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1、中国大唐集团科技工程有限公司China Datang Technologies & Engineering Co.,Ltd .华能伊敏电厂三期扩建工程2600MW脱硝装置培训教材 华能伊敏电厂三期扩建工程2600MW脱硝装置SNCR脱硝系统培训教材中国大唐集团科技工程有限公司二一年九月审核： 校审： 编制： 1目 录前 言11.概述21.1 脱硝基本技术及概念22.SNCR脱硝技术方案52.1本工程SNCR烟气脱硝技术52.2 本工程SNCR脱硝设计条件102.3主要性能指标162.4 工艺流程图172.5布置图192.6 KKS标识系统222.7 脱硝系统主要设备243.分系统介绍303.1
2、 SNCR系统303.2 工艺系统313.3脱硝热工自动化部分373.4 电气系统464.调试及运行534.1 脱硝系统调试内容及方法534.2 调试技术措施574.3 设备、系统调整试运的原则方案58前 言中国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤在一次能源中占75，其中84以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮氧化物(NOx)，是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面：(1)NOx对人体的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；(2)NOx对植物的损害；(3)NOx是形成酸雨、酸雾的主要污染
3、物；(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾；(5)NOx参与臭氧层的破坏。据中国环境状况公报显示，2005年全国氮氧化物的产量已达到1700万吨左右，而未来30年中国NOx排放量将继续呈稳步增长的趋势，如果不采取措施，到2010年、2020年、2030年，全国能源消费导致的NOx排放量将分别达到16771853万吨、23632914万吨和31544296万吨，到2020年前后中国将超过美国成为世界第一大NOx排放国。解决环境保护面临的巨大压力已是刻不容缓。随着国内社会经济的发展、科技的进步，人民们生活水平的日益改善，社会对环境的重视达到了空前的高度。在国家能源环保政策的鼓励下，烟气脱硝装置继
4、脱硫装置后成为了电厂建设的不可或缺的组成部分。这对我国的电力事业的发展包括设计、运行和维护等提出了新的要求。本教材所描述的工艺流程及设备参数，主要针对华能伊敏电厂三期扩建工程2600MW脱硝装置。根据华能伊敏电厂与中国大唐集团科技工程有限公司签订的华能伊敏电厂三期扩建工程2600MW脱硝装置合同，大唐科技和福泰克公司编写了这本培训教材，用于对业主方有关技术人员进行培训，以便使电厂有关人员对电厂烟气脱硝有个比较全面的、系统的认识，保证烟气脱硝系统的安全、稳定而高效的运行，进而保证电厂整体系统的安全、高效的运行。本手册仅供华能伊敏电厂SNCR脱硝系统培训使用，属于大唐科技技术保密资料，不得向第三方
5、泄露本手册及部分手册内容。1. 概述氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的NOx有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和 N2O5，其中NO和NO2是重要的大气污染物，另外还有少量N2O。我国氮氧化物的排放量中70来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。在煤的燃烧过程中，NOx的生成量和排放量与燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。燃烧形成的NOx可分为燃料型、热力型和快速型3种。其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计。(1)热力型NOx，指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx。当炉膛温度
6、在1350以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx，当温度足够高时,热力型NOx 可达20 %。过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx 的生成有很大影响。(2) 燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx。其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%90%。过量空气系数越高, NOx的生成和转化率也越高。(3)快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃,与燃烧空气中的N2 发生反应，形成的CN和HCN继续氧化而生成的NOx。在
7、燃煤锅炉中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氢燃料时才予以考虑。在这三种形式中，快速型NOx所占比例不到5；在温度低于1300时，几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。1.1 脱硝基本技术及概念降低NOx排放主要有两种措施。 一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低NOx燃烧技术；二是对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。1.1.1 低NOx燃烧技术为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施
8、原则为：(1)降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；(2)降低燃烧温度，防止产生局部高温区；(3)缩短烟气在高温区的停留时间等。低NOx燃烧技术主要包括：低过量空气系数、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。低氮燃烧技术的脱硝效率仅有2540，单靠这种技术已无法满足日益严格的环保法规标准。对我国脱硝而言，烟气脱硝技术势在必行。1.1.2 烟气脱硝技术由于炉内低氮燃烧技术的局限性, 对于燃煤锅炉，采用改进燃烧技术可以达到一定的除NOx 效果,但脱除率一般不超过60%。使得NOx 的排放不能达到令人满意的程度,为了进一步降低NOx 的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝
9、处理。目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半干法和湿法三类。其中干法包括选择性非催化还原法(SNCR) 、选择性催化还原法(SCR) 、电子束联合脱硫脱硝法；半干法有活性炭联合脱硫脱硝法；湿法有臭氧氧化吸收法等。就目前而言，干法脱硝占主流地位。其原因是：NOx与SO2相比，缺乏化学活性，难以被水溶液吸收；NOx 经还原后成为无毒的N2和H2O，脱硝的副产品便于处理；NH3和尿素是良好的还原剂。湿法与干法相比，主要缺点是装置复杂且庞大；排水要处理，内衬材料腐蚀，副产品处理较难，电耗大(特别是臭氧法)，因而在大机组的烟气脱硝上目前没有应用。1.1.2.1选择性催化还原法(SCR)在众多的脱硝技术
10、中，选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高，是最为成熟的脱硝技术之一，其原理是在一定的温度和催化剂的作用下，还原剂(NH3、尿素等)在通过催化剂在用下，有选择地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的N2和H2O。工业应用的还原剂主要是氨，其次是尿素。SCR脱硝系统在火电厂置于锅炉之后的省煤器与空气预热器之间 属于“高含灰”布置方式，需要设置SCR反应器并装填适量体积的脱硝催化剂。以氨为还原剂的SCR反应如下NO+NO22NH32N2+3H2O4NO+4NH3O24N2+6H2O1.1.2.2选择性非催化还原法（SNCR技术）NOxOUT是美国燃料公司尿素SNCR工艺的注册名称。它一种通过燃烧减少
11、NOx的方法，这种方法通过向锅炉、火炉、焚化炉或加热器的燃烧气体中加入配置好的NOxOUT尿素溶液或其它药剂来减少NOx。NOxOUT 所采用的是一种50%的尿素溶液。1976至1981年，在美国电力研究协会的赞助下，使用尿素控制氮氧化物的技术得到了发展。Fuel Tech是美国电力研究协会在尿素技术方面的独家代理。这项技术提供了热力学和动力学方面关于氮氧化物和尿素的化学反应的信息，主要的反应如下：CO(NH2)2+2NO+1/2O22N2+CO2+2H2OUrea+Nitrogen Oxide+OxygenNitrogen+Carbon Dioxide+Water氮氧化物的去除效率和氨氮摩尔
12、比有关系。比率如下：氨氮摩尔比=NH3 摩尔数/ NOx摩尔数影响过程性能的主要因素是烟气温度和药剂种类。氮氧化物的还原反应对温度很敏感；低温比最佳温度更容易生成副产品。尿素溶液需要在最合适的温度下发挥它的最佳性能。NOxOUT工艺是根据现场测试、计算机流体动力学和计算机动力模块而设计的。计算机流体动力学模拟一个设备的烟气流量和温度而计算机动力模块在流体动力学模拟的烟气流量和温度下计算尿素和氮氧化物形成的反应。这两个模块的组合决定最适宜的温度范围和最适宜的喷射尿素溶液的方式。通过估算氮氧化物数进行模块分析，来决定所采用的喷射尿素溶液的方法对于整个工艺来讲是否合适。所用药剂种类由Fuel Tec
13、h改进的化学注入器决定。通过使用压缩空气，这些注入器将NOxOUT药剂喷入锅炉炉膛。喷入的雾滴尺寸和喷射范围能使NOxOUT药剂和烟气中的NOx充分接触。多年的现场测试表明NOxOUT工艺适用于不同型号、使用不同燃料类型的设备。这个过程在使用煤、油、气、木、城市固体和危险废物等燃料时得到了充分的证明。整装锅炉、过程加热器、焚化炉、循环或旋涡流化层床，废热锅炉和实用锅炉，这些设备的尺寸和型号都不一样。由于是后燃烧过程，所以设备的大小、型号和燃料型号对过程有一些影响但不是主要的。同第一代NOx控制技术相比NOxOUT过程具有明显的优势，如主要设备：喷射器就有很大的改进，这些优势主要归纳如下：a）使
14、用无毒、无危险的化学物质。b）由于减少了系统压缩机和储氨设备，从而降低了设备投资。c）由于减少了蒸汽或压缩空气用量，从而降低了运行成本。尿素可以更易于有效控制喷射和化学分配，从而能达到更好的化学反应效果。NOxOUT工艺包括药剂储存、运输、计量和喷射系统。注射系统用来将NOxOUT溶液注入锅炉的炉膛。这个系统由几个模块组成。这些模块的功能应能适应NOxOUT工艺。在本项目中大唐科技和Fuel Tech合作，由 Fuel Tech提供NOxOUT的（效用）系统。这个系统主要由下面的部件/模块组成：1. NOxOUT高流量循环模块2.稀释水压力控制模块3.计量分配模块4.墻喷分配模块5.多喷嘴喷枪
15、分配模块6.多喷嘴枪2. SNCR脱硝技术方案2.1本工程SNCR烟气脱硝技术2.1.1 SNCR烟气脱硝技术原理SNCR是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂。还原剂喷入炉膛温度为8001250的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。在8001250范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为： NH3为还原剂:4 NH3 + 4NO +O2 4N2 + 6H2O 尿素为还原剂:2NO+CO（NH2）2+1/2O22N2+CO2+2H2O不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。下图为一个典型的SNCR工艺布置图，它由还原储槽、多层还原剂喷入装置和与之相匹配的控制仪表等组成。SNCR系统烟气脱
