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循环流化床锅炉脱硝技术方案详

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2020年4月19日
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循环流化床锅炉SNCR脱硝技术方案

一、 SNCR工程设计方案
1、 SNCR和SCR两种技术方案的选择
1.1. 工艺描述
选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下简写为SNCR）技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。SNCR方法主要在900～1050℃下，将含氮的化学剂喷入贫燃烟气中，将NO还原，生成氮气和水。而选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR），由于使用了催化剂，因此能够在低得多的温度下脱除NOx。两种方法都是利用氮剂对NOx还原的选择性，以有效的避免还原氮剂与贫燃烟气中大量的氧气反应，因此称之为选择性还原方法。两种方法的化学反应原理相同。
SNCR在实验室内的试验中能够达到90％以上的NOx脱除率。应用在大型锅炉上，短期示范期间能达到75％的脱硝率，长期现场应用一般能达到30％～50％的NOx脱除率。SNCR技术的工业应用是在20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的，在欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始SNCR技术的工业应用。美国的SNCR技术应用是在90年代初开始的，当前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。
两种烟气脱硝技术都能够采用氨水、纯氨、或者尿素作为还原剂，工艺上的不同主要体现在两个方面：其一，SCR需要布置昂贵的金属催化剂，SNCR不需要催化剂；其二，SNCR存在所谓的反应温度窗口，一般文献介绍，其最佳反应温度窗口为850~1100℃，可是当采用氨做还原剂且和烟气在良好混合条件下，而且保证一定的停留时间，则在更低的760~950℃范围内也能够进行有效程度的脱硝反应。采用SCR技术的脱硝反应，由于催化剂的存在，则能够在尾部烟道低温区域进行。
SNCR、SCR和SNCR-SCR三种技术性能比较见表2-1。

表2-1 选择性还原脱硝技术性能比较
项目
SCR
SNCR
SCR-SNCR
还原剂
NH3或尿素
NH3或尿素
NH3或尿素
反应温度
250~420℃
850~1250℃
前段：250~420℃，后段：850~1250℃
催化剂
TiO2，V2O5，WO3
不使用催化剂
后段加装少量TiO2，V2O5，WO3
脱硝效率
70~90%
大型机组为25~40%，小型机组配合LNB、OFA技术可达80%
40~90%
反应剂喷射位置
多选择省煤器与SCR反应器间的烟道内
一般在炉膛内喷射
综合SNCR和SCR
NH3逃逸
小于3ppm
5~10ppm
小于5ppm
SO2/SO3氧化
会导致SO2/SO3氧化
不导致SO2/SO3氧化
SO2/SO3氧化较SCR低
对空气预热器影响
催化剂中的V、Mn、Fe等多种金属会对SO2的氧化起催化作用，SO2/SO3氧化率较高， NH3与SO3易形成NH4HSO4而造成堵塞或腐蚀
不会因催化剂导致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蚀的概率低于SCR和混合SNCR-SCR
SO2/SO3氧化率较SCR低，造成堵塞或腐蚀的概率较SCR低
系统压力损失
催化剂会造成较大的压力损失
没有压力损失
催化剂用量较SCR少，产生的压力损失相对较小
燃料的影响
高灰分会磨耗催化剂，碱金属氧化物会使催化剂钝化
无影响
与SCR相同
锅炉的影响
受省煤器出口烟气温度的影响
受炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布影响
综合SNCR和SCR
占地空间
大（需增加大型催化剂反应器和供氨或尿素系统）
小（锅炉无需增加催化剂反应器）
较小（需增加小型催化剂反应器）

近年来由于环保需要，中国要求电厂锅炉除了使用低氮燃烧器(LNB)外，还需进一步安装烟气脱硝装置，当前采用的最佳成效工艺主要有SNCR、SCR 和SNCR/SCR 混合法技术。参照国外整体能源的分配和利用比重以及电厂实际情况来看，和中国较相似的是美国，可是国内的燃煤质量及灰分量依然是要特别考虑的因素。由于SNCR在小型机组上呈现出的优越性，因此在小型机组上首选SNCR脱硝技术，且进行SNCR改造后，若需再进一步脱硝，具有很大的灵活性，如图2-1所示。

图2-1 SNCR技术所具有的灵活性

SNCR 系统较简单，能够根据机组运行状况灵活处理，不受机组燃料和负荷的变化而受影响。施工周期短，SNCR 对其它系统的维护运行(如空气预热器和集尘器) ，都不产生干扰及增加阻力。使用尿素作还原剂，不但能够而且减少SCR 系统采用“液氨”在使用和运输上的所带来的安全风险。而且，氨区的设计占地远远大于尿素区的设计占地。非常适用于老厂的脱硝改造，若需进一步脱硝，可加装一层SCR催化剂，形成混合SNCR-SCR技术，达到NOx减排要求。
由于国内脱硝技术仍属起步阶段，当前关于SNCR、SCR 和SNCR-SCR 混合法运行资料不甚多，因此需要借鉴国外经验来参考。图2-2所示为SNCR，SCR 和SNCR-SCR 混合法工艺的的经济比较，表2-2美国NOx工艺选择的经济型分析计算值。

图2-2 一般SNCR，SCR 和SNCR-SCR 混合法工艺的的经济比较

表2-2 美国NOx工艺选择的经济型分析计算值
工艺
%脱硝率
%最经济
脱硝率区*
平均美国总投资美元/KW
美国总投资US$/KW
SNCR
25~40
20~35
15
10~20
SCR
50~85
70~80
80
60~140
Hybrid SNCR-SCR
55~95
50~70
30~70（2~4倍）
（视脱硝率而定）
SNCR<Hybrid<SCR
(注*: 在此区域之外并不是不能达到，而是运行成本会不成比例的大幅度增加。工艺本身的一些弱点会不成比例的放大。包括负面影响锅炉的下游系统，让整体的能耗及经济效益减低许多。)

从经济和性能综合分析：
Ø SCR 脱硝装置的成本主要在装置的成本, 运行成本主要在于还原剂和催化剂的消耗和电耗。SNCR 方案其运行费用仅为SCR 工艺的15~30%，是在满足国家排放标准基础上最经济的方案。
Ø SCR 潜在的产能问题最多又大。
Ø SCR-SNCR 混合型是一个综合的方案，它的最大优点在于能够根据排放要求，分期实施。并比SCR 便宜。产能问题大幅减少。
由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分离器进口和出口的烟气温度位于SNCR反应温度窗口内，且分离器中的烟气流场的情况正好有利于喷入的还原剂和烟气的良好混合，故在循环流化床锅炉上宜采用SNCR技术，可达到50%以上的脱硝效率。
1.2. SNCR的优点
与其它脱硝技术相比，SNCR技术具有以下优点：
a) 脱硝效果令人满意：SNCR技术应用在大型煤粉锅炉上，长期现场应用一般能够达到30～50％的NOx脱除率，循环流化床的的SNCR技术可取得50%以上的脱硝效率。
b) 还原剂多样易得：SNCR技术中脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等）。但效果最好，实际应用最广泛的是氨和尿素。
c) 无二次污染：SNCR技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成，无二次污染。
d) 经济性好：由于SNCR的反应是靠锅炉内的高温驱动的，不需要昂贵的催化剂系统，因此投资成本和运行成本较低。
e) 系统简单、施工时间短：SNCR技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和喷射系统，主要设备有储罐、泵、喷枪和必要的管路、测控设备。由于设备简单，SNCR技术的安装期短，仅需10天左右停炉时间，小修期间即可完成炉膛施工。
f) SNCR技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行大的改动，也不需要改变锅炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数也不会有显著影响。
1.3. 脱硝效果的主要影响因素
SNCR 方法主要使用含氮的药剂在温度区域870～1200°C 喷入含NO的燃烧产物中，发生还原反应，脱除NO，生成氮气和水，煤粉炉SNCR其概念见图2-3，循环流化床锅炉SNCR其概念图见图2-4。由于在一定温度范围，有氧气的情况下，氮剂对NOx的还原，在所有其它的化学反应中占主导，表现出选择性，因此称之为选择性非催化还原。SNCR在实验室内的试验中能够达到90％以上的NO脱除率。SNCR 应用在大型锅炉上，选择短期示范期间能达到75％的脱硝效率，典型的长期现场应用能达到30％～60％的NOx脱除率。在大型的锅炉（大于300MW 发电功率）上运行，一般由于混合的限制，脱硝率小于40％。SNCR 技术的工业应用是在20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的，在欧盟国家从80 年代末一些燃煤电厂也开始SNCR 技术的工业应用。

图2-3 煤粉炉SNCR过程还原NOx的概念

图2-4 循环流化床SNCR过程还原NOx的概念

SNCR 相对SCR的初投资低，停工安装期短，原理简单，硬件工艺成熟。
在SNCR 技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：
a) 温度范围；
b) 合适的温度范围内能够停留的时间；
c) 反应剂和烟气混合的程度；
d) 未控制的NOx浓度水平；
e) 喷入的反应剂与未控制的NOx的摩尔比－NSR；
f) 气氛（氧量、一氧化碳浓度）的影响；
g) 氮剂类型和状态；
h) 添加剂的作用；
1.3.1 温度范围的选择
实验表明，SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，温度窗口的选择是SNCR还原NO效率高低的关键，图2-5给出了NOx残留浓度与反应温度的关系曲线。
温度窗口取决于烟气组成、烟气速度梯度、炉型结构等系统参数。文献中报道的温度窗口差别很大，下限最低有427℃，上限最高达1150℃，最佳温度差别也很大。一般认为理想的温度范围为700℃～1000℃，温度高，还原剂被氧化成NOx，烟气中的NOx含量不减少反而增加；温度低，反应不充分，造成还原剂流失，对下游设备产生不利的影响甚至造成新的污染。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口一般出现在折焰角附近的屏式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。
研究发现加入其它的有些添加剂能够使NH3/NO反应的温度窗口向低温方向移动，如图2-6所示。当前报道的添加剂包括氢气，引入的氢气变成OH使得温度窗口朝低温方向移动；过氧化氢；一氧化碳；碳氢化合物如甲烷、甲醇、乙醇、苯酚；钠盐如NaOH、HCOONa、CH3COONa、NaNO3、Na2CO3。

图2-5 NOx残留浓度与反应温度的关系曲线 图2-6 氨中CH4添加量对温度窗口的影响
1.3.2 合适的停留时间

图2-7 停留时间对SNCR脱硝率的影响
还原剂必须和NOx在合适的温度区域内有足够的停留时间，这样才能保证烟气中的NOx还原率。还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除NOx的效果越好。NH3的停留时间超过1s则能够出现最佳NOx脱除率。尿素和氨水需要0.3s-0.4s的停留时间以达到有效的脱除NOx的效果。图2-7说明了停留时间对SNCR脱硝率的影响。
1.3.3还原剂
用于SNCR脱硝工艺中常使用的还原剂有尿素、液氨和氨水。若还原剂使用液氨，则优点是脱硝系统储罐容积能够较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气有毒、可燃、可爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用；另外，输送管道也需特别处理；需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果，一般应用在尺寸较小的锅炉和焚烧炉。若还原剂使用氨水，氨水有恶臭，挥发性和腐蚀性强，有一定的操作安全要求，但储存、处理比液氨简单；由于含有大量的稀释水，储存、输送系统比氨系统要复杂；喷射刚性，穿透能力比氨气喷射好，但挥发性依然比尿素溶液大，应用在墙式喷射器的时候依然难以深入到大型炉膛的深部，因此一般应用在中小型锅炉上，但在CFB锅炉上多使用氨水作为还原剂；若还原剂使用尿素，尿素不易燃烧和爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安全；挥发性比氨水小，在炉膛中的穿透性好；效果相对较好，脱硝效率高，适合于大型锅炉设备的SNCR 脱硝工艺。
从图2-8能够看出不同温度下尿素和氨对NOx还原率的影响，温度区间位于730℃~950℃之间时，选用氨作还原剂的脱硝效率要高于选用尿素的脱硝率。当反应区域温度在950℃以上时，尿素的脱硝效率则能够保持在氨脱硝系统之上。因此在CFB锅炉的SNCR系统，如果不是出于安全考虑，一般采用氨系统。可是在煤粉炉高温炉膛喷射，选择尿素更为有利。液氨是易燃易爆有毒的化学危险品，氨水挥发性强且输运不便；氨水的处理较液氨简单，因此在CFB锅炉的SNCR技术中多选择氨水作为还原剂。

图2-8 不同温度下尿素和氨对NOx还原率的影响
1.3.4 适当的NH3/NO摩尔比NSR
根据化学反应方程，NH3/NOx摩尔比应该为1，但实际上都要比1大才能达到较理想的NOx还原率，已有的运行经验显示，NH3/NO摩尔比一般控制在1.0～2.0之间，超过2.5对NOx还原率已无大的影响（见图2-9），NH3/NO摩尔比过大，虽然有利于NOx还原率增大，但氨逃逸加大又会造成新的问题，同时还增加了运行费用。可是如何更有效地控制NH3的泄漏，依然有待于更进一步的研究。随着氨水喷入量的增加，氨水与烟气的混合情况有所好转，因此在高NH3/NO摩尔比值情况下取得了好的效果。在实际应用中考虑到NH3的泄漏问题，应选尽可能小的NH3/NO摩尔比值，同时为了保证NO还原率，要求必须采取措施强化氨水与烟气的混合过程。

图2-9 NH3/NO摩尔比NSR对NOx还原率的影响

1.3.5 还原剂和烟气的充分混合
还原剂和烟气的充分混合是保证充分反应的又一个技术关键，是保证在适当的NH3/NO摩尔比是得到较高的NOx还原率的基本条件之一。大量研究表明，烟气与还原剂快速而良好混合对于改进NOx的还原率是很必要的。
1.3.6 气氛的影响
合适的氧量也是保证NH3与NO还原反应正常进行的制约因素。随着氧量的增加NO还原率不断下降。这是因为存在大量的O2使NH3与O2的接触机会增多，从而促进了NH3氧化反应的进行。烟气中的O2在数量级上远大于NO，在还原反应中微量的氧可大大满足反应的需求，因此从氧量对于NO还原率的影响来看，氧量越小越有利于NO的还原，见图2-10。

图2-10 NOx还原率随烟气中的氧气浓度变化

为了提高SNCR对NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数：燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。
1.4. SNCR系统设计
1.4.1设计依据
我方设计依据至少遵循下列文件和标准，但不限于此：
1) 本项目招标文件
2) 《火力发电厂设计技术规程》 DL5000-
3) 《电力工程制图标准》 DL5028-93
4) 《继电保护和安全自动装置技术规程》 DL400-91
5) 《火力发电厂厂用电设计技术规定》 DL/T 5153-
6) 《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》 DL/T5136-
7) 《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》 SDJ26-89
8) 《火力发电厂和变电所照明设计技术规定》 DLGJ56-95
9) 《3~110KV高压配电装置设计规范》 GB50060-92
10) 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 DL/T620-1997
11) 《电测量及电能计量装置设计技术规程》 DL/T5137-
12) 《电力工程电缆设计规范》 GB50217-94
13) 《火力发电厂厂内通信设计技术规定》 DL/T5041-95
14) 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94
15) 《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》 DL/T5044-95
16) 《低压配电设计规范》 GB50054-95
17) 《交流电气装置的接地》 DL/T621-1997
18) 《过程检测和控制流程图用图形符号和文字符号》 GB2625－81
19) 《火力发电厂电子计算机监视系统技术规定》 NDGJ91－89
20) 《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定》 DLGJ116－93
21) 《分散控制系统设计若干技术问题规定》1993年3月能源部电力规划设计管理局
22) 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 GB93－96
23) 《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统在线验收测试规程》DL/T 655-1998
24) 《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》 DL/T 657-1998
25) 《火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程》 DL/T 658-1998
26) 《火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》 DL/T 659-1998
27) 《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法（征求意见稿）》
1.4.2 SNCR系统主要设计依据
220t/h单汽包、自然循环、汽冷后段有水平式过热器及省煤器、平衡通风系统的循环流化床锅炉，主要参数见表2-3。
表2-3某300t/h自然循环流化床锅炉的主要设计参数 （BMCR）
名称
数据
额定蒸发量
300t/h
过热蒸汽温度
540±5℃
过热蒸汽压力
9.8 MPa (表压)
省煤器入口给水温度
215℃
空预器出口平均燃气温度
140℃（依设计煤种定）
通风系统
平衡通风
蒸汽温度控制范围
60~100%BMCR
该炉设计用烟煤，其煤质特性见下表2-4。
表2-4 燃煤分析
序号
名称
符号
单 位
设 计
校核
1
碳
Car
%
62.42
60.42
2
氢
Har
%
3.08
3.38
3
氧
Oar
%
3.42
2.42
4
氮
Nar
%
1.20
2.30
5
硫
Sar
%
0.99
0.90
6
灰分
Aar
%
24.12
27.12
7
水分
Mar
%
4.78
5.80
9
发热量
Qnet,ar,p
kJ/kg
23230
22330
10
挥发份
Vdaf
%
12.85
11.85
11
灰变形温度
DT
℃
1450
1400
12
灰软化温度
ST
℃
1500
1450
13
灰熔融温度
FT
℃
1500
1500

1.4.3 总体工艺
1）总体工艺介绍
SNCR系统主要包括氨水储存系统、吹扫风系统、氨水缓冲系统和喷射系统四部分。氨水储存系统提供溶液储存的功能，然后根据锅炉运行情况和NOx排放情况加入稀释水配置成所需的浓度，送入喷射系统。喷射系统实现各喷射层的氨水溶液分配、雾化喷射和计量。还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，调节方便、灵活、可靠；氨水储存区与其它设备、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；氨水喷射系统应配有良好的控制系统，其主要系统流程图见图2-8。

图2-8 喷射氨水的SNCR系统流程图

2）喷枪位置布置
由于CFB锅炉的炉膛出口及旋风分离器进口和出口的烟气温度位于SNCR反应温度窗口内，且分离器中的烟气流场的情况正好有利于喷入的还原剂和烟气的良好混合，布置3组共6根氨水喷枪，2根布置于旋风筒入口烟道上，单侧墙上下布置，2根布置在旋风筒出口管内，按原设计开孔插入，另2根为低负荷下投用，在流化床炉膛内较分离器入口烟道的标高以下设计，其示意图如图2-9所示。考虑炉膛内负压和颗粒浓度，其中位于炉膛和旋风分离器入口处的喷枪不加气动推进装置，采用高温耐热钢和陶瓷防磨套管保护，分离器出口处位置的喷枪装设气动推进装置，不投用时或压缩空气压力低时退出。

图2-9 循环流化床SNCR喷枪位置布置示意图

3）BRL工况下消耗还原剂氨水量的计算
按BRL工况下NOx炉膛出口浓度为370mg/Nm3，经SNCR脱硝后的排放浓度为222mg/Nm3计算，烟气量为280000 Nm3/h，按氨氮摩尔比为1.25为设计值，经计算，BRL工况下单台锅炉每小时所需20%浓度的氨水量设计为0.23 t/h。氨水浓度在15~25%之类波动，若按照氨水浓度20%，且锅炉负荷为40%BRL工况下，若将20%浓度的氨水配置成10%浓度的氨水溶液需加入稀释水量为0.23t/h。喷枪具有1.5～2倍的流量调节能力。

1.4.4 系统介绍和主要设备
1 ) 氨水储存系统
采用氨水系统时，可选择的氨水浓度在19~30%之间。一般氨水选择三种浓度的一种，即19%，25%，29%。在美国标准控制的体系内，采用浓度不同的氨水，适用的布置和安全标准也有一定的差异。相同的锅炉工况下，采用的氨水浓度不同，氨罐的容积以及注射泵，管线，阀门等的参数都会有差异。一般氨水浓度应该由工程公司和业主协商，根据业主采购情况来具体确定。
氨水喷射系统需要一个能够远程控制的卸载管线，将罐车运来的氨水卸载到存储罐内，存储罐的容积一般要比纯氨系统大很多，可是考虑到制造、运输方面的限制，一般要限制在100m3以内。考虑工程所在地的气象因素，也就是因为台风、飓风、暴风雨、暴雪等灾害天气可能造成的厂外氨水供应中断的时间，再确定存储罐的合理尺寸。当一个罐子的极限尺寸也不能满足合理的储量要求时，能够采用两个或多个罐子的布置形式。当然，综合考虑制作运输成本，也可能在单罐容量足够使用情况下，采用2个以上的小罐子布置，可是一般不推荐这样的设计。一般情况下，氨罐存储量要保证锅炉满负荷脱硝运行7~14天的量，特殊情况下能够取不少于5天的量。
2) 氨水缓冲系统
当锅炉负荷或炉膛出口的NOx浓度变化时，送入炉膛的氨水量也应随之变化，这将导致送入喷射器的流量发生变化。若喷射器的流量变化太大，将会影响到雾化喷射效果，从而影响脱硝率和氨残余。因此，设计了氨水缓冲罐，用来保证在运行工况变化时喷嘴中流体流量基本不变。
特定浓度的氨水溶液从储罐输出后，进入缓冲罐并加入稀释水，经过监测稀释水流量和氨水溶液流量来调节最终的氨水浓度以满足锅炉不同负荷的要求。稀释水的输送经过稀释水泵来实现。
稀释水泵设有2台，一用一备。流量余量大于10%，压头大于20%。
4) 背压控制
背压控制回路用于调节到各台炉的氨水溶液和稀释水的稳定流量和压力，以保证脱硝效果。因此，每台炉氨水溶液管路和稀释水管路均有背压控制回路，背压控制经过气动流量调节阀来实现。
5) 喷射计量和分配装置
喷射区计量分配模块是一级模块，每个模块由若干个流量测量设备和气动阀门设备组成。用于精确计量和独立控制到锅炉每个喷射区的反应剂流量和浓度。该模块连接并响应来自机组的控制信号，自动调节反应剂流量，对NOx水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其质量流量。
7) 喷射系统
在线配制稀释好的氨水溶液将送到各层喷射层，各喷射层设有总阀门控制本喷射层是否投运，投运的喷射层则由电动/气动推进装置驱动推进。各喷射层设有流量调节阀门和流量计量设备。喷枪喷射所需的雾化介质采用压缩空气。
每个喷射层的雾化压缩空气总管设有压力调节、压力测量、流量测量，再通往各个喷射器。
每只喷射器都配有电动/气动推进器，实现自动推进和推出SNCR喷射器的动作。推进器的位置信号接到SNCR控制系统上，与开/停压缩空气和开/停氨水溶液的阀门动作联动，实现整个SNCR系统的喷射器自动运行。电动/气动推进器配置就地控制柜，能够直接就地操作控制推进器进行检修和维护，同时实现SNCR自控系统的远方程控操作，并显示设备实际工作状态信号。一个就地控制柜能够控制多个推进器，每层设有一个或者多个控制柜，用以分别控制该喷射层的推进器。在正常运行时，每个喷射层每面炉墙上的所有喷射器同进同退。
8）压缩空气站

1.5. 主要设备
1.5.1 SNCR系统主要的设备
1）氨水储罐的设计
氨水罐的作用是存储反应剂，要求容量足够，运行安全。氨水罐介质入口为罐车卸载管线，出口为氨水泵的吸入管线。为了保证氨水罐内有足量的氨水，而且压力适当，氨水罐需要配置液位计、真空阀、安全阀等附属设施。
图2-10为某项目SNCR系统的氨水罐简图。

图2-10 氨罐总图
氨罐底部有6个管座，分别接放水管、泵回流管、泵吸水管、氨水卸载管、卸氨平衡管、备用管线。罐顶部设置一个人孔门，罐内设置直达罐底的斜爬梯，方便维护人员进入罐体内部检修。罐顶部也有六个管座，分别用于连接压力表、压力变送器、压力释放阀、真空阀、液位计、放空阀。罐体封头管座用于连接玻璃液位计、热电偶。
氨罐安全阀，一般为弹簧式自启式安全阀，至少2只。一只真空安全阀，防止氨水卸载过程中发生罐体内负压过高情况的发生。一只是正压安全阀，当罐子内压达到设计压力值时，自动开启释放氨气，当内压逐渐降低到回座压力时关闭。
氨罐顶部设置的液位计，可选用雷达液位计，安装在氨水罐的顶部，经过发射的波束从液面发生反射来确定液面的位置。
氨罐的材质方面并无特殊的要求，一般碳钢即可。
为了便于维护、巡视和操作，氨水罐外需要配置检修操作平台，设置相应的楼梯、爬梯走道等。
2）氨水泵的选型
SNCR系统氨水泵的特点是小流量和高压头，因此选型有一定的难度。能够选立式或卧式，都应该采取户外设计的防护等级要求。北美市场一般要求按照NEMA标准设计，防护等级为Class V，相当于IP65防护。泵经过DCS控制启停，也配置现场的电源按钮，用于水泵现场维修后的试运转。
喷射氨水的SNCR系统，氨泵常见的选择有两种，一种是离心泵，一种是隔膜泵。对于本项目拟采用离心泵。
3）氨水喷枪
氨水喷枪的好坏，直接决定了氨水雾化的效果。好的雾化对氨和烟气快速均匀地混合是至关重要的。
使用机械或空气雾化喷枪，使氨水在进入炉膛前得到良好的雾化，加强氨水与烟气混合的均匀性，能够加快氨水和NOx之间反应的速度，提高脱硝率。
不同的雾化方式各有优缺点，机械雾化方式不需要雾化空气管线，运行中也不消耗雾化空气，因此系统相对简单，运行费用低。空气雾化方式，能够很好地防止喷嘴的堵塞，在很低的负荷下，能保证较好的雾化效果，喷枪价格相对较低。
喷枪的关键部件是喷嘴，不同型式的喷嘴会产生不同形状的氨水雾。平面扇形喷雾液滴则能够保持在同一水平面上，平面充满度好。因此在合适反应温度下，使用平面扇形喷嘴喷氨水的脱硝效果比实心圆锥喷嘴的效果要好。另外，平面扇形喷雾的液滴集中在与烟气流向垂直的平面上，有利于液滴穿透到烟气流更深的地方，促进氨水液滴与烟气的混合、反应。
氨喷枪是氨喷射系统中的关键设备，氨喷嘴尺寸的决定，要考虑喷入的氨气流有足够的穿透能力。选择合适的出口初速度是射流穿透力的保证。实际的工程中，能够给出几组不同工况下的控制阀出口压力和流量，控制阀厂商能够根据流体特性参数和工况数据，计算出控制阀在不同负荷下的压降数据，控制阀选型要尽可能满足这些数据要求。最大流量工况下的数据被用于管路的尺寸设计。喷枪安装方式的典型方式是将喷枪经过插入预装在固体分离器上的套管就位，喷枪头一般位于分离器耐火涂料的内边缘，喷枪固定法兰和套管端部法兰配对连接。
采用氨水的系统，标准喷枪使用空气雾化的方式。在大容量循环流化床锅炉上，氨喷嘴数量较多，因此会将喷嘴分成几组，一般3~4个喷嘴一组，每组喷嘴共用一套氨水分配管路和控制阀，这样能够减少管线和控制阀的数量，节省工程费用，也使系统控制简单化。
4台锅炉共用一个氨水罐和注射泵模块，见图2-12。其中氨罐区包括氨水的卸载管线和氨水存储罐以及氨水罐的各种附属设施。假如氨或尿素的储存罐，泵，管线等设备布置在靠近车道的区域，设备区必须设置栅栏，锅炉房内的管线和设备，需要在设计阶段进行防碰撞检查。在全厂总体设计时候，要考虑尽量避免在氨或尿素喷射设备周围运输大件物品和设备。氨水经过罐车运输，罐车利用车载泵向氨罐卸载氨水。

图2-12 喷氨系统流程图
注射泵模块由两个泵并联组成，两个泵可供应三台锅炉100%负荷所需的氨水供应量，两台氨水泵互为备用。泵入口经过吸入管线和氨水罐连接，出口经过三通连接通往分离器的氨水供应管线和回流管线。回流管和吸入管在泵和氨水罐之间建立一个回路，氨水注射管线在三通下游设置一个气动开关球阀控制氨水向锅炉的供应和切断。运行时，氨水泵为定负荷运行，经过设定氨水回流的量来确定喷氨量。
整个氨水供应系统运行时，压力的平衡点在总管的三通处，回流管流量变化经过回流管线上的调压阀调节。氨水供应总管分为并联的三个支线，分别送往三台锅炉。
每台锅炉都设有一个流量计量模块，包括一个布置在开关阀和流量调节阀之间的流量计构成。计量模块管线上设置现场压力表和压力开关，压力开关的压力信号送往DCS系统，作为每台锅炉喷氨量的反馈信号。装设在烟囱的NOx测量信号送到DCS系统，经过一定的算法，经过DCS向调节阀发送指令信号。
氨水在计量管线的调节阀之后分成两路，分别送往两个分离器。每个分离器均设置了8支氨水喷枪，每个分离器有一个氨水流量分配模块，在分离器前的氨水流量分配模块中，每支喷枪前都设置了差压流量计，用于监视每支喷枪的了氨水流量。经过差压流量计后的阀门开度调节，而实现每支喷枪之间流量的均匀分配。
氨水喷枪炉外设置两路接口，一路为氨水，一路接雾化空气。雾化空气在喷枪前的压力经过空气总管的调压阀实现，以满足最佳的雾化效果。
主要设备罗列如下：
1）氨水溶液储罐：2个，用于储存20%浓度的氨水溶液；满足4台炉BRL工况下3天用量。
2）氨水溶液缓冲罐：2个，配置不同浓度的氨水溶液，满足负荷变化喷氨的需要；
2）输送氨水离心泵：2台，一备一用，用于将储罐的氨水溶液送至炉前喷射系统；
3）稀释水泵：2台，一备一用，由于氨水缓冲罐中加入稀释水；
4）背压控制阀：4套，背压控制回路用于氨水溶液输送泵\稀释水泵为计量装置供应氨水所需的稳定流量和压力；
5）短喷枪：每台锅炉8套。采用转为脱硝系统设计和生产的气力雾化喷射器，它包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩四部分。喷枪本体上的氨水溶液进口和雾化气体进口为螺纹连接，经过两根金属软管分别与氨水溶液管路、压缩空气管路连接。喷射器见图2-13。

图2-13SNCR喷射氨水短喷枪示意图
6）氨水站自动控制：1套。采用DCS控制系统，主要控制氨水的溶解、配置和输送。
7）氨水喷射控制：每台锅炉1套。用于控制每台锅炉的还原剂的用量，喷射器的投运数量，以及与喷射器配套的压缩空气的流量、压力等。
8）流量调节阀：若干。用于调整氨水溶液的用量等。
9）传感器：若干。用于系统压力、温度、流量的监测和传输。
10）螺杆压缩机：3台，二用一备。用于制备压缩空气来供给喷枪雾化用。
1.5.2 管道及阀门材料
本工程中的工艺物料，根据物性及工艺要求，氨水溶液管道选用管材主要为不锈钢304无缝钢管，氨水溶液管道阀门及相关辅材为不锈钢304材质。工艺水、压缩空气选用普通锅炉用碳钢管，压缩空气管道阀门及相关辅材选用普通锅炉用钢。
1.5.3电气和控制
1）控制系统总体要求
SNCR公用系统部分采用独立的DCS控制系统，能实现炉内喷射还原剂及SNCR供用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。
为了保证系统的可靠性和提高性价比，每台锅炉的SNCR喷射系统纳入锅炉DCS控制系统中，因此每台锅炉的SNCR喷射系统采用一个远程I/O站，DCS系统CPU仍采用原有DCS的CPU，工作站及系统软件也采用原有设备。
氨水站采用一套DCS控制系统分别对氨水溶液的储存系统进行集中监视和控制。在辅助系统控制室内以彩色CRT/键盘作为主要的监视和控制手段，同时预留与DCS控制系统的通讯接口，方便在中央控制室进行监视和操作。
在正常工作时，每隔一个时间段记录燃烧系统及SNCR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。现场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，存储的信息可经过查询键查询。
2）方案特点
我们对锅炉脱硝系统自动控制工程设计将遵循以下技术目标和原则：
Ø 标准化。本工程设计及其实施将按照国家、地方的有关标准进行。我们所选用的系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式。
Ø 先进性。工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。考虑到电子信息技术的迅速发展，本设计在技术上将适度超前，所采用的设备，产品和软件不但成熟而且能代表当今世界的技术水平。
Ø 实用性。本工程设计将以用户需求分析着手，并以得到用户认可的需求为目标来开展工作，保证满足当前及将来的各种需要。
Ø 合理性和经济性。在保证先进性的同时，以提高工作效率，节省人力和各种资源为目标进行工程设计，充分考虑系统的实用和效益，争取获得最大的投资回报率。
Ø 安全性和可靠性。安全和可靠是对动力能源的基本要求，是本集成管理系统工程设计所追求的主要目标。
Ø 模块化和可扩充性。集成管理系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，又可使系统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的设备产品。
Ø 方便性和舒适性。我们提供的热水DCS在使用和操作上将是十分方便和舒适的，将为DCS的拥有者、管理者及其客户提供最有效的信息服务，提供高效、舒适、便利和安全的工作环境。
Ø 灵活性。系统提供管理人员和用户灵活移动和变更设备的可能。
3）组网设计
网络结构分为操作层、IO层、控制层、仪表层。
Ø 仪表传感器层：设有各类传感器、变送器、执行器、电磁阀、电动阀等组成，用于数据采集和执行控制层的指令，变送器提供4-20MADC信号,其它传感器按行业规约提供信号。
Ø 控制层：控制层采用现场总线；由分布I/O装置C基座（装有组装的I/O板卡）互联组成，分别对各自系统I/O点进行监控、信号调理、整定、变换等，并有一定逻辑分析、数值运算能力。
Ø IO层:由控制器本体组成，主要经过自适应专家系统实现锅炉的燃烧控制。锅炉燃料调节，送风量调节，烟道氧量修正，等锅炉常规控制。
4）控制系统的一般描述
系统中面向用户的是操作员站层的工程师站和操作站，对系统的监控管理能够在这些工程师站上进行组态。企业信息管理层网络中客户机（设在控制中心）的数量由WEB服务器授权， DCS系统中不同类型、层次的用户经过授权都可建立自己的操作站。它们和各应用子系统交换数据，将系统输入输出的数据转换成网络操作站能选址，识别和利用的统一格式；并按一定的时间间隔刷新数据库服务器中的数据；同时它是响应各操作站业务请求，实现业务应用中点对点通讯的服务管理装置机电设备运行和检测数据的汇集与积累
DCS集成系统与操作员站相连，经过系统提供接口汇集各种设备的运行和检测参数，并对各类数据进行积累与总计。各种泵、风机、锅炉运行时间、炉排电机运行时间和配电柜电流、电压等参数进行积累与总计，以便更好地进行管理。