脫硝設備 

SNCR法集成脫硝泵站

SNCR法集成脫硝泵站內部結構

SNCR法集成脫硝泵站使用現(xiàn)場

SNCR法尿素溶液脫硝噴槍

　　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(chǎn)、生活中所用的煤、石油等燃料燃燒的產(chǎn)物。NOx的危害主要有以下方面：

　　（1）嚴重影響人類身體健康，NO能與血液中血紅蛋白發(fā)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(jīng)組織；

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

　　（3）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(chǎn)生危害，據(jù)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(huán)保要求的不斷嚴格，我國煤炭使用行業(yè)迎來了史上最嚴格的環(huán)保標準。因此，NOx的控制和減排已經(jīng)是煤炭行業(yè)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(qū)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(yōu)點

　　1. 投資成本低，不使用催化劑，運行成本低，經(jīng)濟優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)生液體或固體廢料。

　　5、比較適合我國現(xiàn)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(wěn)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(fā)生在一特定的溫度范圍內（最佳的反應溫度區(qū)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。可見溫度過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(xiàn)場實地測量后，根據(jù)數(shù)據(jù)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(fā)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(yè)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(shù)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(fā)、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(tài)的氨在鍋爐的停留時間長短取決于鍋爐的尺寸、煙氣流經(jīng)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(xiàn)場數(shù)據(jù)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(jīng)濟NSR一般控制在1.2-1.5左右。

　　（5） 其他因素

　　煙氣中氧含量、初始NOx的含量， 還原劑類型和狀態(tài)等都會影響脫硝效率的高低。

　　三、SNCR尿素脫硝站系統(tǒng)方案

　　3.1  技術規(guī)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(tǒng)滿足全天24小時連續(xù)運行，年運行時間大于8000小時。

　?。?）SNCR脫硝系統(tǒng)使用壽命不低于30年。

　?。?）脫硝裝置可用率不低于98%。

　?。?）系統(tǒng)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(tǒng)采用PLC自動控制系統(tǒng)；

　　（9） SNCR設計出口NOx濃度不大于200mg/Nm3。

　　根據(jù)我公司長期以來對脫硝行業(yè)的深入研究以及多套脫硝系統(tǒng)建設的經(jīng)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(fā)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(yōu)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(jù)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(jīng)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(jīng)靜態(tài)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(jīng)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(tǒng)組成

　　我公司設計的集成式脫硝站系統(tǒng)主要包括：尿素溶解系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、混合加壓分流系統(tǒng)、噴射霧化系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)。其中噴射霧化系統(tǒng)安裝在鍋爐位置，自動控制系統(tǒng)可統(tǒng)一安裝在機房內。

　　3.3.1 尿素溶解系統(tǒng)

　　尿素溶解系統(tǒng)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(tǒng)的第一步。固體尿素運來后放于廠房內存儲，現(xiàn)場工人根據(jù)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(jīng)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(xiàn)場顯示和遠傳）、液位計（現(xiàn)場顯示和遠傳）等檢測設備，對溶解罐進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和現(xiàn)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(tǒng)

　　該系統(tǒng)主要由尿素溶液存儲罐、電加熱器、儲罐上的液位計（現(xiàn)場顯示和遠傳）和溫度計（現(xiàn)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(tǒng)連續(xù)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(shù)據(jù)監(jiān)測和現(xiàn)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(tǒng)

　　該部分主要由加壓計量泵站、混合器、電動調節(jié)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(jīng)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(xiàn)場顯示和遠傳，通過反饋信號調節(jié)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(shù)據(jù)，保證壓力正常。

　　2、計量調節(jié)主要由電動調節(jié)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(jiān)測將信號數(shù)據(jù)反饋給調節(jié)閥，調節(jié)閥根據(jù)反饋的氮氧化物數(shù)據(jù)自動調節(jié)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(tǒng)。

　　3.3.4 噴射霧化系統(tǒng)

　　噴射霧化系統(tǒng)是整個系統(tǒng)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(qū)提供的壓縮空氣首先接到我方的壓縮空氣組件，經(jīng)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(wěn)定的壓縮空氣來完成尿素溶液的霧化。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)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(jīng)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(chǎn)的FT型高效脫硝噴槍是省環(huán)保部門認定產(chǎn)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(chǎn)品，深受廣大用戶青睞。

　　3.3.5 自動控制系統(tǒng)

　　我公司技術人員，研發(fā)的脫硝專用自動控制系統(tǒng)由工程師站、現(xiàn)場控制柜和計量監(jiān)測儀表組成，控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)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(tǒng)根據(jù)采集的相關信號，控制、調節(jié)各個設備的運行，實現(xiàn)高效脫硝。也可根據(jù)客戶要求使用DCS中控控制。

　　控制系統(tǒng)核心元器件采用ABB變頻器、西門子PLC、施耐德繼電器等產(chǎn)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(wěn)定，安全性高。

　　控制方式有現(xiàn)場自動控制、現(xiàn)場手動控制、中控自動控制、中控手動控制，既可以在現(xiàn)場無人的情況下完成對整個系統(tǒng)的操作，又可以在現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)任何一個設備或模塊出現(xiàn)故障時提供及時的警示，避免造成大的影響，保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定長期的運行。