原劑的量要比這個(gè)量大,因為實(shí)際反應比較復雜,且氣體混合不均勻,要達到較好的脫硝效果就必須增大還原劑量。隨著(zhù)氨氮比的增加脫硝效率增加,氨逃逸也會(huì )增加,成本升高,目前鍋爐SNCR的經(jīng)濟NSR一般控制在1.2-1.5左右。

 ?。?) 其他因素

  煙氣中氧含量、初始NOx的含量, 還原劑類(lèi)型和狀態(tài)等都會(huì )影響脫硝效率的高低。

  三、SNCR尿素脫硝站系統方案

  3.1  技術(shù)規范

  SNCR脫硝主要的原則及技術(shù)要求:

 ?。?)本項目采用選擇性非催化還原煙氣脫硝(SNCR)工藝。

 ?。?)本項目的還原劑采用尿素。

 ?。?) SNCR脫硝系統滿(mǎn)足全天24小時(shí)連續運行,年運行時(shí)間大于8000小時(shí)。

 ?。?)SNCR脫硝系統使用壽命不低于30年。

 ?。?)脫硝裝置可用率不低于98%。

 ?。?)系統裝置先進(jìn)、安全、可靠、便于運行維護;

 ?。?)工藝流程合理、裝置布置簡(jiǎn)潔、美觀(guān);

 ?。?)煙氣脫硝裝置的控制系統采用PLC自動(dòng)控制系統;

 ?。?) SNCR設計出口NOx濃度不大于200mg/Nm3。

  根據我公司長(cháng)期以來(lái)對脫硝行業(yè)的深入研究以及多套脫硝系統建設的經(jīng)驗,在鍋爐合適的位置噴射還原劑,還原劑可以使用氨水或者尿素,尿素作為還原劑不用考慮太多的安全因素,本套方案以尿素作為還原劑,主體為集成式脫硝站。

  3.2 工藝過(guò)程

  本工程采用尿素集成脫硝站的形式,該脫硝站是我公司技術(shù)部潛心研發(fā)的一種脫硝設備組成形式,專(zhuān)門(mén)針對小型鍋爐使用,具有設備組成合理、占地面積小、易于操作和維護、安裝快捷、故障率極低等諸多優(yōu)勢。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是將脫硝所用的溶解部分、儲存部分、加壓混合部分、分流部分等組裝在一個(gè)鋼結構中,達到集成式的特點(diǎn)(見(jiàn)下圖),這樣安裝時(shí)只需連接脫硝站上各種外部接口即可,方便簡(jiǎn)捷。     

  工藝過(guò)程可簡(jiǎn)化為:由卡車(chē)運來(lái)的顆粒尿素,儲存在廠(chǎng)房?jì)?,根據需要在溶解罐內配置濃度?5%的尿素溶液,配置好的尿素溶液經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后由輸送泵打入存儲罐中儲存。為了滿(mǎn)足霧場(chǎng)覆蓋的需求,需要噴入比較多的還原劑溶液,所以需要將尿素溶液進(jìn)行一定的稀釋?zhuān)瑏?lái)自尿素儲存罐的尿素溶液和廠(chǎng)供的除鹽水通過(guò)混合泵站經(jīng)靜態(tài)混合器均勻混合,稀釋到一定的濃度,再輸送到噴槍的噴頭內,經(jīng)過(guò)噴頭霧化后直接噴射到適當位置進(jìn)行脫硝反應。其中各個(gè)設備均設有相關(guān)控制器件,以達到自動(dòng)控制的目的。

  3.3系統組成

  我公司設計的集成式脫硝站系統主要包括:尿素溶解系統、儲存系統、混合加壓分流系統、噴射霧化系統,自動(dòng)控制系統。其中噴射霧化系統安裝在鍋爐位置,自動(dòng)控制系統可統一安裝在機房?jì)取?/p>

  3.3.1 尿素溶解系統

  尿素溶解系統由溶解罐、攪拌器、電加熱器、輸送泵以及配套的管路閥門(mén)、儀器儀表等構成。在溶解罐進(jìn)行尿素溶液配置,是整個(gè)脫硝系統的第一步。固體尿素運來(lái)后放于廠(chǎng)房?jì)却鎯?,現場(chǎng)工人根據所需噴灑尿素溶液的濃度進(jìn)行尿素溶液配制,配制好的溶液經(jīng)輸送泵送入尿素溶液儲存罐儲存。溶解罐中設有相應的溫度計(現場(chǎng)顯示和遠傳)、液位計(現場(chǎng)顯示和遠傳)等檢測設備,對溶解罐進(jìn)行實(shí)時(shí)數據監測和現場(chǎng)顯示,確保設備正常運轉。其中溶解罐和管路均設置保溫措施。

  若貴廠(chǎng)能提供熱蒸汽或者熱水,那可以替換電加熱器,減少能源消耗。

  3.3.2 存儲系統

  該系統主要由尿素溶液存儲罐、電加熱器、儲罐上的液位計(現場(chǎng)顯示和遠傳)和溫度計(現場(chǎng)顯示和遠傳)以及相應的管路閥門(mén)等組成。溶液配置好后,存放在存儲罐中。保證存儲罐中的尿素溶液可供系統連續使用3天左右。儲存罐中設有相應的溫度計、液位計等檢測設備,對儲存罐進(jìn)行實(shí)時(shí)數據監測和現場(chǎng)顯示,確保設備正常運轉。其中儲存罐和管路均設置保溫措施,

  若貴廠(chǎng)能提供熱蒸汽或者熱水,那可以替換電加熱器,減少能源消耗。

  3.3.3 混合加壓計量系統

  該部分主要由加壓計量泵站、混合器、電動(dòng)調節閥、壓力表、壓力變送器、流量計和相應的管路閥門(mén)等組成。

  1、混合加壓計量泵站由尿素溶液泵和清水泵組成,尿素溶液和清水經(jīng)過(guò)混合器混合后配置成合適噴射濃度的尿素溶液,由加壓泵加壓后輸送到分流部分。其中尿素溶液和清水溶液管路上均設有流量計,流量計能現場(chǎng)顯示和遠傳,通過(guò)反饋信號調節尿素泵和清水泵的變頻器,保證尿素濃度配置正確。此外,管路上還設有就地壓力表和壓力變送器,實(shí)時(shí)檢測壓力數據,保證壓力正常。

  2、計量調節主要由電動(dòng)調節閥、流量計、壓力表、壓力變送器和相關(guān)的管路、閥門(mén)組成。在線(xiàn)監測將信號數據反饋給調節閥,調節閥根據反饋的氮氧化物數據自動(dòng)調節開(kāi)度大小以控制各個(gè)鍋爐的流量變化,達到將氮氧化物降低到目標值以下的目的,該部分可自動(dòng)完成。尿素溶液分流后被輸送到鍋爐位置的噴射霧化系統。

  3.3.4 噴射霧化系統

  噴射霧化系統是整個(gè)系統的關(guān)鍵部分。該部分分為液路(還原劑路)和氣路(壓縮空氣路),其中液路來(lái)源于上部分的分流部分,而氣路來(lái)源于壓縮空氣組件。廠(chǎng)區提供的壓縮空氣首先接到我方的壓縮空氣組件,經(jīng)壓縮空氣組件后接到噴槍部分,壓縮空氣組件主要由電磁閥、減壓閥、電接點(diǎn)壓力表和相關(guān)管路閥門(mén)組成,主要目的是為噴槍提供穩定的壓縮空氣來(lái)完成尿素溶液的霧化。為保證系統的穩定,電接點(diǎn)壓力表設有壓力下限,當壓力不足時(shí)能提供報警并中斷液路的供應,防止尿素溶液未經(jīng)霧化直接噴射到爐膛內。

  FT型高效脫硝噴槍?zhuān)敲撓踉O備的核心部件。噴槍性能和質(zhì)量,對整個(gè)脫硝工程的脫硝率、氨逃逸、運行成本以及使用壽命等起著(zhù)決定性作用。我公司設計生產(chǎn)的FT型高效脫硝噴槍是省環(huán)保部門(mén)認定產(chǎn)品,霧化效果良好、脫硝效率高、為用戶(hù)大幅度降低運行成本,耐高溫、耐磨損、耐腐蝕,使用壽命遠遠超出同類(lèi)產(chǎn)品,深受廣大用戶(hù)青睞。

  3.3.5 自動(dòng)控制系統

  我公司技術(shù)人員,研發(fā)的脫硝專(zhuān)用自動(dòng)控制系統由工程師站、現場(chǎng)控制柜和計量監測儀表組成,控制系統是整個(gè)系統的核心?!坝嬎銠C+PLC”的人機對話(huà)界面,操作簡(jiǎn)單方便??刂葡到y根據采集的相關(guān)信號,控制、調節各個(gè)設備的運行,實(shí)現高效脫硝。也可根據客戶(hù)要求使用DCS中控控制。

  控制系統核心元器件采用ABB變頻器、西門(mén)子PLC、施耐德繼電器等產(chǎn)品,操控簡(jiǎn)潔方便,回應迅速,反應靈敏,外圍器件采用施耐德等知名品牌電氣設備,質(zhì)量可靠,性能穩定,安全性高。

  控制方式有現場(chǎng)自動(dòng)控制、現場(chǎng)手動(dòng)控制、中控自動(dòng)控制、中控手動(dòng)控制,既可以在現場(chǎng)無(wú)人的情況下完成對整個(gè)系統的操作,又可以在現場(chǎng)對所有的設備進(jìn)行操控,方便各個(gè)工況下的使用要求,系統設有必要的報警,有液位報警、流量報警、變頻故障報警、壓力報警、空氣中氨氣含量超標報警、氮氧化物含量異常報警、氨逃逸超標報警,所有的報警信號在系統任何一個(gè)設備或模塊出現故障時(shí)提供及時(shí)的警示,避免造成大的影響,保證系統能夠安全穩定長(cháng)期的運行。



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