SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計西安熱工研究院有限公司Xi’anThermalPowerResearchInstituteCo.,Ltd.二○一二年八月二十日張強[博士,研究員]

SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計污染物與污染負荷新建鍋爐加裝SCR脫硝系統(tǒng)時，設(shè)計工況宜采用BMCR工況下的煙氣量，NOx和煙塵濃度為設(shè)計值時的煙氣參數(shù)；校核工況宜采用BECR工況下煙氣量，NOx和煙塵濃度為最大值時的煙氣參數(shù)。已建鍋爐加裝SCR脫硝系統(tǒng)時，其設(shè)計工況和校核工況宜根據(jù)脫硝系統(tǒng)入口處實測煙氣參數(shù)確定，并考慮燃料的變化趨勢。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)的總平面布置、豎向布置、管線綜合布置、綠化規(guī)劃等，應(yīng)與火電廠的總體設(shè)計相協(xié)調(diào)，并滿足：（1）工藝流程合理，煙道短捷，滿足防火、防爆的要求；（2）交通運輸方便；（3）處理好脫硝系統(tǒng)與電廠設(shè)施、生產(chǎn)與生活、生產(chǎn)與施工之間的關(guān)系；（4）方便施工，有利于維護檢修；（5）充分利用廠內(nèi)公用設(shè)施；（6）節(jié)約用地，工程量小，運行費用低。按照HJ/T75的要求進行連續(xù)監(jiān)測。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計總平面布置一般規(guī)定總平面布置應(yīng)遵循設(shè)備運行穩(wěn)定、管理維修方便、經(jīng)濟合理、安全等?？偲矫娌贾脩?yīng)考慮的因素包括：脫硝島的平面豎向布置、污染物處理處置工藝單元的構(gòu)筑物安排、綜合管線的布置等。架空管線、直埋管線與島外溝道相接時，應(yīng)在設(shè)計分界線處標明位置、標高、管徑或溝道斷面尺寸、坡度、坡向管溝名稱、引向何處等。有汽車通過的架空管道凈空高度為5.0m，室內(nèi)管道支架梁底部通道處凈空高度不低于2.2m。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計還原劑區(qū)布置一般規(guī)定還原劑區(qū)可布置于廠區(qū)內(nèi)，也可布置于廠區(qū)外。新建電廠還原劑儲存應(yīng)納入廠區(qū)總平面布置統(tǒng)籌規(guī)劃，并宜考慮機組再擴建時的條件。改、擴建電廠場地布置困難時，還原劑儲存可布置在廠外，但選址要求應(yīng)符合安全規(guī)定。采用液氨作為還原劑時，還原劑區(qū)應(yīng)單獨設(shè)置圍欄，設(shè)明顯警示標記，并考慮疏散距離。還原劑區(qū)地坪宜低于周圍道路標高。液氨儲罐區(qū)宜設(shè)環(huán)形消防道路，場地困難時，可設(shè)盡頭式道路，但應(yīng)設(shè)回轉(zhuǎn)場地。還原劑區(qū)的設(shè)備宜室外布置，液氨儲罐應(yīng)設(shè)置防止陽光直射的遮陽棚，遮陽棚的結(jié)構(gòu)應(yīng)避免形成可集聚氣體的死角。還原劑區(qū)內(nèi)場地應(yīng)設(shè)水沖洗裝置，在低處設(shè)截水溝集中排至廢水坑。還原劑區(qū)內(nèi)電氣柜小室電纜進線溝應(yīng)進行隔離處理，防止泄露的氨氣進入電氣柜小室。當采用尿素作為還原劑時，絕熱分解室或水解反應(yīng)器可布置在還原劑區(qū)或就近布置在SCR反應(yīng)器區(qū)。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計反應(yīng)器區(qū)布置一般規(guī)定反應(yīng)器宜布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，并靠近鍋爐本體。對新建或擴建機組，反應(yīng)器宜垂直布置在空氣預(yù)熱器上方。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計工程構(gòu)成SCR脫硝工程主要包括：還原劑系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、公用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。還原劑系統(tǒng)包括還原劑儲存、制備、供應(yīng)等設(shè)備。催化反應(yīng)系統(tǒng)包括煙道、氨的噴射及混合裝置、稀釋空氣裝置、反應(yīng)器、催化劑等。公用系統(tǒng)包括蒸汽系統(tǒng)、廢水排放系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。輔助系統(tǒng)包括電氣系統(tǒng)、熱工自動化系統(tǒng)、采暖及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)等。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計工藝設(shè)計一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)應(yīng)與鍋爐負荷變化相匹配。脫硝系統(tǒng)不得設(shè)置反應(yīng)器旁路。在催化劑最大裝入量情況下的設(shè)計脫硝效率不應(yīng)低于80%。氨逃逸濃度應(yīng)不大于2.5mg/m3。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率應(yīng)不大于1%。系統(tǒng)可用率應(yīng)不小于98%，使用壽命和大修期應(yīng)與發(fā)電機組相匹配。脫硝系統(tǒng)應(yīng)能在鍋爐最低穩(wěn)燃負荷和BMCR之間的任何工況持續(xù)安全運行，當鍋爐最低穩(wěn)燃負荷工況下煙氣溫度不能達到催化劑最低運行溫度時，應(yīng)從省煤器上游引部分高溫煙氣直接進入反應(yīng)器以提高煙氣溫度。脫硝系統(tǒng)的煙氣壓降宜小于1400Pa，系統(tǒng)漏風(fēng)率不宜大于0.4%。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計脫硝系統(tǒng)流程SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計還原劑系統(tǒng)一般規(guī)定還原劑主要有液氨、尿素和氨水，其選擇應(yīng)按照項目環(huán)境影響評價文件、安全影響評價文件的批復(fù)確定。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計液氨還原劑液氨運輸工具宜采用專用密封槽車。液氨卸料可通過氨卸料壓縮機進行，在與槽車接口處設(shè)置與排放系統(tǒng)相連的管道，用于卸氨前后排出管道中空氣。液氨儲存和制備裝置應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。在地上、半地下儲罐或儲罐組，應(yīng)設(shè)置非燃燒、耐腐蝕材料的防火堤。還原劑區(qū)應(yīng)安裝相應(yīng)的氣體泄漏檢測報警裝置、防雷防靜電裝置、相應(yīng)的消防設(shè)施、儲罐安全附件、急救設(shè)施設(shè)備和泄漏應(yīng)急處理設(shè)備等。液氨儲罐容量宜按照全廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計工況下連續(xù)運行5d~7d（每天24h）所需要的氨氣用量來設(shè)計。氨氣制備裝置（液氨蒸發(fā)器）的出力應(yīng)按設(shè)計工況下氨氣消耗量的120％設(shè)計。還原劑區(qū)應(yīng)有控制氨氣二次污染的措施。氨儲存設(shè)備及運輸管道上應(yīng)有氮氣輸入管道。還原劑區(qū)的設(shè)備宜采用氣動執(zhí)行機構(gòu)。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計尿素還原劑尿素制氨系統(tǒng)有水解和熱解兩種方式。尿素制氨系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)、穩(wěn)定地供應(yīng)脫硝運行所需要的氨氣流量，并滿足負荷波動對氨供應(yīng)量調(diào)整的響應(yīng)要求。尿素顆粒儲倉可按1個設(shè)計，容量宜按全廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計工況下連續(xù)運行3d~5d（每天24h）所需要的氨氣用量來設(shè)計。由尿素顆粒儲倉到尿素溶解罐的輸送管路應(yīng)設(shè)有關(guān)斷裝置和避免堵料的措施。尿素溶解罐宜布置在室內(nèi)，尿素溶液儲存罐可布置在室外，各設(shè)備間的連接管道應(yīng)保溫。所有接觸到尿素溶液的設(shè)備等材料宜采用不銹鋼材質(zhì)。當采用尿素水解工藝制備氨氣時，尿素水解反應(yīng)器的出力宜按脫硝系統(tǒng)設(shè)計工況下氨氣消耗量的120％設(shè)計。當采用熱解工藝制備氨氣時，每套反應(yīng)器應(yīng)設(shè)置1臺絕熱分解室，分解室進出口氣體分配管道宜設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門，分解室和計量分配裝置應(yīng)靠近反應(yīng)器布置。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計氨水還原劑采用氨水作為還原劑時，宜采用20%~25%濃度的氨水溶液。氨水運輸工具宜采用專用密封槽車。氨水的卸料采用卸載泵。所有與氨水溶液接觸的設(shè)備、管道和其他部件宜采用不銹鋼制造。氨和空氣的混合氣體的溫度應(yīng)高于水冷凝溫度。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計氨區(qū)管道所有可能與氨接觸的管道、管件、閥門等部件均應(yīng)嚴格禁銅。液氨管道上應(yīng)設(shè)置安全閥。所有接觸到尿素溶液的泵和輸送管道等材料宜采用不銹鋼材質(zhì)。所有管道應(yīng)充分考慮冬季防寒、防凍的措施，防止各輸液管道冰凍。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計反應(yīng)器系統(tǒng)反應(yīng)器和煙道反應(yīng)器本體為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，宜采用與鍋爐本體相同的封閉方式，其外壁應(yīng)保溫。露天布置時，保溫層應(yīng)采取防雨設(shè)施。反應(yīng)器內(nèi)煙氣流場均勻，流速一般取4m/s～6m/s。反應(yīng)器平面尺寸應(yīng)根據(jù)煙氣流速確定，并根據(jù)催化劑模塊大小及布置方式進行調(diào)整。反應(yīng)器有效高度應(yīng)根據(jù)模塊高度、模塊層數(shù)、層間凈高、吹灰裝置、煙氣整流隔柵高度等情況綜合考慮決定。反應(yīng)器入口段應(yīng)設(shè)導(dǎo)流板，反應(yīng)器出口應(yīng)設(shè)收縮段，其傾斜角度應(yīng)能避免該處積灰。在反應(yīng)器側(cè)壁對應(yīng)催化劑部位應(yīng)設(shè)置催化劑裝載門和人孔。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計反應(yīng)器內(nèi)催化劑的支架應(yīng)可兼作催化劑安裝時的滑行導(dǎo)軌，并與安裝或更換催化劑模塊的專用工具相匹配。反應(yīng)器本體可采用整體懸掛方式或支撐方式。如采用支撐方式，則應(yīng)充分考慮反應(yīng)器本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫差應(yīng)力、支架熱脹引起的對承重鋼架的水平推力等影響。反應(yīng)器區(qū)應(yīng)設(shè)檢修起吊裝置，起吊高度應(yīng)滿足爐后地坪至反應(yīng)器最上層催化劑進口的起吊要求，起吊重量按催化劑模塊重量確定。反應(yīng)器本體外周應(yīng)設(shè)平臺作為人行通道，平臺可采用格柵或花紋鋼板兩種形式；采用格柵平臺時載荷取2kN/m2，采用花紋鋼板時，應(yīng)視情況考慮雪載荷和飛灰沉積載荷；如催化劑在平臺上移動，應(yīng)考慮催化劑重量。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計催化劑催化劑可選擇蜂窩式、板式、波紋式或其他形式。催化劑形式、催化劑中各活性成分含量以及催化劑用量一般應(yīng)根據(jù)具體煙氣工況、灰質(zhì)特性和脫硝效率確定。便于運輸、安裝、更換，催化劑應(yīng)制成模塊。催化劑各層模塊應(yīng)規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性，且應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)框架，并便于運輸、安裝和起吊。催化劑模塊應(yīng)設(shè)計有效防止煙氣短路的密封，密封的壽命不低于催化劑的壽命。每一層催化劑均應(yīng)設(shè)置可拆卸的催化劑測試元件。失效催化劑可采用再生或無害化處理。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計稀釋系統(tǒng)稀釋空氣量應(yīng)按設(shè)計和校核工況中的較大耗氨量、稀釋后混合氣體中的氨氣的體積濃度不高于5％進行設(shè)計。稀釋空氣可由一次送風(fēng)機的出口或空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)引出，也可通過設(shè)計專用稀釋風(fēng)機提供。當采用稀釋風(fēng)機時，稀釋風(fēng)機按兩臺100％容量（一用一備）或三臺50%（兩用一備）設(shè)置。稀釋風(fēng)機流量應(yīng)在設(shè)計計算基礎(chǔ)上考慮10%裕量，壓頭應(yīng)在管路阻力計算基礎(chǔ)上考慮20%裕量。稀釋風(fēng)道內(nèi)介質(zhì)流速按8m/s~15m/s設(shè)計，在噴氨點下游宜裝設(shè)靜態(tài)混合器或采用其他增強混合的方式。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計混合氣體噴射系統(tǒng)混合氣體噴射系統(tǒng)可采用噴氨格柵或靜態(tài)混合器?；旌蠚怏w一般以分區(qū)方式噴入煙氣，每個區(qū)域系統(tǒng)應(yīng)具有均勻穩(wěn)定的流量特性，并具有獨立的流量控制和測量手段?；旌蠚怏w噴射系統(tǒng)及反應(yīng)器設(shè)計應(yīng)通過數(shù)值模擬和物模試驗進行驗證?；旌蠚怏w噴射系統(tǒng)主管道上的流量調(diào)節(jié)閥材料應(yīng)滿足設(shè)計條件。噴氨格柵應(yīng)設(shè)計防止被固體灰份堵塞的措施和防磨措施。最低噴氨溫度根據(jù)煙氣條件確定，并不低于催化劑要求的最低運行溫度。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計吹灰及除灰在反應(yīng)器入口宜設(shè)置灰斗，灰斗可與省煤器灰斗合并考慮。反應(yīng)器內(nèi)部吹灰方式可采用蒸汽吹灰或聲波吹灰等方式。應(yīng)考慮反應(yīng)器出口煙道布置情況、煙氣中飛灰濃度、煤粉細度等因素，如可能積灰，則應(yīng)設(shè)置除灰系統(tǒng)，并與鍋爐的主除灰方式一致。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計公用系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)蒸汽主要用于液氨蒸發(fā)器的加熱和蒸汽吹灰等。蒸汽汽源宜取自電廠的廠用蒸汽系統(tǒng)。蒸汽耗量宜綜合考慮蒸發(fā)器還原劑加熱、反應(yīng)器蒸汽吹灰以及必要的熱損失等確定額定耗量。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計廢水系統(tǒng)在卸氨后的設(shè)備及管道清理、事故或長期停機狀態(tài)下，氨儲罐及管道中的氨氣應(yīng)排放至氨氣吸收槽，用水稀釋后排入廠區(qū)內(nèi)廢水處理系統(tǒng)集中處理。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計壓縮空氣系統(tǒng)檢修用壓縮空氣應(yīng)滿足下列要求：（1）含塵粒徑<1μm；（2）含塵量<1mg/m3；（3）含油量<1mg/m3；（4）水壓力露點≤-20℃(0.7MPa)。儀用壓縮空氣應(yīng)滿足下列要求：（1）含塵粒徑<1μm；（2）含塵量<1mg/m3；（3）含油量<1mg/m3；（4）水壓力露點≤-20℃(0.7MPa)。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計主要設(shè)備和材料主要設(shè)備的選擇應(yīng)滿足性能要求；主要材料應(yīng)與燃煤鍋爐常用材料要求一致，材料的選擇應(yīng)滿足脫硝系統(tǒng)的工藝要求。對于接觸腐蝕性介質(zhì)的部位，應(yīng)采用防腐材料或做防腐處理。當承壓部件為金屬材料并內(nèi)襯非金屬防腐材料時，應(yīng)保證非金屬材料與金屬材料之間的粘結(jié)強度，且承壓部件的自身設(shè)計應(yīng)確保非金屬材料能夠長期穩(wěn)定地粘結(jié)在基材上。金屬材料宜以碳鋼材料為主。對金屬材料表面可能接觸腐蝕性介質(zhì)的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)脫硝工藝不同部位的實際情況，襯抗腐蝕性和磨損性強的非金屬材料。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計熱工自動化一般規(guī)定脫硝系統(tǒng)應(yīng)集中監(jiān)控，實現(xiàn)脫硝系統(tǒng)啟動、正常運行工況的監(jiān)視和調(diào)整、停機和事故處理。脫硝系統(tǒng)在啟、停、運行及事故處理情況下均應(yīng)不影響機組正常運行。脫硝系統(tǒng)宜采用分散控制系統(tǒng)（DCS）或可編程邏輯控制器（PLC），其功能包括數(shù)據(jù)采集和處理（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）及聯(lián)鎖保護、廠用電源系統(tǒng)監(jiān)控等。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計控制系統(tǒng)脫硝系統(tǒng)與機組同步建設(shè)時，宜將脫硝反應(yīng)區(qū)的控制納入機組單元控制系統(tǒng)，不再單獨設(shè)置脫硝控制室。已建鍋爐增設(shè)脫硝系統(tǒng)時，可兩臺爐合用一個脫硝控制室。如條件具備，宜將脫硝反應(yīng)區(qū)的控制納入已經(jīng)建成的機組單元控制系統(tǒng)，以達到與機組統(tǒng)一監(jiān)視或控制。脫硝還原劑區(qū)宜單獨設(shè)置控制室，采用與機組單元控制系統(tǒng)或輔控PLC相同的硬件設(shè)備或納入機組單元控制系統(tǒng)或輔控PLC。重要的聯(lián)鎖或監(jiān)視信號應(yīng)通過硬接線或光纜通訊方式與脫硝反應(yīng)區(qū)控制系統(tǒng)或機組單元控制系統(tǒng)進行交換。脫硝還原劑區(qū)的卸氨系統(tǒng)可設(shè)置就地控制盤，便于現(xiàn)場操作。SCR設(shè)計原則及工藝設(shè)計連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)反應(yīng)器入口煙氣連續(xù)檢測裝置至少應(yīng)包含以下測量項目：煙氣流量、NOx濃度(以NO2計)、煙氣含氧量。反應(yīng)器出口煙氣連續(xù)檢測裝置至少應(yīng)包含以下測量項目：NO