石嘴山鏈條爐

10t/h、4×20t/h鏈條層燃爐脫硝技術(shù)方案

一、10t/h、20t/h鍋爐煙氣概述

  1.1 燃煤質(zhì)量狀況

  1.2 鍋爐概述

      本方案設(shè)計鍋爐型號為SZL10-1.25- AII和SZL20-1.25- AII。

  1.3鍋爐煙氣主要污染物設(shè)計參數(shù)

  1.4 還原劑

    脫硝還原劑主要集中在液氨、氨水和尿素三種材料，從場地情況來看，液氨和氨水系統(tǒng)的占地面積Z大，尿素系統(tǒng)的用地面積Z??；從固定投資投資（征地與系統(tǒng)投資）來看，氨水、熱解法尿素制氨與水解法尿素制氨的氨區(qū)建設(shè)投資Z高，液氨Z低。因此從經(jīng)濟性分析來看，液氨無疑是Z好的，尿素次之，氨水Z差。而從安全性來考慮，尿素Z好，氨水次之，而液氨Z差。

    綜上所述，就性價比來看，推薦使用氨水做還原劑。廠家附近若無氨水生產(chǎn)廠家，可選用尿素。

圖1--不同溫度下氨水與尿素的脫氮效率比較

  1.5 執(zhí)行國家標準

GB13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》

  1.6 設(shè)計指導(dǎo)思想和原則

    （1）貫徹業(yè)主提出的“布局合理、運行可靠、投資經(jīng)濟、指標先進、運行費用低”的設(shè)計指導(dǎo)原則。

    （2）在穩(wěn)妥可靠的前提下求先進、在合理配置的前提下求完善，通過多方案對比和優(yōu)化設(shè)計，確保實現(xiàn)“低投資、低成本、高可靠性、高效益”的目標，保證本項目順利達到設(shè)計指標。

    （3）全面、認真研究本工程基礎(chǔ)設(shè)計條件，充分結(jié)合有關(guān)水泥窯節(jié)能環(huán)保的工程經(jīng)驗，對設(shè)計方案進行優(yōu)化提高，確保本工程建設(shè)工期Z短、達標Z快、工程投資Z低。工藝系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)選型，結(jié)合原生產(chǎn)線的設(shè)計特點，盡量利用原有設(shè)備和材料及建構(gòu)筑物，貫徹技術(shù)先進成熟、安全可靠、經(jīng)濟合理的原則，改造工程量Z小。

    （4）積極貫徹執(zhí)行國家和地區(qū)對環(huán)保、勞動安全、工業(yè)衛(wèi)生、計量、消防等方面的有關(guān)規(guī)定與標準。

    （5）嚴格執(zhí)行環(huán)境保護政策，減少污染；煙氣、廢水、噪音等污染物的排放符合國家及地方的標準和規(guī)定。

    （6）以國內(nèi)成熟可靠的先進設(shè)備為主，科學(xué)、合理、有效地引進部分國外關(guān)鍵設(shè)備，確保系統(tǒng)整體裝備水平處于領(lǐng)先地位。

    （7）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；

    （8） 系統(tǒng)裝置先進、安全、可靠、便于運行維護；觀察、監(jiān)視、維護簡單、運行人員少；

    （9）SNCR脫硝裝置的調(diào)試過程（包括啟/停和運行），不能影響水泥回轉(zhuǎn)窯的正常工作；SNCR脫硝裝置能快速啟動投入，在負荷調(diào)整時有良好的適應(yīng)性，在運行條件下能可靠和穩(wěn)定地連續(xù)運行。

  1.7 可行性研究

     1.7.1改造內(nèi)容

       1、本項目設(shè)計范圍包括：脫硝技改工程項目的可研報告編制、工程設(shè)計與施工、設(shè)備采購與供應(yīng)、崗位培訓(xùn)、系統(tǒng)調(diào)試、試運行、考核達標運行等內(nèi)容。

       2、新增1×10t/h、4×20t/h鏈條層燃爐脫硝系統(tǒng)主要包括氨水儲存系統(tǒng)（氨水儲罐、儲罐棚）；還原劑提升系統(tǒng)（高位儲罐、提升泵）；噴射系統(tǒng)（噴射泵、噴槍、高壓儲罐、壓縮氣體控制系統(tǒng)）；

自動化控制系統(tǒng)；

安全防護設(shè)施；

其他配套輔助設(shè)施。

       3、土建工程：新建綜合樓100平方米，循環(huán)泵房等設(shè)備基礎(chǔ)。

       4、設(shè)備安裝工程：脫硝系統(tǒng)：分解爐、卸氨系統(tǒng)、加壓泵及控制系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、分配與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、離心泵、脫氮系統(tǒng)、氨水儲罐、儲氣罐、煙氣在線檢測系統(tǒng)

    1.7.2環(huán)境保護

本項目主要污染物是廢水及噪聲。廢水循環(huán)利用，不外排，噪聲采用封閉、減震、降噪措施后，可達到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》（GB12348-2008）Ⅱ類標準。項目建設(shè)對周圍環(huán)境不會造成污染。

    1.7.3勞動定員與來源

       本項目無新增勞動定員，原操作工經(jīng)培訓(xùn)合格后上崗。

    1.7.4項目實施進度建議  

       本項目建設(shè)期為75天。

    1.7.5項目總投資

       本項目總投資為303萬元。

    1.7.6研究結(jié)論

       項目建成后，符合國家和地方戰(zhàn)略部署和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，具有較高的社會效益，本項目采用SNCR法脫硝，在工藝技術(shù)成熟、先進，節(jié)能效果顯著，項目經(jīng)濟效益、社會效益較高，在技術(shù)上、經(jīng)濟上是可行的。

  1.8  SNCR脫硝方案性能指標

二、脫硝工藝方案說明

  2.1總體工藝說明

       脫硝技術(shù)路線采用選擇性非催化還原系統(tǒng)（SNCR），脫硝還原劑為氨水溶液。

       基本工藝路線為：將氨水還原劑在爐膛合適溫度窗口霧化噴入，使得還原劑與爐內(nèi)煙氣混合反應(yīng)，從而達到降低燒成系統(tǒng)煙氣中NOx的目的，在此過程中，還原劑的用量與實際排放的NOx實現(xiàn)在線反饋控制功能。

  2.2工藝流程說明

    2.2.1工藝原理

       將氨水（質(zhì)量濃度15%～20%）通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與 NOx（NO、NO2等混合物）進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx 轉(zhuǎn)化成無污染的N2。當反應(yīng)區(qū)溫度過低時，反應(yīng)效率會降低；當反應(yīng)區(qū)溫度過高時，氨會直接被氧化成N2和NO。噴氨后爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

       為了提高脫NOx 的效率并實現(xiàn)NH3 的逃逸Z小化，滿足以下條件：在氨水噴入的位置沒有火焰；在反應(yīng)區(qū)域維持合適的溫度范圍；且在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時間。

    2.2.2 選擇性非催化還原技術(shù)的主要工藝流程介紹

       外購氨水（20%~25%）由氨水槽罐車運輸進廠，利用離心泵將氨水槽罐車的氨水直接泵送到氨水儲罐，氨水儲罐溢出的氨氣進入氨水液封桶吸收后，吸收液再流送到氨水儲罐。氨水儲罐配有壓力感應(yīng)系統(tǒng)，儲罐內(nèi)壓力過高時，壓力閥自動打開，經(jīng)溢流槽進入地坑。同時氨水儲罐配有報警系統(tǒng)，一旦溢出防止器發(fā)送報警，灌裝泵會自動停止，隨氨水儲罐配有圍堰，溢出氨水進入圍堰，經(jīng)稀釋后再利用。灌裝泵還配有緊急按鈕，防溢一旦失效的情況下，緊急停泵。

       出氨水儲罐的氨水經(jīng)氨水加壓泵進入氨水計量系統(tǒng)，氨水流量根據(jù)現(xiàn)場檢測的NOx排放數(shù)據(jù)，通過反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)和控制氨水噴射量，以保證脫氮效率的持續(xù)穩(wěn)定。

       SZL10-1.25- AII在爐上合適溫度區(qū)均布設(shè)置2支噴槍，SZL20-1.25- AII在爐上合適溫度區(qū)均布設(shè)置3支噴槍，經(jīng)過計量后的氨水通過氨水分配系統(tǒng)分別進入噴槍系統(tǒng)。

       噴霧系統(tǒng)采用專門用于脫硝的雙流體霧化內(nèi)混式噴槍噴嘴，噴嘴主要部件由310不銹鋼制造而成，空氣帽采用碳化鎢材質(zhì)，耐磨耐腐性能十分優(yōu)越；噴嘴采用撞針破碎和霧化空氣空氣切割對還原劑進行霧化，將氨水霧化成平均粒徑為幾十微米的細小液滴，擴散角度大，保證了噴霧的覆蓋率，以加強爐內(nèi)煙氣中的NOx與氨水液滴之間的汽液傳質(zhì)速率，從而加快反應(yīng)速度，提高反應(yīng)效率。整個噴霧系統(tǒng)都有自反饋和自動調(diào)節(jié)功能，脫硝裝置的噴氨水量需根據(jù)煙氣流量、預(yù)熱器出口NOx 與O2 濃度、脫氮效率等參數(shù)進行計算，在線控制與調(diào)節(jié)還原劑噴射量。

       采用高性能的液體電磁流量計精確檢測液體流量，并與控制器和其他相關(guān)設(shè)備聯(lián)接。采用流量計可以隨時監(jiān)控并顯示系統(tǒng)實際噴量，同時如果泵/管道/元件出現(xiàn)意外時，系統(tǒng)馬上會從流量的變化中得到相關(guān)信息給出警報并采取預(yù)先設(shè)定好的方案，系統(tǒng)使用方便、維護及時。

       霧化空氣單元主要是向噴槍輸送用于霧化的高壓氣體和停機時向噴槍提供低壓吹掃氣體，該單元包括了減壓閥、調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、壓力表和手動閥等。系統(tǒng)正常運行時氣體壓力控制在0.4Mpa，系統(tǒng)停機時（不噴霧時）壓力控制在0.05Mpa用于向噴槍輸送低壓吹掃氣體，防止噴槍堵塞。

       脫硝區(qū)的卸氨泵組、氨水儲罐、氨水加壓泵組、氨水流量調(diào)節(jié)閥組布置在窯尾框架周邊合適區(qū)域，氨水噴射系統(tǒng)布置于窯尾框架內(nèi)。脫氮區(qū)域配電室和控制室與主體工程合并，布置在燒成窯尾底層。脫硝區(qū)域和氨儲存制備區(qū)域管道通過管架輻射。管道布置原則為有汽車通過的架空管道凈空高度為5.5m，室內(nèi)管道支架梁底部通道處凈空高度為2.5m。

       本項目壓縮空氣引自現(xiàn)有的壓縮空氣管道并網(wǎng)，SNCR系統(tǒng)自設(shè)儲氣罐，壓縮空氣離開儲氣罐后經(jīng)氣相三聯(lián)體潔凈處理后，按照霧化控制泵站的信號控制要求，依據(jù)霧化流量調(diào)整控制噴射所用的壓縮空氣流量經(jīng)管路分配閥門輸送至各噴槍待用。所有的噴槍進口前設(shè)置壓縮空氣、氨水的壓力表進行噴槍的霧化控制及分流使用。噴槍設(shè)置水冷卻裝置，噴槍與管道之間采用金屬軟管連接，噴槍布置為可拆卸方式，現(xiàn)場設(shè)置噴槍支座，采用手工方式進行噴槍的拆裝。當噴槍檢修或者不需要工作時，人工把噴槍從系統(tǒng)內(nèi)抽出，臨時放置在現(xiàn)場支架上。噴槍清掃采用壓縮空氣進行。

       系統(tǒng)控制主要信號為來自在線煙氣監(jiān)測儀的NO、O2排放濃度、窯系統(tǒng)的喂煤、喂料量等數(shù)據(jù)，作為環(huán)保監(jiān)測及安全防護在氨水儲存及泵送、控制泵站等節(jié)點位置設(shè)置氨氣監(jiān)測儀監(jiān)測氨氣的環(huán)境逃逸水平。

2.3主要設(shè)備說明

    1)配置1個氨水存儲罐，V=60m3。一臺卸氨泵。

       用于還原劑的接收和儲存：固態(tài)或者液態(tài)的還原劑運輸?shù)綇S進行接收及儲存；

       氨水存儲罐上安裝有超流閥、逆止閥、緊急關(guān)斷閥和安全閥，為儲罐氨水泄漏保護所用。儲罐還裝有溫度計、壓力表、液位計、高液位報警儀和相應(yīng)的變送器，將信號送到儲氨區(qū)PLC控制柜，當儲罐內(nèi)溫度或壓力高時報警。儲罐上部設(shè)有遮陽蓬，同時氨區(qū)四周設(shè)置2.2m的圍欄，當有微量氨氣泄漏時可啟動自動淋水裝置，對氨氣進行吸收，控制氨氣污染，在冬季應(yīng)考慮工業(yè)水噴淋管線及噴嘴設(shè)電伴熱保溫，確保正常運行。為了保證噴淋水源的連續(xù)性，將設(shè)計備用水源與其切換。

    2） 廢水坑及廢水泵。氨區(qū)設(shè)置廢水坑1個，廢水泵1臺。系統(tǒng)排入的廢水由廢水泵輸送至廠區(qū)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。

    3）氨氣泄漏檢測器。氨區(qū)周邊設(shè)置氨氣檢測器，以檢測氨氣的泄漏，并顯示大氣中氨的濃度。當檢測器測得大氣中氨濃度過高時，在脫硝裝置公用系統(tǒng)控制系統(tǒng)和機組控制室會發(fā)出警報，就地發(fā)出聲響、閃光警報，操作人員采取必要的措施，以防止氨氣泄漏的異常情況發(fā)生。電廠脫硝系統(tǒng)氨水儲存及供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)在爐后，采取措施與周圍系統(tǒng)作適當隔離，并設(shè)安全警告裝置。

    4)氨水循環(huán)泵3臺，2臺常用，一臺備用。

       出氨水儲罐的氨水經(jīng)氨水循環(huán)泵進入氨水計量系統(tǒng)，氨水流量根據(jù)現(xiàn)場檢測的NOx排放數(shù)據(jù)，通過反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)和控制氨水噴射量，以保證脫氮效率的持續(xù)穩(wěn)定。

    5）固定式噴槍14套，20t/h鍋爐每臺3套噴槍設(shè)備，10t/h鍋爐每臺2套噴槍設(shè)備。

       還原劑的霧化噴射：選擇合適位置注入稀釋后的還原劑，通過調(diào)整合理的霧化控制要求及霧化點的設(shè)置，實現(xiàn)還原劑在高溫脫硝區(qū)域的快速高效混合均化；

    6）PLC控制柜一臺。

       控制系統(tǒng)能夠完成整個脫硝裝置內(nèi)所有的測量、監(jiān)視、操作、自動控制、報警及保護和聯(lián)鎖、記錄等功能。

       氨區(qū)的控制，主要實現(xiàn)氨水溶液的儲存，以及氨水溶液輸送過程的控制和提供監(jiān)視及事故狀況下的應(yīng)急處理,脫硝工藝的控制，主要實現(xiàn)NOx脫除濃度的控制及反應(yīng)器運行參數(shù)的監(jiān)視、吹灰控制，其主要控制對象包括氨水計量與分配控制、吹灰器、控制閥等。

       煙氣脫硝控制系統(tǒng)及儀表隨脫硝工藝主系統(tǒng)配套供貨。對重要的、關(guān)鍵的系統(tǒng)設(shè)備，如國內(nèi)產(chǎn)品暫不能過關(guān)或使用經(jīng)驗不足，建議進口國外合適的產(chǎn)品。

       在系統(tǒng)調(diào)試期間，可通過大量工況試驗，建立窯負荷與氨水噴射量的對應(yīng)關(guān)系。在正常運行期間，采取“查表”模型方法自動控制不同區(qū)域的噴射器投運與噴射流量。并通過前饋控制參數(shù)（窯負荷和煙氣生產(chǎn)率、窯尾的溫度）以及反饋控制參數(shù)（NOx和NH3濃度）來進行連續(xù)不斷的調(diào)整，以達到要求的NOx與氨水噴入控制值。

關(guān)于脫硝控制：氨區(qū)采用遠程I/O柜控制，接入脫硫系統(tǒng)DCS。爐區(qū)控制和數(shù)據(jù)信號可納入到各主機DCS系統(tǒng)，通過主機DCS系統(tǒng)的操作，可遠程監(jiān)視、控制脫硝過程。

  2.4主要設(shè)備明細一覽表

       SNCR系統(tǒng)主要包括卸氨系統(tǒng)、氨水儲存及液位檢測、氨水加壓控制系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等部分組成。

  2.5建筑物及構(gòu)筑物說明

    2.5.1建筑

  1）設(shè)計原則

       建筑設(shè)計將嚴格遵照國家現(xiàn)行的建筑設(shè)計規(guī)范、標準，盡量采用新技術(shù)，新材料和先進可靠的建筑構(gòu)造。在建筑形象上充分考慮建筑的總體性和地方性，力求布局合理，造型美觀，色彩協(xié)調(diào)，努力創(chuàng)造既有時代感又有地方特色的工業(yè)建筑群的新形象。

  2）總體構(gòu)思

       根據(jù)本項目總體布局，功能分區(qū)明確等特點，設(shè)計將充分利用建設(shè)場地的自然地貌和氣候特征，巧妙地運用建筑設(shè)計手法，使建筑物都具有良好的朝向及采光。同時充分考慮新建建筑物與已有建筑物之間的聯(lián)系，確保人員及設(shè)備交通順暢、安全。

  3）環(huán)境設(shè)計

       考慮當?shù)貧鉁丶皻夂蛱攸c，在建筑色彩方面力求和已有建筑物協(xié)調(diào)一致，美觀統(tǒng)一。

  4）建筑構(gòu)造及做法

    （1） 屋面

       本車間屋面排水均為無組織排水，壓型鋼板屋面坡度為10%。房頂采用彩鋼板封頂，屋面防水為壓型鋼板自防水。

    （2）墻體

       配合工藝和建筑要求，還原劑儲罐區(qū)采用四周敞開式結(jié)構(gòu)、閥組及泵房采用內(nèi)外墻均采用壓型鋼板。罐區(qū)部分封閉。柱體采用鋼結(jié)構(gòu)、，以實現(xiàn)美觀、縮短施工周期的需求。

    2.5.2結(jié)構(gòu)

  1）基礎(chǔ)設(shè)計

       正常條件下，車間基礎(chǔ)均可采用天然地基做獨立基礎(chǔ)、條基或整板基礎(chǔ)，盡量淺埋，部分車間利用天然地基有困難時，可考慮采用樁基或樁墩(進行多種方案的技術(shù)和經(jīng)濟比較，選擇Z合理的地基處理方案)。

  2）車間結(jié)構(gòu)型式

    (1) 罐區(qū)廠房采用門式剛架結(jié)構(gòu)。

    (2) 罐基礎(chǔ)采用大塊式鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

抗震設(shè)防烈度嚴格按照國家地震局新頒布的《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)附錄A。

  3）地震

  2.6電氣及自動化控制方案說明

    2.6.1 概述

       SNCR(選擇性非催化還原降低氮氧化物系統(tǒng))系統(tǒng)是應(yīng)用于鏈條層燃爐，通過向分解爐噴射氨水的方式，旨在降低水泥廠燒成系統(tǒng)廢氣排放中氮氧化物的排放量，以減少對環(huán)境的污染的新型工藝應(yīng)用方案。

       本項目針對SNCR脫硝工藝而專門設(shè)計獨立的電氣自動化控制系統(tǒng)。SNCR脫硝控制系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場有觸摸屏實現(xiàn)本地操作，同時在中控室用工控機實現(xiàn)中控控制，中控工控機與現(xiàn)場PLC用總線通訊協(xié)議連接實現(xiàn)系統(tǒng)遠程通訊。本系統(tǒng)能實現(xiàn)自動調(diào)配，自動抽取，及氨水噴射及霧化調(diào)節(jié)的自動控制。該控制系統(tǒng)包括了上位機、PLC控制柜、接線箱、及終端儀表（電動調(diào)節(jié)閥、壓力表、流量計、液位計等）。就地控制箱包括流量，壓力的顯示。PLC 控制柜對整個系統(tǒng)的控制，包括了對遠程信號的接收、計算和傳輸。所有信號都能在中控和本地顯示，中控可實現(xiàn)對信號的處理，顯示，報警，及顯示報表信息。系統(tǒng)通過氣體分析儀檢測NOx濃度，當系統(tǒng)檢測到出口濃度與設(shè)定值不符時，在手動模式時，在現(xiàn)場可直接手動調(diào)節(jié)還原劑噴射量。在自動模式時系統(tǒng)可以改變還原劑的噴射量使NOX濃度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，使脫硝系統(tǒng)能跟隨運行負荷變化而變化，使脫硝系統(tǒng)長期、穩(wěn)定的安全運行。

三、設(shè)備選型説明

  3.1 選型原則

    3.1.1可靠性

       可靠耐用、滿足系統(tǒng)長期運轉(zhuǎn)性能要求，本項目采取在同類工程中經(jīng)過實踐考驗和時間驗證的知名設(shè)備品牌。

    3.1.2實用性

       根據(jù)各個項目的實際基礎(chǔ)條件的不同，選擇符合項目實際需求。滿足性能要求的使用設(shè)備。

       本次設(shè)備選擇進行準確核算和度量，考慮設(shè)備自身的性能實現(xiàn)的可能性，充分考慮系統(tǒng)運行。

    3.1.3適應(yīng)性

       本系統(tǒng)的運行滿足指標會有階段性的變化，以后會出現(xiàn)更加嚴格的指標控制要求，所以本次選型充分考慮到此方面原因，選型過程核算了設(shè)備自身要適應(yīng)更加嚴格指標的設(shè)計能力，進行了恰當?shù)倪x型考慮。

 3.2. 選型依據(jù) 

    3.2.1  系統(tǒng)工藝計算書；

    3.2.2  上述的選型原則

    3.2.3  國家相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和標準；

  3.3 主要工藝設(shè)備表

  3.4 SNCR系統(tǒng)原料及公用工程消耗

  3.5 報價表