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脫硝設備 

發布時間: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

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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,簡稱為NOx。NOx主要來源于生產、生活中所用的煤、石油等燃料燃燒的產物。NOx的危害主要有以下方面:

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

 ?。?)形成光化學煙霧,NOx與碳氫化合物在陽光照射下產生有毒的煙霧,稱之為光化學煙霧;

 ?。?)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,對人體產生危害,據研究近來受民眾關注的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和消費結構在今后相當長的時間內都不會有根本性的變化。因此,煤燃燒產生的污染物排放是我國大氣污染的一個重要組成部分。隨著國家對環保要求的不斷嚴格,我國煤炭使用行業迎來了史上最嚴格的環保標準。因此,NOx的控制和減排已經是煤炭行業的必然選擇。

  二、SNCR脫硝工藝技術簡介

  2.1  SNCR脫硝原理

  選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術,是煙氣NOx的末端處理技術,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脫硝技術的優點

  1. 投資成本低,不使用催化劑,運行成本低,經濟優勢明顯。

  2. 不需要對鍋爐進行結構性改造,建設周期短。

  3. 對生產工藝無不良影響,改造使用后無需調整其他設備的運行。

  4. 與SCR相比不產生液體或固體廢料。

  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技術是已投入運行使用并被證明的非常成熟的煙氣脫硝技術,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、權威部門一致認定, SNCR技術是最適合我國實際情況的成熟可靠的煙氣脫硝技術。

  2.3  SNCR脫硝效率的影響因素

 ?。?) 溫度范圍

  NOx的還原反應發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;而溫度過高(1400℃以上),NH3則容易被氧化為NOx??梢姕囟冗^高或過低都會導致還原劑的損失和NOx脫除率下降。

我公司技術人員到現場實地測量后,根據數據來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效率的高低。SNCR脫硝效率低的主要原因之一就是混合問題,例如,局部的NOx濃度過高,不能被還原劑還原,導致脫硝效率低;局部的NOx濃度過低,還原劑未全部發生還原反應,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。

  利用專業公司研制的高效脫硝噴槍,能把還原劑的霧化效果達到最佳化,通過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。

 ?。?)溶液停留的時間

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

  我公司技術人員通過現場數據來確定最佳噴射位置,保證停留時間在要求的范圍內。

 ?。?) 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,但實際中還原劑的量要比這個量大,因為實際反應比較復雜,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。隨著氨氮比的增加脫硝效率增加,氨逃逸也會增加,成本升高,目前鍋爐SNCR的經濟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, 還原劑類型和狀態等都會影響脫硝效率的高低。

  三、SNCR尿素脫硝站系統方案

  3.1  技術規范

  SNCR脫硝主要的原則及技術要求:

 ?。?)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脫硝系統滿足全天24小時連續運行,年運行時間大于8000小時。

 ?。?)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、安全、可靠、便于運行維護;

 ?。?)工藝流程合理、裝置布置簡潔、美觀;

 ?。?)煙氣脫硝裝置的控制系統采用PLC自動控制系統;

 ?。?) SNCR設計出口NOx濃度不大于200mg/Nm3。

  根據我公司長期以來對脫硝行業的深入研究以及多套脫硝系統建設的經驗,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部潛心研發的一種脫硝設備組成形式,專門針對小型鍋爐使用,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勢。簡單來說,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鋼結構中,達到集成式的特點(見下圖),這樣安裝時只需連接脫硝站上各種外部接口即可,方便簡捷。     

  工藝過程可簡化為:由卡車運來的顆粒尿素,儲存在廠房內,根據需要在溶解罐內配置濃度為35%的尿素溶液,配置好的尿素溶液經過濾器過濾后由輸送泵打入存儲罐中儲存。為了滿足霧場覆蓋的需求,需要噴入比較多的還原劑溶液,所以需要將尿素溶液進行一定的稀釋,來自尿素儲存罐的尿素溶液和廠供的除鹽水通過混合泵站經靜態混合器均勻混合,稀釋到一定的濃度,再輸送到噴槍的噴頭內,經過噴頭霧化后直接噴射到適當位置進行脫硝反應。其中各個設備均設有相關控制器件,以達到自動控制的目的。

  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,自動控制系統。其中噴射霧化系統安裝在鍋爐位置,自動控制系統可統一安裝在機房內。

  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、儀器儀表等構成。在溶解罐進行尿素溶液配置,是整個脫硝系統的第一步。固體尿素運來后放于廠房內存儲,現場工人根據所需噴灑尿素溶液的濃度進行尿素溶液配制,配制好的溶液經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(現場顯示和遠傳)、液位計(現場顯示和遠傳)等檢測設備,對溶解罐進行實時數據監測和現場顯示,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(現場顯示和遠傳)和溫度計(現場顯示和遠傳)以及相應的管路閥門等組成。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,對儲存罐進行實時數據監測和現場顯示,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、電動調節閥、壓力表、壓力變送器、流量計和相應的管路閥門等組成。

  1、混合加壓計量泵站由尿素溶液泵和清水泵組成,尿素溶液和清水經過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,流量計能現場顯示和遠傳,通過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,實時檢測壓力數據,保證壓力正常。

  2、計量調節主要由電動調節閥、流量計、壓力表、壓力變送器和相關的管路、閥門組成。在線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調節開度大小以控制各個鍋爐的流量變化,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系統的關鍵部分。該部分分為液路(還原劑路)和氣路(壓縮空氣路),其中液路來源于上部分的分流部分,而氣路來源于壓縮空氣組件。廠區提供的壓縮空氣首先接到我方的壓縮空氣組件,經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、電接點壓力表和相關管路閥門組成,主要目的是為噴槍提供穩定的壓縮空氣來完成尿素溶液的霧化。為保證系統的穩定,電接點壓力表設有壓力下限,當壓力不足時能提供報警并中斷液路的供應,防止尿素溶液未經霧化直接噴射到爐膛內。

  FT型高效脫硝噴槍,是脫硝設備的核心部件。噴槍性能和質量,對整個脫硝工程的脫硝率、氨逃逸、運行成本以及使用壽命等起著決定性作用。我公司設計生產的FT型高效脫硝噴槍是省環保部門認定產品,霧化效果良好、脫硝效率高、為用戶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產品,深受廣大用戶青睞。

  3.3.5 自動控制系統

  我公司技術人員,研發的脫硝專用自動控制系統由工程師站、現場控制柜和計量監測儀表組成,控制系統是整個系統的核心?!坝嬎銠C+PLC”的人機對話界面,操作簡單方便??刂葡到y根據采集的相關信號,控制、調節各個設備的運行,實現高效脫硝。也可根據客戶要求使用DCS中控控制。

  控制系統核心元器件采用ABB變頻器、西門子PLC、施耐德繼電器等產品,操控簡潔方便,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,質量可靠,性能穩定,安全性高。

  控制方式有現場自動控制、現場手動控制、中控自動控制、中控手動控制,既可以在現場無人的情況下完成對整個系統的操作,又可以在現場對所有的設備進行操控,方便各個工況下的使用要求,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設備或模塊出現故障時提供及時的警示,避免造成大的影響,保證系統能夠安全穩定長期的運行。



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