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技术文章
尿素热解SCR脱硝方案
2016-12-20
将尿素?#26031;?#21152;入溶液罐中,用除盐水将尿素制成50~60%浓度的溶液,经混合泵送入储存罐。尿素溶液经由尿素溶液输送泵、循环/供应管道、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入热解炉内分解,生成NH3、H2O和CO2,分解产物与稀释风充分混合生成含5%NH3的混合气体,通过喷氨格栅喷入烟道。NH3与NOX在反应器内催化剂的作用下发生催化还原反应,NOX还原为无害的N2和H2O。但由于并非所有NH3都反应完毕,NH3逃逸会增加脱硝系统后空气预热器的堵灰情况。反应器出口的NH3逃逸作为脱硝系?#25104;?#35745;的重要指标,控制在5mg/m3以内。


尿素热解SCR脱硝方案


             *部分:尿素热解及物料计算



  • 主要设计原则及技术要求


1.1 主要设计原则



  1. 脱硝工艺采用 SCR法。


采用尿素SCR工艺的烟气脱硝技术,若沸腾炉已有低NOx燃烧技术(LNB),烟气脱硝技术应与之配合使用;



  1. 吸收剂采用尿素。使用10%尿素水溶液wt%)作为SCR烟气脱硝系统的还原剂?#35805;?#27688;流量要求?#29943;?#35745;;



  1. 脱硝反应器布置根据设计要求。



  1. 脱硝设?#25913;?#21033;用小时暂按6000小时考虑,年运行时间暂按 8000小时考虑。



  1. 脱硝系统整套装置的可用率在正式移交后的一年中大于98%



  1. 装置服务寿命为30年。


1.2 主要技术要求


  1. 本工程采用尿素热解法制备脱硝还原剂。尿素热解制氨工艺和设备具有可靠的质量和先进的技术,能够保证高可用率和低物耗,完全符合环境保护要求,便于运行维护。


  1. 所有的设备?#31570;?#26009;应是新的和优质的。


  1. 机械部件及其组件或局部组件应有良好的互换性。


  1. 确保人员和设备安全。


  1. 观察、监视、维护简单。


  1. 运行人员数量少。



  1. 在设计上要留有足够的通道,包括施工、检修所需要的吊装与运输通道及消防应急通道。



  • 规范、规程和标准






























































































































































































































































































































































 
 GB89781996

 
 
 

 《污水综合排放标准》

 
 
 
 GB132232003

 
 
 

 《火电厂大气污染物排放标准》

 
 
 
 DB11/139-2002

 
 
 

 《天津市锅炉污染物综合排放标准》

 
 
 
 GBZ22002

 
 
 

 《作业环境空气中有害物职业接触标准》

 
 
 
 DL50331996

 
 
 

 《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》

 
 
 
 GB5018793

 
 
 

 《工业企业总平面设计规范》

 
 
 
 DL502893

 
 
 

 《电力工程制图标准》

 
 
 
 SDGJ3483

 
 
 

 《电力勘测设计制图统?#36824;?#23450;:综合部分(试行)》

 
 
 
 DL/T503294

 
 
 

 《火力发电厂总图运输设计技术规程》

 
 
 
 DL50002000

 
 
 

 《火力发电厂设计技术规程》

 
 
 
 DL/T51212000

 
 
 

 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》

 
 
 
 YB907092

 
 
 

 《压力容器技术管理规定》

 
 
 
 GBl5098

 
 
 

 《钢制压力容器》

 
 
 
 GB5026096

 
 
 

 《电力设施抗震设计规范》

 
 
 
 DL502293

 
 
 

 《火力发电厂土建结构设计技术规定》

 
 
 
 GB4272-92

 
 
 

 《设备及管道保温技术通则》

 
 
 
 DL/T6302001

 
 
 

 《火力发电厂保温材料技术条件》

 
 
 
 DL/T50721997

 
 
 

 《火力发电厂保温油漆设计规程》

 
 
 
 GB1234890

 
 
 

 《工业企业厂界噪声标准》

 
 
 
 GBJ8785

 
 
 

 《工业企业噪声控制设计规范》

 
 
 
 DL/T505496

 
 
 

 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》

 
 
 
 SDGJ690

 
 
 

 《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》

 
 
 
 GBJ1619872002

 
 
 

 《建筑设?#21697;?#28779;规范》

 
 
 
 GB50160921999

 
 
 

 《石油化工企业设?#21697;?#28779;规范》

 
 
 
 GB502291996

 
 
 

 《火力发电厂与变电所设?#21697;?#28779;规范》

 
 
 
 GB5011698

 
 
 

 《火灾自动报警系?#25104;?#35745;规范》

 
 
 
 DL/T504195

 
 
 

 《火力发电厂厂内通信设计技术规定》

 
 
 
 GBJ4281

 
 
 

 《工业企业通讯技术规定》

 
 
 
 NDGJ1689

 
 
 

 《火力发电厂热工自动化设计技术规定》

 
 
 
 DL/T65798

 
 
 

 《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》

 
 
 
 DL/T65898  

 
 
 

 《火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程》

 
 
 
 DL/T65998

 
 
 

 《火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》

 
 
 
 NDGJ9289

 
 
 

 《火力发电厂热工自动化内容深度规定》

 
 
 
 DL/T51752003

 
 
 

 《火力发电厂热工控制系?#25104;?#35745;技术规定》

 
 
 
 DL/T51822004

 
 
 

 《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》

 
 
 
 GA/T7594

 
 
 

 《安全防范工程程序与要求》

 
 
 
 GB1428593

 
 
 

 ?#37117;?#30005;保护和安全自动装置技术规程》

 
 
 
 GB5006292

 
 
 

 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》

 
 
 
 DL/T 51532002

 
 
 

 《火力发电厂厂用电设计技术规定》

 
 
 
 DLGJ5695

 
 
 

 《火力发电厂和变电所照明设计技术规定》

 
 
 
 GB9089.492

 
 
 

 《户外严酷条件下电气装置装置要求》

 
 
 
 GB745087

 
 
 

 《电子设备雷击保护导则》

 
 
 
 GB5005794

 
 
 

 《建筑物防雷设计规范》

 
 
 
 GB1215890

 
 
 

 《防止静电事故通用导则》

 
 
 
 GB5005295

 
 
 

 《供配电系?#25104;?#35745;规范》

 
 
 
 GB5005495

 
 
 

 《?#33073;?#37197;电设计规范》

 
 
 
 GB5005593

 
 
 

 《通用用电设备配电设计规范》

 
 
 
 GB5005693

 
 
 

 《电热设备电力装置设计规范》

 
 
 
 GB5005892

 
 
 

 《爆炸和火?#27835;?#38505;环境电力装置设计规范》

 
 
 
 DL/T6201997

 
 
 

 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

 
 
 
 GB5021794

 
 
 

 《电力工程电缆设计规范》

 
 
 
 DLGJ1542000

 
 
 

 《电?#36335;?#28779;措施设计和施工验收标准》

 
 
 
 GB12666.5-90

 
 
 

 《耐火试验( 耐高温电缆 )》

 
 
 
 DL/T62197

 
 
 

 《交流电气装置的接地》

 
 
 
 CECS3191

 
 
 

 《钢制电?#34385;?#26550;工程设计规范》

 
 
 
 DLGJ1582001

 
 
 

 《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》

 
 
 
 GB500172003

 
 
 

 《钢结构设计规范》

 
 
 
 GBJ13590

 
 
 

 《高?#24335;?#26500;设计规范》

 
 
 
 GB500032001

 
 
 

 《砌体结构设计规范》

 
 
 
 GB5004096

 
 
 

 《动力机器基础设计规范》

 
 
 
 JGJ10796

 
 
 

 《钢筋机械连接通用技术规程》

 
 
 
 GB/T112631998

 
 
 

 《热轧H型钢?#31570;?#20998;T型钢》

 
 
 
 YB330192

 
 
 

 《焊接H型钢》

 
 
 
 YB400191

 
 
 

 《压焊钢格栅板》

 
 
 
 NDGJ588

 
 
 

 《火力发电厂水工设计技术规定》

 
 
 
 GBJ1487 1997

 
 
 

 《室外排水设计规范》

 
 
 
 GBJ1386 1997

 
 
 

 《室外给水设计规范》

 
 
 
 GBJ6984

 
 
 

 《给水排水工程结构设计规范》

 
 
 
 DLGJ2491

 
 
 

 《火力发电厂生活、消防给水和排水设计技术规定》

 
 

 


 


  • 热解工艺系统说明


脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素。由于液氨是危化品,随着国家对安全的日益重视,逐渐出台一系列相关的限制措施,使得电厂用液氨时在审批、工期、占地等诸多方面受到越来越多的制约,氨水也因为其运行成本居高而受到应用的局限。作为无危险的氨原料,尿素(Urea)具有与液氨相同的脱硝性能,是绿色肥料,完全没有危险和法规限制,可以方便的被运输、储存和使用。


3.1热解工艺系统流程


尿素热解工艺利用尿素溶液热解工艺为SCR系统提供反应剂,该工艺可用于控制燃煤电厂锅炉、垃圾焚?#23637;?#28809;、熔炉、焚?#31456;?#27832;腾炉或者加热器所产生的NOx的排放以满足排放要求。尿素热解工艺将尿素分解为氨并通过SCR系统中氨喷射格栅提供脱硝系统所需的还原剂。


3.2热解系统


从锅炉引出约1%总风量的一?#20301;?#20108;次空气(500),因为尿素热解的温度窗口为350-650度,如达不到要求,必须通过一个高温风机(如需)输送,再利用电加热器将空气温度再次提升并达到进入热解室的温度(约350650)。随后将尿素溶液喷入在温度窗内具有适当停留时间的热解室,以确保尿素溶液完全转化为SCR还原剂。*后将含有SCR还原剂氨(NH3)的气流导入反应器。整个过程需要监测压力、流量及温度以满足SCR的设计要求,保证尿素热解系统的正常运行。(不同的温度反应生成的氨量?#28784;?#26679;)


尿素热解工艺的主要反应如下:


CO(NH2)2    NH3 + HNCO


尿素     + 异氰酸


HNCO + H2O     NH3 + CO2


异氰酸 + + 二氧化碳


尿素在温度高时不稳定,会分解成NH3?#20445;?/span> HNCO(异氰酸)HNCO再与水反应生成NH3 CO2。该过程产生的反应剂NH3通过喷射装置进入脱硝反应器,与烟气中的氮氧化物NOx反应,生成对环境无害的N2(氮气)H20()


主要反应描述如下:


4NO + 4NH3 + O2    4N2 + 6H2O



NO + NO2 + 2NH3    2N2 + 3H2O
(
主要反应)


氮氧化物 + +   +


4NO + 4HNCO + O2 4N2 +
4CO2 + 2H2O (
可能反应)


氮氧化物 + 异氰酸 +   + 二氧化碳 +


热解系统包括尿素制备系统、尿素溶液储罐、输送装置、量分配装置、背压控?#21697;А?/span>热解室、高温风机、电加热器及控制装置等。


尿素颗粒由螺旋输送到溶解罐里,用自来水将干尿素溶解成约10%质量浓度的尿素溶液,通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐;尿素溶液经由输送装置、计量分配装置进入改装的热解室内,与经由高温风机(如需)、电加热器输送过来的高温空气混合热解,生成NH3H2OCO2分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。


热解系统采用约10%的尿素溶液作为还原反应剂。10%的尿素溶液将保存在不锈钢或玻璃钢(FRP)储存罐中,容量约为8-16小时的尿素用量(当环境温度过低?#20445;?#32592;体需要加热和保温)。带泵的循环装置将反应剂提供给每个单元的计量装置,计量后的反应剂被输送至一系列经过专门设计并安装在热解室入口处的喷嘴。计量装置可根据系统的需要自动控制喷入热解室的尿素量。系统还包括备用的高温风机及挡板以保证进入反应器的氨的流量?#33073;?#21147;。


3.3系统主要设备


标准的尿素热解制氨系统主要包括高流量循环装置、背压控?#21697;А?#23615;素储仓、给料机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、计量和分配装置(MDM)、绝热分解室(DC)、稀释风电加热系统(EH)及控制系统等。整套系统考虑夏天防晒,冬天防冻措施。


尿素储存于储间,由斗提输送到溶解罐里,用自来水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液,通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐;


尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入设计的绝热分解室,稀释空气经加热后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解,生成的分解产物为NH3H2OCO2,分解产物经由氨喷射系统进入脱硝反应器。


  1. 尿素储间


设置1只尿素料斗,尿素筒?#27835;?#30899;钢制造。


尿素?#20923;?#24212;考虑三?#20013;冻?#26041;法。袋装尿素?#26031;ば冻怠?#25955;装颗粒尿素利用卡车压缩机自动?#20923;?#21644;尿素溶液利用罐车?#28304;?#21387;缩机?#20923;怠?/span>


  1. 尿素溶解罐


设置一只尿素溶解罐,体积为全厂8~16小时储量。在溶解罐中,用自来水制成50%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低?#20445;?#33976;汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度,防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控制系统外,还采用输送泵系统将化学?#38142;?#20648;罐底部向侧部进行循环,使化学剂更好的混合。


溶解罐由304不锈钢制造,内衬防腐材料,罐体保温。容器为中凹底部、圆锥型底的立式304SS容器,容器用支脚支撑。罐体内配置全套的人孔、尿素或尿素溶液入口、尿素溶液出口、通风孔、搅拌器口、液位表、温度表口和排放口等。


尿素溶解设备宜布置在室内。


  1. 尿素溶液给料泵


尿素溶液泵为不锈钢本体碳化硅机械密封的离心泵,两台泵一运一备,并列布置。?#36865;猓?#28342;液泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环,以获得更好混合。


  1. 尿素溶液储罐


尿素溶液经由两台尿素溶液给料泵进入尿素溶液储罐,每台泵的容量为1小时内可将溶解罐内的溶液完全输送到尿素溶液储罐。


设置两只尿素溶液储罐, 容积满足3~5天的系统用量(50%尿素溶液)要求。储罐由玻璃钢(FRP)制造(?#37096;?#37319;用304?#31570;?#38152;钢),并内涂乙烯树脂涂层。储罐为立式平底结构,装有液面、温度显示仪,装有人孔、梯子及通风孔等。


尿素溶液储罐的开口应有人孔、尿素溶液进出口、通风孔、液位表、温度表口和排放口。尿素溶液储罐应设有梯子、平台、栏杆和液面计支架。


尿素溶液储存设备可布置在室外。设备间距应满足施工、操作和维护的要求,各设备间的连接管道应保温。


  1. 背压控?#21697;?/span>(PCV)


背压控制回路用于调节供料泵为计量装置供应尿素所需的稳定流量?#33073;?#21147;,背压控?#21697;?#35774;置一套。


  1. 计量分配装置(MDM)


每台热解室配备一套计量分配装置。计量分配装置能够精确测量并独立控制输送到每个喷射器的尿素溶液。计量分配装置布置在热解室附近,计量装置用于控制通向分配装置的尿素流量的供给。该装置将响应电厂DCS提供的反应剂需求信号。分配模块通过独立化学剂流量控制和区域压力控?#21697;?#38376;来控制通往多个喷射器的尿素和雾化空气的喷射速率。


  1. 绝热分解室(DC)


尿素溶液采用绝热分解室分解,相关设备包括:绝热分解室、尿素喷射器等。绝热分解室布置在SCR附近。经过计量和分配装置的尿素溶液由喷射器喷入绝热分解室,绝热分解室设置1台。经过加热器的高温热风作为分解室的热源,室内温度控制在350650℃。


  1. 稀释风电加热系统(EH)


为了节约能源,?#26723;?#31995;统的运行费用,热解系统将直接采用沸腾炉的一次风/二次风作为尿素热解反应的稀释风来?#30784;?#30001;于稀释空气量仅为一次风/二次风量的1%左右,对炉影响微乎其微。炉的一/二次风温度?#35805;?#20026;
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