2w气量玻璃熔块炉低温SCR脱硝方案(山东锦利程)

玻璃窑低温SCR脱硝项目

初步技术方案

北京方信立华科技有限公司

2015年5月

1、项目概况

厂内1台玻璃炉窑现需增设烟气脱硝装置，根据目前玻璃行业脱硝技术的发展现状及我公司成熟的技术、设计和实际工程经验，针对本项目的具体情况，采用低温SCR脱硝工艺，。考虑到厂内具体情况、还原剂的储运方便、安全，拟采用尿素为还原剂。本方案为初步技术方案，供业主参考。

2、烟气基本参数

脱硝进口烟气参数 烟气量 烟道温度 SO2 氮氧化物 SCR脱硝后 SCR脱硝效率 除尘后烟尘浓度 Nm³/h ℃ ppm mg/Nm³ ppm mg/Nm³ mg/Nm³ % mg/Nm³ 20000 310 1 470 696 1403 200 86 3、烟气排放标准及设计要求

（1） 本项目采用低温SCR工艺，脱硝工艺要适用于工程己确定的烟气条件，并考虑烟气变化的可能性； （2） 使用尿素热解作为脱硝还原剂；

（3） 烟气脱硝装置的控制系统可进入主机控制系统，也可使用PLC系统单独控制；

（4） 烟气脱硝效率≥86%（脱硝后NOx≤200 mg/Nm³）； （5） NH3逃逸量控制在5ppm以下；

（6） 脱硝装置可用率不小于98%，服务寿命为10年； （7） 采用成熟的SCR工艺技术，设备运行可靠； （8） 根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资；

（9） 脱硝工艺脱硝还原剂、水和能源等消耗少，尽量减少运行费用； （10） 烟气脱硝不能影响原系统出力及正常运行，同时，脱硝系统应具备单独运行、单独检修的要求。

4、烟气处理流程

窑炉尾气--脱硝--脱硫--排放

5、SCR脱硝工艺

SCR工艺系统主要包括烟道系统、SCR反应器、还原剂喷射系统、尿素储存制备供应系统、蒸汽吹灰系统等，下面将分别进行描述。

5.1 SCR脱硝系统

5.1.1 SCR脱硝原理

SCR的全称为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reducation)。催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NOx(NO、NO2)，将NOx转化非污染元素分子氮(N2)，NOx与氨气的反应如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 6NO2+8NH3→7N2+12H2O

SCR系统包括催化剂反应器、还原剂制备系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统。SCR工艺的核心装置是催化剂和反应器，有卧式和立式两种布置方式，一般采用立式较多。 5.1.2反应器本体

SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。SCR脱硝效率与以下因素有关：

 催化剂质量；  反应温度；  停留时间；  氨氮比；

 氨气与烟气混合均匀程序；

 烟气在SCR反应器内分布均匀程度。

为达到较高的脱硝效率，设计每个功能段时必须考虑以上因素，每个环节

均优化设计。在本项目中，设计进入SCR系统的烟气温度均为310℃。 5.1.3喷氨格栅或氨水专用喷

喷氨段内安装有喷氨格栅，喷氨格栅上安装有喷氨专用喷嘴，喷氨格栅不仅能将氨气均匀喷入烟气中，而且还有良好的初步混合效果。只有喷氨格栅喷出的氨气均匀，后面的混合器的混合效果才能好。 5.1.4氨气/空气混合器

为使氨气与烟气混合均匀，在喷氨格栅后安装有混合器，混合器采用多层纵向折流板形式，通过折流板的扰流，使烟气与氨气充分混合均匀。混合器依据CFD数值模拟计算结果进行设计，保证氨气混合效果。 5.1.5整流器

混合好氨气的烟气在反应器内的分布均匀程序不仅影响脱硝效率，也影响到氨的逃逸浓度。烟气流速高区域烟气停留时间短，脱硝效率低、部分氨气无法反应而逃逸，虽然烟气流速低区域脱硝效率高，但在烟气分布不均匀时，则总体脱硝效率则低、氨易逃逸。

立式SCR反应器上方烟气流向需要转90°角度，均流器前烟道不仅短，而且也有多个影响气流的局部构件。安装均流器空间小，为使进入催化剂层的烟气分布均匀，均流器采用导流板加均流格栅板形式，导流板和格栅板依据CFD数值模拟计算结果进行设计。保证进入催化剂层的烟气流速均匀程度σ<0.2。 5.1.6催化剂

目前常用的催化剂形式主要为蜂窝式和板式。

(1)蜂窝式是目前市场占有份额最高的催化剂形式，其特点是单位体积的催化剂活性高，达到相同脱硝效率所用的催化剂体积较小，适合灰分低于30 g/m3，灰粘性较小的烟气环境。

(2)板式催化剂的市场占有份额仅次于蜂窝式催化剂。板式催化剂以金属板网为骨架，比表面积较小。此种催化剂的特点是：具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性，适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。缺点是单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大，使用的钢结构多。

考虑到本项目的废气气量小而且其中少量颗粒物，气体堵塞催化剂孔道和冲刷磨损催化剂作用较小，所以本工艺采用的催化剂形式是蜂窝状整体催化剂。催

化剂尺寸：150×150×800 mm。

本工程共配置一台SCR反应器，每台SCR反应器设计四层催化剂层（3＋1层），其中下层为预留层。烟气竖直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器入口及出口处均设置导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。反应器内部各种加强板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。反应器设置有足够大小和数量的人孔门。反应器配置了可拆卸的催化剂测试元件。SCR反应器能承受运行温度低于300℃长期运行的考验，而不产生任何损坏。

公司依托北京工业大学何洪、李坚两位教授的长期合作，经过多年努力，成功研发出自主知识产权的“方信”牌高效低温SCR脱硝催化剂。该技术大幅拓宽了SCR脱硝催化剂的常规治理温度区间，将治理温区从300--400℃大幅拉至160--400℃，突破了300℃以下催化剂失去活性的技术难关。目前，“方信”牌高效低温SCR脱硝催化剂已经成功应用于云南昆钢钛业集团、广钢集团、山东药玻等大型行业龙头企业的脱硝工程，取得良好的效果。催化剂的型式北京方信立华自主知识产权的蜂窝催化剂。

SCR脱硝催化剂主要性能参数见下表： 项目 性能保证 脱硝效率 化学寿命期内SO2氧化率 化学寿命期内NH3逃逸率 允许运行温度内化学寿命 催化剂设计参数 催化剂型式 孔数 催化剂布置 每反应器催化剂初始体积 m3 蜂窝式 20x20 3用1备 7.8 单位 方信立华 % % ppm h ≥86 ＜1 ≤5 ≥16000 生产单位 催化剂高度 化学寿命内催化剂总压降 允许运行温度内机械寿命 设计运行温度 偏差范围 催化剂允许最大温升速度 催化剂允许最大温降速度 反应器及模块设计参数 反应器数量 每反应器初装催化剂层数 每反应器备用催化剂层数 催化剂模块材料 每个模块催化剂单元数 单个模块尺寸 每层模块数量 反应器尺寸 SCR还原剂用量 每小时尿素用量 5.1.7还原剂制备和喷射系统 锦利程环保设备公司做。

mm Pa 年 ℃ 800 800（4层） 5 ＞310 ℃/min ℃/min 5 5 个 层 层 个 mmxmm 个 mmxmmxmm kg/h 1 3 1 碳钢 6x6 930x930 4（2x2布置） 2000x2000x10000 21.5 5.2 烟风系统

SCR布置、脱硫除尘器后，由烟道、挡板门系统组成SCR烟风系统。 5.2.1烟道

在余热锅炉前引出的烟气与SCR反应器入口和旁路烟道连接，入口前装有入口挡板门，旁路烟道装有旁路挡板门；SCR反应器出口烟气再接入后续烟道并从烟囱排出，出口装有出口挡板门，然后再与旁路烟道汇合，进入排放烟道。关闭旁通挡板门、打开出入口烟道挡板门烟气就进入SCR反应器脱硝。当启炉、运行故障、烘烤催化剂等不适宜SCR投运时，打开旁通烟道挡板门、关闭SCR反应出入口挡板门。烟气就直接从旁通烟道通过，从而保护催化剂。

5.2.2挡板门系统

挡板门系统由上述三个挡板门及密封风机、加热器等组成。为提高挡板门的密封效果挡板门采用双层百叶阀结构。 5.2.3吹灰系统

为了防止烟气的飞灰在催化剂上沉积，堵塞催化剂孔道，在每层催化剂上安装1套脉冲式吹灰器。

5.3保温材料与油漆

脱硝装置中设备、管道的保温、油漆和防腐设计。 所有的管道和箱罐等的外表面都要涂刷防腐底漆和面漆。 室外布置的设备、管道、阀门均考虑保温防冻，如设计保温等。 室内布置的设备、管道、阀门考虑涂刷面漆。 室外氨气输送管道考虑电拌热。

保温与油漆设计将遵循“火力发电厂保温油漆设计规程” (DL/T5072 -1997)。 对运行温度低于最大酸露点温度的设备，将采取防止凝结的保温

5.4 钢体构架

钢体构架包括：

—SCR系统的支承钢体构架 —钢平台及扶梯。

为了利于进行维护和维修，在所有需要的地方都设置平台。每一个平台都能够承受维护和维修时所施加的载荷。平台由型钢和镀锌钢网组成。所有平台还安装100mm的踢脚板和扶手。

5.5流体模拟试验方案

流体摸拟试验的目的是合理布置烟道、导流板、静态混合器、整流格栅和催化剂等，以便验证在SCR反应器中第一层催化剂前的流场、温度场和氨氮比的分布和氨喷射格栅之前流速分布满足催化剂要求，同时，还可确定灰尘散落在脱硝装置的可能区域。

流体摸拟研究包括配有飞灰整流器和催化剂床的反应器。如有必要，也要包括烟道里反应器上游或锅炉出口的所有内部件。同时也包括反应器入口烟道的氨喷射格栅（AIG）以估算对压损和流量分布的影响。模拟的负荷从50～100％

BMCR。

流体摸拟前的，我们先利用CFD 计算软件通过采用数学模型求解Navier-Stooks 方程来模拟流体动力状况。

6、电气部分

时的设计方案。

电气系统可与窑炉电气设计同步考虑。以下为SCR系统单独设立电气系统

脱硝中系统电气系统不设高压段，电气部分分为低压供配电系统，UPS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。 6.1电源 6.1.1 交流电源

本脱硝系统供电由买方将3~380V，50Hz电源（三相四线）送系统总配电柜进线柜。配电和自动控制系统有防潮防漏电和可靠的接地措施，各类电气设备均设电路短路和过载保护装置，以确保用设备安全运行。

本工程所需的3~380V，50Hz供电电源由买方PC室引来，用电负荷等级为三级。低压供电系统采用TN -S系统供电。由低压配电屏向各电动机配电，配电线路采用电力电缆电缆沟或玻璃钢电缆桥架敷设。

风机电机采用变频启动，其余采用直接启动。 6.1.2 事故保安电源

甲方每条线设有专用事故保安电源系统，确保在整个脱硝装置失电后的安全停机和设备安全。脱硝系统的保安负荷（如有）接入全厂事故保安电源系统。 6.1.3直流电源

甲方提供110V直流电源供脱硝系统使用。 6.1.4 UPS电源系统（仅DCS系统有）

甲方每条线脱硝系统设有UPS，脱硝系统的UPS负荷则接入脱硫除尘UPS或锅炉UPS。 6.2 电缆选型及铺设 6.2.1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。 6.2.2电缆设施

脱硝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。

电缆桥架全部采用热镀锌桥架，电缆桥架的支吊架采用经防腐和热浸镀锌处理的钢质材料。

电缆保护管一般采用镀锌水煤气管。 6.2.3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(GB 50217－94)及火力发电厂与变电所设计防火规范(GB 50229－96)的要求，在电缆竖井、墙洞及盘柜的底部开孔处采用防火堵料封堵；在电缆沟内设置必要阻火墙，并在电缆密集处加装耐火隔板。 6.3照明

照明电源引自MCC室的照明柜，室内照明采用就地开关控制，室外照明采用照明箱集中控制方式。各照明箱均设进、出线空气开关，每个出线回路所接灯具数不超过 5套，插座接单独回路。

照明干线采用VV-1000型，室外照明支线采用VV-1000型铜芯线穿塑料管敷设，室内照明支线采用BV型导线穿塑料管暗敷或穿塑料线槽明敷。

设置在室外的照明系统采用金属卤素灯为光源的室外照明灯具，一律接地，并设漏电保护装置。在防爆区域内的照明灯具选用防爆灯具，电气线路按照防爆要求敷设。

照明电源分别由操作室内总配电柜，引至各照明配电箱。室内照明采用日光灯或白炽灯。 6.4防雷接地

根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），本工程按三类防雷建筑物设防。混凝土屋面的接闪器采用φ10热镀锌圆钢做为避雷带，金属屋面板的采用厚度大于0.5mm的金属屋面板做为接闪器，顶部有金属栏杆的构筑物，利用金属栏杆做为接闪器。引下线利用建筑物柱子主筋或金属罐体本体，接地装置利用建

筑物基础钢筋或人工接地装置。接地电阻要求不大于4欧。

建筑物、构筑物、塔、罐、金属容器、管线等的防雷、防静电接地，电气设备的保护接地与配电间的工作、保护、防雷接地，要求连成一个等电位接地网络。新建项目现场内在任何一处接地点测量，其接地电阻值不大于4Ω。

7、 热控部分

7.1总则

本工程脱硝系统采用控制系统控制——用DCS控制；系统配置一个工程师站与两个操作员站；DCS系统、工程师站放置到3#线脱硫除尘控制室内，1—2#线、3#线分别设置一个操作员站和一个控制机柜。

脱硝装置在每条线反应器进、出口烟道上设置 NOx/O2/SO2/烟尘/流量测点，并在反应器出口烟道设置NH3逃逸取样分析仪，信号全部进入脱硝DCS中进行监控用于系统的控制。

控制系统能实现还原剂供给系统配料的自动控制，并保证脱硝系统能跟随锅炉运行负荷变化而变化。使锅炉脱硝系统长期、可靠的安全运行。

在正常工作时，每隔一个时间段记录SCR运行工况数据，包括热工实时运行参数、设备运行状况等。当故障发生时系统将及时记录故障信息。操作员终端可存储大量信息，自动生成工作报表及故障记录，存储的信息可通过查询键查询。 7.2 控制方案

脱硝SCR 区和氨区控制系统分别设计，采用操作员站LCD 显示器和鼠标(键盘) 作为脱硝装置主要监控手段，运行人员通过LCD 和鼠标( 键盘) 可以完成脱硝装置的监视、调整、设备启停等控制操作。

（1） 采用DCS模块进行控制。主要功能包括：数据采集处理、模拟量控制、顺序控制。

（2） 脱硝控制系统能够以机组为单位运行，由机组脱硝控制系统操作员站操作界面监控机组脱硝运行状态。从操作员站上能够通过通讯方式完全监视整个脱硝系统所有的信号。

（3） 脱硝系统有完善的保护系统，以确保在危险工况下自动安全停机或人工进行停机，重要设备设就地事故按钮。 （4） 低压电气设备进入脱硝控制系统控制。

7.3 检测仪表 7.3.1 温度测量

集中显示和控制的测温元件采用热电偶或pt100热电阻，耐磨型，选用耐高温不锈钢保护套管，保护套管的外径尺寸和插入深度符合相关行业标准，测温元件接线盒选用防水型。 7.3.2 压力/压差变送器

集中压力测量仪表选用智能式变送器。变送器是二线制的，输出4～20mA信号，所有压力/差压变送器均配LCD 显示表头。

就地压力表一般采用不锈钢压力表。表盘直径为150mm，精度不低于1.5级。压力表设置在容易观察的位置，压力表考虑防尘、防腐、耐震。压力取样阀门材质选用不锈钢304 。 7.3.3 流量测量

流量仪表选用电磁流量计、涡街流量计，带有4～20mADC 两线制信号输出。流量计根据介质特性、安装场合设计，对氨水介质流量测量采用电磁流量计（220VAC电源）；蒸汽、空气流量测量采用涡街流量计。 7.3.4 液位测量

本脱硝工程氨水储罐的液位选用磁翻板液位计，并提供远传信号。 7.3.5 执行机构

本工程阀门控制机构采用气动执行器、电磁阀或电动执行器。 7.3.6 仪表控制电缆及电缆敷设

所有仪表和控制电缆均采用阻燃型电缆。所有进DCS的电缆采用阻燃型聚氯乙烯绝缘屏蔽电缆，最小导体截面为1.0mm2。热电偶采用延长型补偿电缆。且能满足有关国际、国家规范和标准。

8、系统平面布置

暂无。

9、土建

SCR系统土建设施主要有：

 公用系统设备间：布置有还原剂存储和制备区。  SCR反应塔支撑结构

 设备基础

10、脱硝系统设计参数及运行费用

序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 烟气量 脱硝前NOx 设计脱硝率 脱硝后NOx浓度 设计脱硝温度 氨逃逸浓度 系统可用率 单位 Nm3/h mg/Nm3 % mg/Nm3 ℃ ppm % 20000 1403 86 ≤200 310 ≤5 ≥98

序号 1 2 3 4 5 6 7 NOX去除量 NOX去除直接成本 项目名称 系统电耗 蒸汽耗 还原剂尿素 人工 单位 度 t t 个 合计 t/天 0.58 元/t 日耗量 3000 0.8 0.52 3 计算单价 日运行费用 (元) （元） 0.5 100 1700 150 2914 按脱硝率86%计 5024 1500 80 884 450 备注：使用尿素，虽然原料成本相对氨水每吨便宜30-40%，但是热解成本太高，综合每使用一吨还原剂运行成本比使用氨水贵2500左右，且使用尿素初期氨区初投资成本也较使用氨水贵50万左右，建议使用氨水作为还原剂。

11、脱硝主要设备一览表

序号 一 设备名称 还原剂储存和制备 设备规格 离心式，流量2000m3/h，材质304 有效容积4.5m3 离心式，2 m3/h,出口压力1.0MPa，3kw，材质304 立式自吸泵，3kw，材质304 离心式，1200 Nm3/h,出口压力5.0MPa，4.5kw，材质Q235B 100kw Q235 阀门，管件，支架等附件 2000x2000x10000mm，材质Q235B，设计压力3000Pa，保温厚度100mm，烟气阻力1000Pa Q235B 7.8m3，蜂窝式，层数/层高3+1/900，设计温度310℃ 网格，管道材质20# 导流板+均流格栅板 Q235B 双百叶 Y9-19№4A，2900rpm 单位 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 套 套 数量 备注 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 不包含 5天的用量 2用1备 1用1备 1 尿素热解炉 2 尿素贮存罐 3 溶解罐 4 尿素溶解泵 5 喷氨格栅 6 尿素喷 7 废水泵 8 稀释风机 9 电加热器 10 11 12 二 废液收集槽 热伴带 安装附件 SCR反应器 1 SCR反应器本体及支架 反应器进出口烟道及支架 催化剂 喷氨格栅及喷嘴 均流器 吹灰系统 SCR烟风系统 烟道及支架、平台 烟气挡板门 密封风机 台 1 2 3 4 5 6 三 1 2 3 四 五 1 2 3 套 m3 套 套 套 套 台 台 套 面 台 套 1 7.8 1 1 1 1 3 1 1 2 2 1 CFD模拟确定 CFD模拟确定 SCR系统阀门、管道、保温等安装材料 电气系统 脱硝低压开关柜 就地操作箱 通风配电箱 MNS柜 400*500*200 IP，带防雨棚 4 5 6 7 8 9 10 11 六 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 照明配电箱 安全/检修电源箱 暖通配电箱 防爆检修箱 照明箱及灯具 防雷接地材料 防火阻燃材料 2mm 400*500*200 700*550*200 600*450*200 面 面 个 个 套 套 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 3 1 3 2 1 1 1 套 套 套 套 台 台 台 面 面 套 套 块 只 只 只 只 只 批 套 西门子 业主配套 电缆、电缆桥架、 穿线管及材料 热控部分 PLC 热控电源柜 烟气分析仪NOx/O2 氨逃逸 压力变送器 就地压力表 就地温度计 热电阻 液位计 流量计 控制电缆 其它安装附件 S7-300 组态王 上位机 显示器 打印机A4 PLC机柜 800*600*2200 CEMS 介质：氨水，0~200℃ 0~200℃ 质量流量计（含变送器） 接线盒，仪表保护箱，仪表电源柜，仪表阀，仪表管阀件，仪表管，金属软管，防爆绕性连接管，软管接头，镀锌水煤气管 七 1 2 3 4 5 6 7 9 其它费用 设计费 CFD数值模拟 安装费 技术服务费 调试费 运输费 环保检测费 税金 合计 项 项 项 项 项 项 项 1 1 1 1 1 1 1 业主负责 报价：

一套SCR系统改造共计196.4万元（不包土建施工费用和尿素热解部分）。 注：因对系统设备及仪表等的配置要求以及供货范围不明确，价格仅为初步估算值。较准确的分项价格需要在进行进一步沟通和设计后提供。