1x75t 2x35t循环流化床锅炉烟气脱硝治理工程设计方案氨水PLC160309.docx
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1x75t2x35t循环流化床锅炉烟气脱硝治理工程设计方案氨水PLC160309
乌鲁木齐天融环保设备有限公司
1x75t/h及2x35t/h循环流化床锅炉烟气脱硝治理工程
设
计
方
案
建设单位:
XXXXXXXX有限公司
设计单位:
江苏龙原环保科技有限公司
二O一六年三月
一、项目概述:
XXXXXXXX公司现有1台75t/h及2台35t/h循环流化床锅炉,均采用煤作为加热燃料,并配套有效的脱硫除尘装置,其现行排放烟气中的“烟尘浓度”及“二氧化硫浓度”均可达到国家限值标准。
随着国家、地方对环保要求的不断提高,按照现有的大气环境保护、治理的政策和环保要求,除需对现有的锅炉安装脱硫除尘装置外,还需增加一套锅炉烟气脱硝处理装置对锅炉烟气中的NOx污染物进行深度处理;使处理后的锅炉排放烟气NOx污染物排放浓度达到国家及当地相关标准,达标排放。
具体的设计方案如下:
二、设计要求及参数:
序号
项目
参数
1
锅炉蒸吨
75t/h锅炉
35t/h锅炉
2
生产厂家
3
锅炉型号
4
锅炉类型
循环流化床锅炉
5
锅炉数量
1台
2台
6
锅炉烟气量(单台)
~170000Nm³/h
~105000Nm³/h
7
锅炉烟气总量
~380000Nm³/h
8
燃料类型
煤
9
原始NOx排放浓度
≤200mg/Nm3
10
治理后NOx排放浓度
<100mg/Nm3
11
氨逃逸率
≤8ppm
12
脱硝工艺要求
选择性非催化还原法(SNCR)
13
NOx脱硝效率
>50%
14
还原剂选择
20%氨水
注:
以上部分数据由甲方提供。
三、设计原则:
1、综合考虑工艺、技术、设备、材料、投资经济性等因素,在确保烟气处理效果的前提下,以较少的投资,取得较大的社会、环境和经济效益;本项目建议采用选择性非催化还原法(SNCR)对1台75t/h及2台35t/h循环流化床锅炉进行烟气脱硝治理,并采用20%氨水作为还原剂使用;
2、处理系统总体规划布局合理、美观,流程顺畅、平面紧凑,节省用地;
3、充分利用现有的条件和现有设备进行设计,尽量不影响生产,施工期要短;
4、按现有场地条件设计脱硝系统,力求流程合理,操作维护简便;
5、还原剂喷射系统的设计适应锅炉任何负荷下持续安全运行,并能适应负荷变化和机组启停次数的要求;
6、SNCR脱硝装置能够在NOx排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行;
7、设备和材料具有运行稳定性和耐腐蚀性能;
8、为今后企业可持续性发展着想,选用的设备和材料具有实用性,价格适宜;脱硝工艺选用技术成熟、设备运行可靠,使用寿命较长。
四、设计依据:
序号
名称
编号
1
《中华人民共和国环境保护法》
2
《环境空气质量标准》
(GB3095-1996)
3
《大气污染物排放标准》
(GB13223-96)
4
《燃煤烟气脱硝技术装备》
(GB/T21509-2008)
5
《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》
(GB/T16157-1996)
6
《污水综合排放标准》
(GB8978-2002)
7
《城市区域环境噪声标准》
(GB3096-93)
8
《工业企业厂界环境噪声排放标准》
(GB12348-2008)
9
《工业金属管道设计规范》
(GB50316-2000)
10
《工业金属管道工程施工质量验收规范》
(GB50184-2011)
11
《钢制管法兰、垫片、紧固件》
(HG20592~20635-2009)
12
钢管标准:
《液体输送用无缝钢管》
(GB/T8163-2008)
13
钢管标准:
《流体输送用不锈钢无缝钢管》
(GB14976-2002)
14
钢管标准:
《低压液体输送用焊接钢管》
(GB/T3091-2001)
15
《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》
(HG20553-2011)
16
管件标准:
《钢制对焊无缝管件》
(GB12459)
17
管件标准:
《锻钢制承插焊管件》
(GB/T14383)
18
《工业设备及管道绝热工程设计规范》
(GB50264-1997)
19
《工业设备及管道绝热工程施工规范》
(GB50126-2008)
20
《管道和设备保温、防结露及电伴热》
(03S401)
21
《钢结构设计规范》
(GB50017-2003)
22
《钢结构工程施工质量验收规范》
(GB50205-2002)
23
《固定式钢梯及平台安全要求》
(GB4053-2009)
24
《管架标准图》
(HG/T21629-1999)
25
《钢制焊接常压容器》
(NB/T47003.1-2009)
26
《固定式压力容器》
(GB150-2010)
27
《简单压力容器安全技术监察规程》
(TSGR0003-2007)
28
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
(GB50236-2011)
29
《包装储运图示标示》
(GB/T191-2000)
30
《运输包装收发货标志》
(GB6388-1986)
31
《建筑设计防火规范》
(GB50016-2010)
32
《动力机器基础设计规范》
(GB50040-96)
33
《建筑物防雷设计规范》
(GB50057-2010)
34
《工业企业设计卫生标准》
(GBZ1-2002)
35
《建筑内部装修设计防火规范》
(GB50222-95)
36
《电力工程电缆设计规范》
(GB50217-2007)
37
《供配电系统设计规范》
(GB50052-2009)
38
《低压配电设计规范》
(GB50054-2011)
39
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
(GB50062-2008)
40
《继电保护和安全自动装置技术规程》
(GB14285-2006)
41
《电子设备雷击保护导则》
(GB7450-87)
42
《安全生产法》
43
《建设项目竣工环境保护验收管理办法——国家环境保护总局令第13号》
注:
上述标准有矛盾时,按较高标准执行。
五、SNCR脱硝部分:
1、SNCR脱硝技术概述:
SNCR技术,即选择性非催化还原技术,它是目前主要的烟气脱硝技术之一。
在炉膛850~1050℃这一狭窄的温度范围内、无催化剂作用下,NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx,基本上不与烟气中的O2作用,据此发展了SNCR烟气脱硝技术。
在850~1050℃范围内,NH3或尿素还原NOx的主要反应为:
NH3为还原剂
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
4NO2+2NH3+O2→3N2+6H2O
尿素为还原剂
与SCR技术相比,SNCR技术没有SCR技术所用的昂贵的脱硝催化剂,其技术优势就在于投资与运行成本少,SO2/SO3转化率小。
SNCR的缺点是脱硝效率相对较低,通常大型锅炉的SNCR脱硝技术的脱硝效率在40%~60%左右。
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。
SNCR工艺技术的关键就在于,还原剂喷入系统必须尽可能地将还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内,即尽可能的保证所喷入的还原剂在合适的温度下与烟气进行良好的混合,这样一方面可以提高还原剂利用率,另外一方面可以控制获得较小的氨逃逸。
2、SNCR脱硝治理工艺:
SNCR系统主要包括氨水及去盐水的储存系统、在线稀释计量分配系统、喷射系统和电气控制系统四部分。
氨水及去盐水的储存系统实现氨水及去盐水的储存功能,然后由在线稀释计量分配模块根据实际情况和NOx排放浓度情况在线稀释成所需的喷射量,送入喷射系统。
喷射系统实现各喷枪的氨水分配和雾化喷射,还原剂的供应量能满足炉窑不同负荷的要求。
整套电气控制系统调节方便、灵活、可靠,在设备间、喷点现场及控制室均能联动控制。
氨水储存区与其他设备、厂房等要有一定的安全防火距离,并在适当位置设置室外防火栓,设有防雷、防静电接地装置。
锅炉脱硝整体工艺流程如下:
SNCR脱硝工艺流程图
3、SNCR脱硝工艺简述
本脱硝系统可用液氨、氨水和尿素做还原剂,考虑到客户对还原剂原材料的供应、运输、储存等因素,本项目设计采用20%氨水作为还原剂。
系统配置一套储存系统,储罐上客户可选装有不锈钢氨水水封呼吸阀及超温保护喷淋冷却装置。
双流体喷嘴将氨水雾化后喷入锅炉。
氨水在锅炉内热分解出氮,与锅炉内的NOx在适温下发生还原反应,还原成氮气和水,从而脱除烟气中氮氧化物。
下图所示为SNCR脱硝工艺框架流程。
SNCR脱硝工艺框架流程图
在选择性非催化还原(SNCR)的氮氧化物去除的过程中,还原剂是以液态(氨水、尿素溶液)或气态的形式(氨气)喷射到850℃~1050℃的高温烟气窗口中,通过还原反应后最终形成氮气、水和二氧化碳,从而降低烟气中氮氧化物。
氨水的SNCR脱销化学反应式如下:
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O
本项目的SNCR系统采用模块化设计的理念,几乎全部的设备都安装在预先在工厂经过测试的模块上,减少了现场的安装和调试工作。
SNCR系统主要有氨水、去盐水及压缩空气的储存系统,泵站模块,在线稀释计量分配模块,电气控制系统,氨水喷射装置及整套系统的气、液输送系统组成,下面将对主要设备分别进行说明。
六、SNCR脱硝主要设备说明:
1、储存系统
本SNCR系统采用质量浓度为20%的工业级氨水作为还原剂,该物质具有比较稳定的化学和物理性质,在运行和储存过程中危险系数相对较低。
1氨水储罐
储罐罐体材料采用SUS304不锈钢制造,罐上可选安装不锈钢氨水水封呼吸阀及超温保护喷淋装置、液位显示装置、温度显示装置等。
罐内挥发的氨气通过不锈钢氨水水封呼吸阀排出外界,由于氨溶于水,故氨气经过液封层时已过滤掉绝大部分的氨,而只有微量的氨气与其它安全气体排出罐外。
当氨水储罐温度≥40℃时,冷却喷淋系统自动启动,安装在氨水储罐上的喷头会喷淋冷却水降低氨水储罐温度,确保设备安全运行。
2去盐水储罐
去盐水储罐同样采用SUS304不锈钢制造,罐上选装有呼吸管、液位显示装置、液位传感器及检修人孔等,同样配备现场监控及操作系统。
稀释用水由厂内软水处理系统引水至去盐水罐内,再由泵站模块供给在线稀释计量分配模块,从而混合分配到各还原剂喷射装置喷入锅炉中进行烟气的脱硝。
3稀释用去盐水及压缩空气气源由业主提供。
2、泵站模块
氨水及去盐水通过泵站模块供给在线稀释计量分配模块,泵站模块可根据整套系统的实际运行情况调整管路压力,使整套系统管路始终保持着一个恒定的压力。
泵站模块配备1台氨水加压泵、1台去盐水加压泵、背压控制阀、过滤器、阀门、压力显示装置等成套设备(泵组均选用格兰富品牌)。
具有外形简洁美观,安装快捷方便,管路联接口分布合理,基本免维护等特点。
泵站模块示意图
3、稀释计量分配模块
氨水、去盐水及压缩空气进入在线稀释计量分配模块后,氨水及去盐水根据NOX排放浓度反馈信息通过本模块自动调节成所需的喷射用量和混合用量,压缩空气则通过分配器分配到每组喷射装置中。
在线稀释计量分配模块内配有触摸屏、电动调节阀、混合器、分配器、流量计;空气过滤器、减压阀、流量传感器、电磁阀组、气体分配器及各路液、气压力显示装置及传感装置等。
具有整体结构简洁紧凑,集成度高,操作及安装简便,液、气管路联接分布整齐合理,基本免维护等优点。
在线稀释计量分配模块示意图
4、喷射系统
在线稀释计量分配模块准确地将定量的氨水分配给各个喷枪。
喷枪采用双流体喷嘴,还原剂在压缩空气介质的作用下,被雾化成极小的雾滴喷入锅炉温度窗口中,从而脱除烟气中的NOX。
采用国外先进技术生产的双流体喷嘴在SNCR脱硝上有大量成功使用业绩。
喷枪采用压缩空气来雾化氨水,采用耐热不锈钢制造。
喷枪包括喷嘴头、加长杆、混合器、连接枪座等主要部件组成,喷枪通过软管与氨水管、压缩空气管连接。
只要锅炉运行这些喷枪全部投运,在日常的使用当中,即使不喷射氨水,只需维持压缩空气的不间断供应,就能维持喷管的基本散热要求,不易损坏。
喷枪的设计参数:
液体流量:
80kg/h(最大值)
液体压力:
0.2~0.4Mpa
喷射形状:
扇形/实心柱形
雾化介质:
压缩空气
材质:
310S/SUS304喷枪示意图
七、电力系统
脱硝系统中电气部份分为低压供配电系统,照明及检修系统,防雷接地系统,并包括岛内电气设备的控制,测量及保护,电缆敷设,电缆构筑物,电气设备布置等工作。
1、电气接线
系统无高压负荷,只有低压负荷,所以系统只设低压段,电源从附近的PC柜引接。
2、电压等级
本工程的仪表采用24VDC电源,控制、照明采用220VAC电源,其余均采用380VAC电源。
3、检修系统供电
检修网络电压为380/220V。
所有涉及SNCR系统的厂房和室外装置的检修电源由就地或邻近建筑的380/220V供电。
4、过电压保护和接地
本工程按《交流电气装置的接地》将SNCR的接地网与厂内主接地网可靠连接,连接点不少于4个。
所有电气设备、管道、储罐等均需接地。
建筑物的户内接地极或接地引下线将与户外主接地网可靠连接。
电气设备及控制设备共用一个接地网,系统接地电阻不大于1Ω。
户外主接地网采用60x6mm热浸镀锌扁钢,室内接地极及设备接地采用40x4mm的热浸镀锌扁钢。
5、电缆及电缆设施
1电缆选型
低压动力电缆选用聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套铜芯阻燃电缆,其最小截面为2.5mm2,额定电压为0.6/1kV。
控制电缆选用聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯阻燃电缆或屏蔽阻燃电缆。
2电缆设施
SNCR系统内的电缆构筑物在0m以下以电缆沟为主,0m以上以架空电缆桥架为主。
电缆桥架全部采用镀锌线槽,电缆桥架的支吊架使用型钢现场制造,并刷防锈底漆和面漆。
电缆保护管采用镀锌线管。
3电缆防火阻燃措施
电缆防火阻燃设施将按照电力工程电缆设计规范(GB50217-94)及《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229-96)的要求进行施工。
4仪表控制电缆及电缆敷设
自业主提供的电源接口起至脱硝装置本体上的电缆由我方设计并开列电缆清单。
供货的电缆,包括控制电缆、电力电缆及专用电缆等,所有电缆均为阻燃电缆,具有较好的电气性能,机械物理性能以及不延燃性。
且能满足有关国际、国家规范和标准。
八、SNCR脱硝控制系统
8.1、监控系统
1、自控选择原则
根据SNCR系统整体工艺流程的特点,结合控制部分的技术要求,采用了PLC来监控整个SNCR系统。
考虑目前国家有关设计规范和行业标准设计规定,采用PLC控制系统对SNCR的工艺过程进行监视报警、过程控制和生产管理;在本装置区设置PLC系统实现本装置的数据采集、连续控制、程序控制等功能。
PLC系统采用近年发展的、具有开放性网络结构、支持OPC开放标准,具有先进可靠的硬件和软件,又有成熟、有效的高级应用软件包,可满足企业生产、控制优化管理的需要。
2、自控系统构成
控制和监视生产过程的PLC主要由操作员接口、过程接口、数据通讯系统三部分组成。
1操作员接口
操作站的组成
-上位机是通用的工作站,CPU为64位,操作系统是开放的(WINXP或更高);
-带有独立的操作键盘(包括鼠标)和彩色屏幕监视器(21英寸高分辩率的彩色液晶显示器,分辩率至少为1280x1024或以上,有多窗口功能)。
-组态用工程师站(与操作员站共用)
操作员站具有下列操作功能,以便操作人员有效地对装置进行控制:
-总貌画面显示
-分组画面显示
-细目画面显示
-流程画面显示
-报警总貌画面显示
-窗口显示
2过程接口
-分散控制器能执行多种控制功能(包括顺控和逻辑控制功能)。
-多路转换器是以微处理器为基础,主要用于过程数据的接收和转换,其中包括热电偶和热电阻信号。
-控制器具有多种计算的能力,能够按照过程控制的要求,组态成高级控制算法和建立复杂的控制功能。
3数据通信系统
a、数据通信系统符合工业以太网协议,具有开放性,通信速度不低于10Mb/s,有长距离通信能力。
b、数据通信系统带有以下接口:
-工厂信息技术(IT)网络接口
-可编程序逻辑控制器接口
-系统接口
本脱硝系统控制室设在原有主控制室内,脱硝系统应采用PLC的控制方式,可以通过上位机进行监控,以程序控制为主,同时能进行就地手动和远方操作。
脱硝控制系统保留有与机组PLC系统的通信接口。
脱硝系统发生故障时,应能通过自动联锁和保护,自动切除有关设备和系统。
3、自控系统配置
为保证系统的可靠性和提高性价比,脱硝系统PLC采用以太网连接,储存系统、泵站模块及在线稀释计量分配模块直接接入PLC,并设有触摸屏进行控制。
A、PLC系统硬件配置
脱硝PLC系统硬件配置如下:
1带21″彩色液晶显示器操作站:
1台
2现场I/O站:
1套
3报警系统:
1套
4PLC系统配套硬件:
1套
5端子柜及继电器柜:
1套
其中,PLC系统的数据采集和过程控制的输入/输出点配置余量为15%。
B、系统软件配置
PLC系统配套的应用软件应根据所采用的PLC系统进行配置,所配置的软件应能满足PLC系统的正常操作,并考虑与外部设备通信和管理维护用的软件。
PLC的最终配置待详细设计时确定。
4、PLC电控模块
PLC电控模块
PLC电控模块上位机及监控系统
8.2、仪表系统
1、仪表选型说明
1脱硝控制系统测温元件,采用Pt100热电阻。
2脱硝控制系统测压元件,采用智能型变送器。
3脱硝控制系统料位测量仪表,选用液位传感器。
4脱硝控制系统流量测量仪表,选用电磁流量变送器。
2、仪表系统设计原则
1工艺系统中在巡检人员需监视的地方,设有就地触摸屏,并配有防振动措施。
2就地设备、装置的硬接线接口信号为两线制传输,信号型式模拟量为4~20mADC或热电偶(阻),热电偶采用K分度,热电阻采用三线制,开关量信号为无源接点。
3所有测量点至一次隔离阀门采用的所有材料符合在安全运行条件下测量介质的要求。
与仪表及变送器连接的仪表管材质及壁厚与工质相适应,不得出现腐蚀或污染的现象。
4所有测量点和控制设备在P&ID图中均标示出,用于性能测试的测点有特殊标识。
5所有仪表与阀门的垫圈禁止采用铜质材料。
3、具体仪表的技术要求
1温度测量
●热电阻选用双支铂热电阻(分度号Pt100)及不锈钢保护套管。
●带刻度的双金属温度计只用于就地指示,精度不低于±1.5%,表盘尺寸为ø150mm,双金属温度计采用万向型,抽芯式。
●所有热电阻及热电偶其引出线有防水式接线盒,并根据管路来选择螺纹连接型或焊接型。
●测温元件安装的插入深度符合相应的标准。
②压力/差压测量
●为控制用回路的输入压力和差压设置测量和变送装置。
测点位置根据相应管路或容器的规范要求确定,并安装一次仪表阀、二次仪表阀、排污阀及管接头等。
●为所有烟气压力变送器和压力计提供吹扫空气,并在取样回路加装吹扫门。
按照有关热工仪表安装规程规定安装,并考虑防止积灰堵塞取样管的安装角度。
●差压型变送器能过压保护,以防止一侧的压力故障对其产生的损害。
●压缩空气的就地显示压力表选用Y-150型,其它介质的就地显示压力表选用耐腐防堵的YTP-150型,精度为1.5级。
●就地压力表设置在容易观察的位置,或成组安装在就地表盘上,刻度盘直径为150mm,接头为M20×1.5mm,精度至少为满量程的±1.5%。
③液位测量
●烟气脱硝系统的氨水储罐的液位测量装置,选择满足耐腐蚀要求的液位传感器。
●氨水储罐的液位测量能够进行远程信号传递和就地显示。
●去盐水罐液位测量采用合适测量方式,以保证其测量的可靠性与精确性,指示范围为整个水箱。
●对于腐蚀性介质,必须考虑到可靠性和抗腐蚀性的要求。
④NOX和NH3烟气连续监测系统(与用户在线监控系统联动)。
8.3、动力供应
可根据设备总容量由厂方就近接入。
8.4、仪表控制电缆及电缆敷设
自业主提供的电源接口起至脱硝装置本体上的电缆由我方设计并开列电缆清单。
供货的电缆,包括控制电缆、热电偶补偿电缆、电力电缆、通讯电缆及专用电缆等,所有电缆为阻燃电缆,具有较好的电气性能,机械物理性能以及不延燃性。
且能满足有关国际、国家规范和标准。
九、土建:
SNCR系统土建设施主要有:
存储间、设备间、电气设备间、电子设备间及设备基础等。
一十、劳动安全:
1、脱硝系统的主要安全问题
脱硝系统在运行时是一套相对比较安全的装置,其潜在的安全方面的问题主要有:
1火灾
常温常压下,氨水是不燃烧、无爆炸危险的液体,但在温度较高时,从氨水中分离的氨气具有强烈的气味、有毒、有燃烧和爆炸危险。
氨在空气中可燃,但一般难以着火,连续接触火源,且温度要在651℃以上才可燃烧。
氨气与空气混合物的浓度在15%~28%时,遇到明火会有燃烧和爆炸的危险,如果有油脂或其他可燃性物质,则更容易着火。
2电伤
电伤是指脱硝系统设备由于雷击或接地不良所造成的损坏并由此给工作人员带来的伤害,电器设备由于人员的误操作及保护不当而给人员带来的伤害。
3机械伤害
系统中有水泵等机械设备。
在运行和检修过程中如果操作不当或设备布置不当均有可能给工作人员造成伤害。
4其它伤害
其它伤害包括:
氨气泄漏、氨气引起的爆炸,钢平台及钢楼梯踏板造成人员滑倒,人员在高处作业时的跌倒等。
2、安全防治措施
1防火措施:
●本系统中氨气分子会通过泵(离心泵、螺杆泵等)的缝隙、管道焊缝缝隙、法兰密封端面缝隙、仪表与管道连接处的缝隙等处逸出;卸氨时,氨水车的顶盖是敞开的,会逸出氨气;氨水储罐顶盖、液封桶等处也会有氨气逸出。
针对上述氨气逸出点,为防止氨气爆炸,在SNCR车间内应禁止使用火柴、打火机、电焊机等明火设施。
●氨气密度比空气小,常温常压下,由于密封不严而逸出的氨气会往罐顶或车间顶部流动,因此在屋顶、罐顶等部位应禁止使用火柴、打火机、电焊机等明火设施,若需使用明火,应在空罐条件下操作。
●储存室内的电气设备及控制设备选用防爆产品。
2防电伤措施:
●电气设备.采取必要的机械、电气联锁装置以防止误操作:
●电气设备设计严格按照带电部分不低于最小安全净距执行;
●电气设备选用有五防设施的设备,对配电室加锁,严格执行工作票制度;
●紧急事故采取声光显示及必要的其它指示信号,设置自动联锁装置以给出处理事故的方法;
●各元件的控制回路均设有保险,信号、监视、跳闸等保护措施;
●所有电气设备.有防雷击设施并有接地设施。
3防机械伤害措施
●所有转动机械外露部分均回防护罩或采取其它防护措施;
●设备布置在设计时留有足够的检修场地。
4其他伤害防止措施:
●所有钢平台及钢楼梯踏扳采用花纹钢板或格
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