热力公司2016年脱硝.

.脱硝方案书
1NOx控制机理
在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在850~1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。

在有催化剂的前提下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）与烟气中的NOx在300~400℃之间即可发生还原反应，将NOx还原成N2与H2O。

●NH3与NOx反应：
4NH3 + 4NO + O2→ 4N2 + 6H2O （1）
8NH3 + 6NO2→ 7N2 +12H2O （2） SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，受制于停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素。

SCR脱硝反应由于催化剂的存在，反应速率很快，效率较SNCR要高。

反应温度
SNCR脱硝反应中，NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：反应温度超过1100℃时，NH3被氧化成NOx（式3），氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。

选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。

4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O （3）采用氨水或尿素溶液作为脱硝还原剂时，还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入炉内，雾化液滴蒸发热解成NH3之后，才进入合适的温度区域进行还原反应。

基于氨水与尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同，其喷入炉膛的合适温度窗口也有差别：液氨为还原剂时，窗口温度约为870℃~1,100℃；尿素为还原剂时，窗口温度约为900~1,150℃。

根据锅炉特性和运行经验，最佳的还原剂喷射温度窗口通常设在折焰角附近的屏式过、再热器及水平烟道的末级过、再热器所在的对流区域。

由于炉内烟气温度的分布受到锅炉负荷、煤种等多种因素的影响，合适的脱硝还原反应温度区间随着锅炉负荷的变化而变动，氨基还原剂喷射窗口也需相应变化。

常采用下述措施：
●在线调整雾化液滴的粒径大小与含水量，缩短或延长液滴的蒸发与热解时间，使热解产
物NH3投送到合适的脱硝还原反应区域。

●为适应锅炉负荷的变化，通常多层或每层的个别喷射器，高负荷时投运上层喷射器，低负荷时投运下层喷射器，但对于这种立体式的层与区域的复杂喷射系统很难精确调整。

停留时间
国外研究表明，NH-NO非爆炸性反应时间仅约100ms。

停留时间指的是还原剂在炉内完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。

延长反应区域内的停留时间，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。

当合适的反应温度窗口较窄时，部分还原反应将滞后到较低的温度区间，较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。

当停留时间超过1s时，易获得较高的脱硝效果，停留时间至少应超过0.3秒。

化学当量比（NSR）
NH3-NO理论化学反应当量比为1:1，但由于尿素溶液一小部分未反应的NH3随烟气排入大气，因此，需要比理论化学当量比更多的还原剂喷入炉膛才能达到较理想的NOx 还原率。

此外，当原始NOx浓度较低时，脱硝还原化学反应动力降低，为达到相同的脱硝效率，需要喷入炉内更多的还原剂参与反应。

运行经验显示，脱硝效率在50%以内时，NH3/ NOx 摩尔比一般控制在1. 0~2.0 之间, 最大不超过2.5。

还原剂与烟气的混合
脱硝还原剂与烟气充分均匀混合，是保证在适当的NH3/NO摩尔比下获得较高脱硝效率的重要条件之一。

为将还原剂准确送到炉膛内合适的脱硝还原反应温度区间，并与烟气充分混合，通常采用如下措施：
●优化雾化器的喷嘴，控制雾化液滴的粒径、喷射角度、穿透深度及覆盖范围。

●强化尿素喷射器下游烟气的湍流混合，增加反应温度区域内的NH3/NOx扩散，提高
反应速率。

对锅炉效率的影响
尿素水溶液喷入炉膛高温烟气中，雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程，需要从烟气中吸收部分热量，这可能会增加锅炉的热损失。

通常应尽可能控制尿素溶液的喷入量，使SNCR 装置对锅炉热效率的影响小于0.5%。

氨逃逸
SNCR脱硝反应过程中，部分未参与反应的NH3随烟气进入下游烟道。

在146~207℃温度区间，气态氨与烟气中SO3反应生成粘性较强的NH4HSO4，容易造成空预器低温段受热面堵塞和腐蚀。

图1-1是空预器入口烟气中NH3与SO3浓度对空预器的影响：区域I，不需要任何措施，为安全运行区域；区域II，可能会发生轻微的堵塞和腐蚀，不需要经常的水冲洗；区域III，硫酸氢氨的堵塞和腐蚀非常危险，需要频繁的水冲洗；区域IV，将随时导致机组停运。

图1-2是美国EPA对多个SNCR工程的氨逃逸浓度与脱硝效率的统计，脱硝效率约30~40%时，氨逃逸浓度不超过5μL/L。

通常，SNCR的氨逃逸浓度控制在10μL/L时，对空预器影响轻微。

图1-1 NH3与SO3对空预器的影响图1-2 氨逃逸与脱硝效率的关系
2系统概述
万德福热力脱硝工程有2台锅炉进行改造，1x40t/h、1x75t/h，锅炉为高温分离器循环流化床锅炉，适用SNCR脱硝改造。

2.1设计基础数据
2.2主要设计参数和性能指标
注：以上消耗量是初步数据，待初步设计完成后提供最终数据。

2.3氨水储存系统
二台锅炉公用一套氨水储存系统，设置有
(1)氨水储罐
设置 1 个氨水储罐容积能满足2台机组使用5天的用量，罐体材料采用碳钢，内涂树脂防腐。

储存罐容积约30立方。

(2)循环/传输系统
氨水溶液供料系统由 1 套高流量循环传输装置组成，每套装置为2台机组脱硝系统供应氨水溶液。

该装置包括2台多级离心泵（一运一备）、过滤器及所有用于氨水溶液循环及储存系统本地/远程控制和监测的压力、温度等仪表。

装置主要部件为不锈钢。

该装置是独立的高流量、高压输送系统，布置在氨水储罐附近。

循环/传输系统使氨水不断的在计量/分配装置和储罐之间循环。

该装置具有如下多个功能：
1）提供化学还原剂通过循环/输送到喷射区域所需压力；
2）过滤氨水以保证喷射装置的稳定运行；
3）作为还原剂储存和循环系统的本地/远程控制和监测站；
4）背压控制回路用于调节供应氨水所需的稳定流量和压力。

2.4氨水喷射系统
(1)墙式喷射器
75t/h锅炉布置6只墙式喷射器，位于锅炉旋风分离器入口处。

40t/h锅炉布置4只墙式喷射器，位于锅炉旋风分离器入口处。

法兰亦可更换为快速接头装置，便于喷枪的安装及更换。

(2)稀释水装置
SNCR系统设置一套稀释水装置。

稀释水为除盐水，压力0.4Mpa，由业主提供管道输送至稀释水泵装置入口。

稀释水装置根据还原剂喷射量以及喷射器的特性，向还原剂混合装置提供足够的稀释压力，以保证喷射装置处理良好的工作状态。

(3)计量分配装置
为每台锅炉的SNCR系统设置一套氨水计量装置。

喷射区计量模块是一级模块，根据锅炉负荷、燃料、燃烧方式、NOx水平、脱硝效率等参数的变化，自动调节进入锅炉喷射区的反应剂流量。

为每台锅炉的SNCR系统设置相应还原剂分配系统。

在还原剂计量后，对各喷射区各喷射器的还原剂喷射流量进行逐个分配。

计量与分配装置统一集成于1个阀门模块中。

见下图
1、氨水入口
2、除盐水入口
3、电动球阀
4、电磁流量计
5、过滤器阀组
6、电动球阀
7、电动调节阀
8、浮子流量计
9、压力表 10、压力传感器
11、分配管路出口 12、涡轮流量计 13、电动调节阀
(4)压缩空气系统
两台锅炉设置1个压缩空气缓冲罐，为喷射器提供还原剂雾化用空气和喷射器冷却空气，空气压力0.5MPa，用量见性能参数表。

2.5电气系统
脱硝系统供电电压为380/220V，SNCR装置电耗和还原剂制备系统的电耗见下表。

操作电源采用直流DC220V，仪表电源采用直流DC24V，仪表与集散控制系统采用UPS供电。

2.6控制系统
每台锅炉的SNCR装置采用DCS或PLC控制模式，氨水制备系统也可以采用DCS或PLC 控制，具体方式由业主确定。

SNCR系统的控制组件主要包括：喷射区计量模块、喷枪分配模块（含冷却水、空气）、主控模块、工程师站与操作员站等。

在系统调试期间，可通过大量工况试验，建立锅炉负荷与氨水喷射量的对应关系。

在正常运行期间，采取“查表”模型方法自动控制不同区域的喷射器投运与喷射流量。

并通过前馈控制参数（锅炉负荷和蒸汽生产率、炉内温度）以及反馈控制参数（NOx和NH3浓度）来进行连续不断的调整，以达到要求的NOx与NH3控制值。

3主要设备表
表3-1 主要设备表（2台炉）
4工程实施进度
SNCR改造工程施工量很小，需要锅炉停炉的时间约需要1周时间，即停炉冷却后，在旋风分离器入口位置进行开孔，其他的设备安装等均不影响锅炉的正常运行。

表4-1 脱硝工程进度轮廓表。