SNCR系統(tǒng)及主要設備說明

1、SNCR系統(tǒng)及主要設備說明1. 概述美國燃料技術公司Fuel Tech, Inc.（以下簡稱為燃料技術公司）是一家大氣污染控制技術公司，其主要技術專注于煙氣脫氮技術和節(jié)能應用。燃料技術公司通過先進的經(jīng)營和管理，提供多項專項技術和服務以滿足大氣污染控制客戶的特別需求。通過從一開始就充分地對機械、化學和控制進行改善，燃料技術公司完善了早期的NOxOUT® 技術。自1990年以來，已有400多個商業(yè)機組成功的安裝或即將安裝。燃料技術公司技術的基礎是其爐內(nèi)噴射除氮工藝，NOxOUT 暢銷®工藝。燃料技術公司現(xiàn)擁有或licenses超過45個與NOxOUT 工藝相關的美國專利（見附錄

2、1）。燃料技術公司在納斯達克NASDAQ上市交易。美國燃料技術公司致力于經(jīng)濟有效地降低大氣污染，很樂意按照貴公司的要求，提供燃料技術公司用于華能呼倫貝爾伊敏2×600MW的NOxOUT®SNCR（以下簡稱為SNCR）工藝的初步方案，其中包括設計、供貨、制造、裝配、運輸、調(diào)試及培訓服務。燃料技術公司的SNCR技術是取得專利權的技術和專有工藝（美國專利證書見附件1），其商業(yè)名稱是NOxOUT® (見圖1和附件2，以下簡稱NOxOUT-SNCR)。圖1 Fuel Tech 尿素SNCR（NOxOUTâ-SNCR）工藝系統(tǒng)示意圖NOxOUT系統(tǒng)采用尿素作為還原劑

3、。與使用氨的脫硝工藝相比，使用尿素的SNCR工藝的優(yōu)點如下： 與氨相反，本工藝使用的尿素是無毒、無害的化學品； 由于沒有氨噴射格柵(AIG)、壓縮機、旁路設計、鋼支撐等大的系統(tǒng)組件因而投資較低，不需要儲存、處理帶壓和危險的無水氨或氨水和相應的安全設備； 氣汽混合條件導致較低的動力需求； 使用液態(tài)而不是氣態(tài)反應劑，可以更有效地控制反應劑噴射模式和反應劑分布，保證與煙氣良好的混合，使化學劑以較低的NH3逃逸得到較充分的利用。SNCR性能依賴于所謂的“溫度窗”，涉及以下參數(shù)： 尿素和NOx反應的停留時間； 溫度； 基線NOx濃度； 噴射區(qū)域CO濃度； 還原劑的分布均勻性； 氨逃逸。為了達到高的NOx

4、還原效率并將氨逃逸（或稱為“NH3逃逸”）降到最低程度，應該滿足下述條件： 還原反應劑滲透能力強，液滴尺寸合理，分布均勻，與煙氣中的NOx 混合良好； 在反應區(qū)內(nèi)可維持適當?shù)臏囟确秶?在反應區(qū)內(nèi)可獲得足夠的停留時間； 控制系統(tǒng)具有良好響應特性，對負荷變化敏感。燃料技術公司的 NOxOUT 技術采取以下措施，能夠以低的化學劑使用成本獲得高的NOx還原效率： 由于燃燒過程的動態(tài)特性，爐膛溫度會在短時間內(nèi)迅速變化，必須在爐膛上幾個不同高度處安裝噴射器以保證在適當?shù)臏囟忍巼娙敕磻獎?每一項工程應用的獨特情況可能對SNCR工藝提出不同的要求，因此Fuel Tech為每一個應用項目建立單獨的計算機模型

5、； 燃料技術公司開發(fā)了新型的化學劑噴射器，它能在尿素注入煙氣的過程中霧化尿素。該噴射器可以使用壓縮空氣(可達0.55MPa) 作為霧化介質(zhì)，將尿素霧滴噴入煙氣中。該噴射器使尿素霧滴具有合理的液滴尺寸、分布和穿透性，促進了尿素與煙氣中NOx 的接觸和混合； 燃料技術公司設計和制造了簡單的化學劑供給和控制系統(tǒng)，將它們與精確的爐膛流體動力學分析及化學動力學分析相結合；燃料技術公司設計和應用了多噴嘴槍式噴射器，多噴嘴槍式噴射器可以強化反應劑分配的均勻性和滲透性。2. 工藝說明NOxOUT®工藝是一個燃燒后的脫硝過程， 通過在火力發(fā)電鍋爐，垃圾燃燒爐、窯爐或其他燃燒爐的煙道中噴入適量的NOxO

6、UT A 或其他脫硝劑來去除NOx的化學反應過程。NOxOUT A是50的尿素溶液配少量防腐蝕的添加劑。這種脫硝劑的優(yōu)點是容易配置，而且不需特殊的安全法規(guī)來處理。 選擇性催化還原(SCR)脫除NOx的投資成本受催化劑價格及體積的影響很大，其運行成本主要受催化劑壽命的影響，一種不需要催化劑的選擇性還原過程特別是脫硝率要求較低時（50%）或許更加誘人，這就是選擇性非催化還原技術(SNCR)。該技術是用NH3、尿素等還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為8501250的區(qū)域，該還原劑（尿素）迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反

7、應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛8001250這一狹窄的溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下，NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。在8001250范圍內(nèi)，NH3或尿素還原NOx的主要反應為： NH3為還原劑4 NH3 + 4NO +O2 4N2 + 6H2O 尿素為還原劑2NO+CO（NH2）2+O22N2+CO2+2H2O不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應最佳溫度區(qū)為8501100。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使N

8、Ox還原率降低。反應劑利用率是衡量反應劑利用程度的指標，它與NOx脫除效率可用一個稱為標準化化學計量比率(NSR)的參數(shù)聯(lián)系在一起。NSR定義如下： 反應劑利用率、NSR和NOx脫除效率之間的關系如下： 通過性能試驗關聯(lián)的Fuel Tech SNCR 工藝和設計變量有： NOx 還原（減排）率，從設計基線值或以下降到目標水平； 反應劑與 NOx的摩爾比 (NSR)； 達到NOx 還原（減排）率所需的最大反應劑流量； 最大 NH3 逃逸； 對于多層噴射方式，控制系統(tǒng)適當?shù)呢摵筛S能力。采用NOxOUT® SNCR 工藝必須具備以下必要條件： 能夠使用計算流體力學(CFD)和化學動力學模

9、型(CKM)進行工程設計能力，即將先進的虛擬現(xiàn)實設計技術與特定燃燒裝置的尺寸、燃料類型和特性、鍋爐負荷范圍、燃燒方式、煙氣再循環(huán)（如果采用）、爐膛過?？諝狻⒊跏蓟蚧€NOx 濃度、爐膛煙氣溫度分布、爐膛煙氣流速分布等相結合進行工程設計； 機械系統(tǒng)，包括設計合理的設備，例如反應劑儲存、計量、分配裝置、噴射組件、監(jiān)視和控制裝置等； 特定性質(zhì)的化學反應劑尿素； 應用工程包括合理的安裝、調(diào)試和維護。（1）設計條件CFD模型模擬特定燃燒裝置內(nèi)煙氣流動和溫度，而CKM 模型根據(jù)CFD 計算的流動和溫度數(shù)據(jù)來計算尿素與NOx的反應，這兩個模型結合在一起確定最優(yōu)溫度區(qū)域和最佳反應劑噴射模式。模型研究能夠?qū)O

10、x還原率進行估計，所以可以確定合理的工藝方案。SNCR的設計利用幾十年積累的技術訣竅和現(xiàn)場經(jīng)驗，系統(tǒng)安裝、操作和維護簡單；（2）設備條件與SCR工藝不同，燃料類型（例如煤、生物質(zhì)和垃圾等）對SNCR性能影響很小。二十多年的現(xiàn)場經(jīng)驗表明 ，只要存在“SNCR反應溫度窗”，SNCR 工藝可應用于燃燒各種燃料的各種型式的鍋爐。因為SNCR是燃燒后煙氣處理工藝，燃燒裝置的尺寸、類型和燃料類型對SNCR工藝沒有較大影響。該工藝在以煤、油、天然氣、木質(zhì)廢料、城市固態(tài)垃圾或危險垃圾為燃料的燃燒裝置上得到成功驗證。這些燃燒裝置的尺寸和型式各不相同，包括快裝鍋爐、工藝加熱器、焚化爐、循環(huán)或鼓泡流化床、廢熱鍋爐和

11、電站鍋爐等。因此，SNCR能應用于幾乎所有的燃燒裝置，使其NOx排放滿足或超過大多數(shù)NOx排放要求。使用無毒尿素溶液的關鍵噴入方式，SNCR工藝采用無毒的尿素溶液作為反應劑，將其噴入高溫煙氣中，從而減少NOx排放，其副產(chǎn)物是水、氮氣、二氧化碳、其它無毒氣體和通常的煙道氣成分；（3）化學藥劑條件尿素溶液的儲存、運輸和處理不需要特殊的安全防護措施。當使用高硬度的水稀釋時，F(xiàn)uelTech推薦使用NOxOUTA溶液（它是濃度為50%的尿素溶液，添加少量的特殊化學物質(zhì)進行穩(wěn)定），以加強尿素霧化，將由于時間、溫度和水中雜質(zhì)造成的尿素沉淀減小到最低程度。為了取得高的NOx還原效率并將氨逃逸降到最低，應該滿

12、足下述條件：1. 具有強的穿透能力和合理液滴尺寸的還原反應劑充分分布，與煙氣中的NOx 混合良好。2. 在反應區(qū)內(nèi)可維持適當溫度范圍的右方原則 (the Right-side Principle) 。3. 在反應區(qū)內(nèi)可獲得足夠的停留時間。4. 具有良好響應特性的對負荷變化敏感能跟隨的自控系統(tǒng)。從SNCR系統(tǒng)逃逸的氨可能來自兩種情況，一是由于噴入點煙氣溫度低影響了氨與NOx的反應；另一種可能是噴入的還原劑過量或還原劑分布不均勻。還原劑噴入系統(tǒng)必須能將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位，因為NOx的分布在爐膛對流斷面上是經(jīng)常變化的，如果噴入控制點太少或噴到爐內(nèi)某個斷面上的氨不均勻，則會出現(xiàn)分布較高的氨逃

13、逸量。在較大的燃煤鍋爐中，還原劑的均勻分布則更困難，因為較長的噴入距離需要覆蓋相當大的爐內(nèi)截面。為保證脫硝反應能充分地進行，以最少的噴入NH3量達到最好的還原效果，必須設法使噴入的NH3與煙氣良好地混合。若噴入的NH3不充分反應，則逃逸的NH3與SNCR工藝一樣不僅會使煙氣中的飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，而且煙氣中NH3遇到SO3會產(chǎn)生NH4HSO4易造成空氣預熱器堵塞，并有腐蝕的危險。但是，由于SNCR工藝中沒有催化劑，不會使煙氣中SO3濃度增加2-6倍。在相同的逃逸氨濃度時，形成（NH4）2SO4和NH4-HSO4的可能性較SCR低2,6倍。因此，SNCR工藝的逃逸氨一般控制在515

14、ppm以下，而SCR工藝則必須控制在15 ppm。SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為30%60%，受鍋爐結構尺寸影響很大，可用作低NOx燃燒技術的補充處理。美國的SNCR技術在燃煤電廠的工業(yè)應用是在80年代開始的，目前世界上SNCR工藝在燃煤電廠的總裝機容量在25GW和100臺機組以上。圖2為一個典型的SNCR工藝布置圖，它由還原儲槽、多層還原劑噴入裝置和與之相匹配的控制儀表等組成。SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過程是由下面四個基本過程完成： 接收和儲存還原劑； 還原劑的計量輸出、與水混合稀釋； 在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑； 還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。圖2 SNCR工藝流程示意圖. 主要設備

15、說明HFD高流量和循環(huán)裝置此一裝置是包括完整自行的高流量、高壓輸送、并包括過濾 NOxOUT A 化學還原劑的設備， 把NOxOUT A輸送到IZM-3-WM墻式噴射層與MNL層計量站裝置。 此一裝置在工業(yè)鍋爐和點站鍋爐上是有多功能的，這些功能包括: 供給化學還原劑需要輸送的壓力到IZM-3-WM 墻式噴射層與MNL層 計量站裝置; 過濾 NOxOUT A以防止阻塞; 供給溶液水需要的熱量以防NOxOUT A結晶; 保持NOxOUT A液循環(huán); 為近程或遠程控制和監(jiān)測系統(tǒng); 供給作內(nèi)函的重復系統(tǒng), 以保持聯(lián)續(xù)操作。此一裝置有兩個多級離心泵，在線過濾器，在線加熱器，及所有的壓力、溫度、流速、高度

16、儀表/遠程控制 NOxOUT® U HFD循環(huán)及NOxOUT A儲存系統(tǒng)。DWP稀釋水泵裝置此一裝置是高流量、高壓輸送控制把過濾稀釋水輸送到IZM-2-WM墻式噴射層與 MNL層計量站裝置。此一裝置的主要功能是供給稀釋水所需的壓力和控制到 IZM-2-WM注射/噴射區(qū)內(nèi)。使用背壓和多級離心泵可依應用系統(tǒng)的要求來調(diào)試控制此工藝。此外，過濾的稀釋水可防止阻塞、保持聯(lián)續(xù)操作。此一裝置有兩個多級離心泵，在線過濾器，壓力控制閥，在線加熱器，及所有的壓力、流速儀表/遠程控制NOxOUT® U 稀釋水壓力泵裝置。 此一裝置是先裝配好 并在廠家檢測過的，裝在一不銹鋼底盤上。電器的部分是用N

17、EMA4或NEMA4x等級，及NFPA, NEC, IEEE等規(guī)格的電器標準。所有部件，除了在線過濾器是銅制外， 均是304或 316 不銹鋼的。IZM-3-噴射區(qū)計量站裝置噴射區(qū)計量裝置是一級裝置，用于精確計量和獨立控制到鍋爐或焚化爐內(nèi)每個噴射區(qū)的NOxOUTA反應劑濃度。該裝置采用獨立的化學劑流量控制，通過區(qū)域壓力控制閥與就地PLC控制器的結合，為復雜的應用情況提供所需的高水平的控制。該裝置連接并響應來自于機組燃燒控制系統(tǒng)、NOx和氧監(jiān)視器的控制信號，自動調(diào)節(jié)反應劑流量，對NOx水平、鍋爐負荷、燃料或燃燒方式的變化做出響應，打開或關閉噴射區(qū)或控制其質(zhì)量流量。每一個區(qū)子裝置可相互獨立地進行運

18、行和控制，該特性允許隔離每個子裝置進行維修且不會嚴重影響工藝性能或總體的NOx還原效果。噴射區(qū)計量裝置標準的單元包括一個不銹鋼自由基座、主連鎖跳閘盤、儀表和霧化空氣壓力開及儀表空氣調(diào)節(jié)器。每一個區(qū)裝置包括：帶有就地/遠方選擇器的就地控制盤、化學劑和水的磁流量表、手動和自動噴射區(qū)隔絕閥、化學劑和水的控制閥以及嵌入式靜態(tài)混合器。SLP3-Dx 墻式噴射器分配裝置SLP3-Dx-CN （墻式噴射器分配裝置）是放在噴射器前（通常在同一高度），引導并檢查噴射器性能的分配化學還原劑裝置。霧化空氣和冷卻空氣由此一裝置注入。它們是為了安裝方便已組成好并是及多管型的。另外，此一分配裝置還包括需要的面板。完整的安

19、裝和檢測，包括流速和壓力顯示和壓縮空氣和化學還原劑量調(diào)閥或表。每一面板均為了就地流速調(diào)節(jié)方便，擺在一單立式的不銹鋼底盤上和有多格珊管式組裝。SLP3-I-NFTL 標準墻式噴射器組件每一個噴射器組件都具有適合的尺寸和特性，保證達到必須的NOx減排所需的流量和壓力。噴射器全部用316L 不銹鋼制造，噴嘴頭和冷卻護套一般是3/4” 管材 （外徑0.750”壁厚0.065”）。內(nèi)部霧化管一般是3/8” 管材，標準長度為 2.5。每個裝配還包括美國燃料技術公司的空氣霧化噴射器、用于插入調(diào)整的適配器、用于連接鍋爐支撐的連接件、快裝接頭和用于化學劑和霧化空氣管路連接的6長鋼絲編織可彎曲軟管。MNL能帶伸縮

20、機構多噴嘴槍噴射器用于在標準的墻式噴射器不能提供適當?shù)母采w的區(qū)域提供化學劑覆蓋。每一個MNL配有一個伸縮機構，當噴射器不使用、冷卻水流量不足、冷卻水溫度高或霧化空氣流量不足時，將其從鍋爐中抽出。該噴槍在其后座采用空氣霧化原理，它包含數(shù)對噴嘴，這些噴嘴沿噴槍的長度按一定間隔排列，將化學劑細霧送入鍋爐煙氣中。噴槍的長度可以改變，插入長度可達 11。為了較充分地利用化學劑和控制氨漏失，可改變噴嘴沿噴槍的長度的間距。 該噴槍外管內(nèi)封裝許多內(nèi)管，這些內(nèi)管用以將冷卻水在噴槍內(nèi)循環(huán)，將噴槍溫度降到最低。每根內(nèi)管向一對噴嘴供水。該噴槍需要一個用來控制到噴槍的化學劑混合物和空氣流量的分配控制盤，一個用來監(jiān)視和控

21、制冷卻水流量和溫度以及伸縮機構的控制盤。標準的MNL通過直徑為5.5”的開口插入。伸縮機構類似于吹灰器的伸縮機構。這些噴槍和伸縮機構根據(jù)每一個工程項目的情況特別定制，以滿足工藝學部門提出的所需的化學劑覆蓋。MNL-DM2 與MNL伸縮機構的分配裝置 多噴嘴槍分配裝置安裝在多噴嘴噴槍(MNL)的前面，用來控制到每兩個MNL的霧化/冷卻空氣、混合的化學劑和冷卻水的流量?？諝?、混合的化學劑可以在該裝置上調(diào)節(jié)，達到適當?shù)目諝?液體質(zhì)量比率，取得最優(yōu)的NOx還原效果。該系統(tǒng)可以在就地控制盤上操作，也可以從計量裝置PLC或用戶DCS系統(tǒng)進行遠方操作。MNL-DM3控制MNL的伸縮和到每個MNL的霧化/冷卻

22、空氣、混合的化學劑和冷卻水的流量。該裝置包括：基于繼電器的控制盤、NEMA4X控制柜和帶有外部操作機構的主控制盤斷路器、不銹鋼基座制動器（skids）、馬達驅(qū)動的混合化學劑、霧化空氣和冷卻水球閥、溫度組件、冷卻水溫度指示器、檢測霧化空氣流量的壓力開關、壓力指示器、混合化學劑流量指示器、冷卻水壓力調(diào)節(jié)器和冷卻水流量指示器。 MNL空氣調(diào)節(jié)閥空氣壓力控制回路調(diào)節(jié)MNL的空氣壓力，維持適當?shù)撵F化空氣壓力。該壓力控制閥維持MNL及MNL分配裝置的調(diào)節(jié)器上游的足夠的空氣壓力。MNL冷卻水調(diào)節(jié)裝置對于MNL之壓力控制回路所調(diào)節(jié)之冷卻水壓力，乃為了維持適當之流量與溫度。該壓力回路在MNL下游及MNL分配裝置之調(diào)節(jié)器內(nèi)，維持了足夠的冷卻水壓力，以調(diào)整維持適當之流量與溫度。MNL冷卻水空氣凈化調(diào)節(jié)器MNL冷卻水空氣凈化調(diào)節(jié)器是為了把管路中的水，在鍋爐離線不操作時沖出，此調(diào)節(jié)器會供給過濾空氣到MNL冷卻水管路。溫度監(jiān)測裝置美國燃料技術公司提供的溫度監(jiān)測系統(tǒng)為一連續(xù)性光學監(jiān)視器，設計用來監(jiān)測爐膛內(nèi)煙氣溫度。溫度監(jiān)測器感應從飛灰粒子