20吨锅炉SNCR烟气脱硝装置工程技术设计方案

********20t/h燃煤锅炉烟气脱硝项目

LNBs+SNCR 烟气脱硝装置技术方案

低设备投资、低运行成本 高性价比、高可靠性

睿能源智系统技术（北京）有限公司

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目 录

1 睿能源智系统技术（北京）有限公司 .......................................... 3 2 烟气脱硝工艺技术的选择 .................................................... 3 3 LNBs+SNCR脱硝工艺简介 .................................................... 4

3.1 降低NOx燃烧技术（LNBs） ......................................... 4 3.2 选择性非催化还原法（SNCR） ....................................... 5

4 设计基础 ................................................................. 6

4.1 项目背景 ......................................................... 6 4.2 设计依据 ......................................................... 6 4.2.1锅炉参数 ....................................................... 6 4.2.2锅炉烟气主要污染物含量 ......................................... 6 4.3 装置规模及组成 ................................................... 7 4.4还原剂 ........................................................... 7 4.5强化反应剂 ....................................................... 7 4.6 LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标 ................................... 7

5 系统配置 ................................................................. 8

5.1 还原剂制备系统 ...................................................... 8 5.2 锅炉燃烧工况监测系统 ............................................... 10 5.3 还原剂喷射装置 ..................................................... 10 5.4 逃逸NOx脱除装置 ................................................... 11 5.5 低NOx燃烧控制装置 ................................................. 11 5.6 SCADA监测与控制系统 ................................................ 12 5.7电气系统 ............................................................ 12 6 工艺流程 ................................................................ 13

6.1 LNBs工艺流程 ....................................................... 13 6.2 SNCR工艺流程 ....................................................... 14 7 主要工艺设备表 ........................................................... 15 8 LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗 .......................................... 17 9 运行费用估算 ............................................................. 17 10 报价单 .................................................................. 19

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1 睿能源智系统技术（北京）有限公司

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2 烟气脱硝工艺技术的选择

氮氧化物是通常公认的三种主要的大气污染物之一（即烟尘、二氧化硫、氮氧化物），它的危害程度比二氧化硫有过之而无不及，甚至更为深广。随着经济的发展，有效控制燃煤造成的大气污染形势已经刻不容缓，特别是控制燃煤过程中的氮氧化物，烟气脱硝技术显得相当重要。

目前通行的烟气脱硝技术大致可分为两类，一是控制燃烧过程中NOx 的生成，即低NOx 燃烧技术（LNBs）；二是对生成的NOx 进行处理，即烟气脱硝技术。其中烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)两种。

结合北京紫竹药业公司的20t/h链条炉现状，对其采取各类脱硝工艺的经济技术比较如下： 脱硝技术

脱硝效率工程造价运行费用3

经济技术分析 性价比

类别 （%） （万元） （万元/年） LNBs 20-30 30 2-3 不能保证达标排放 系统可靠性不高 投资较SCR技术低80% 差 SNCR 40-60 140-150 7-8 烟风系统阻力小，可忽略 不需更换引风机 投资高，经济效益差 良 600-700 SCR 70-90 （不含更15-20 （不含风机催化剂寿命有仅，仅3-5年 引风机压头余量不足，需更换烟风系统阻力增加1000Pa 引风耗电增加15% 投资较SNCR低70% 极差 换引风机） 电量增加） LNBs+SNCR 55-70 160-170 9-10 脱硝效果有保证 不需更换风机 系统可靠性高 投资极高 脱硝效果有保证 最优 SNCR+SCR 85-90 750-800 30-35 催化剂寿命有仅，仅3-5年 引风机压头余量不足，需更换 此巨额投资，可更换燃气锅炉 最差 根据北京紫竹药业公司20t/h锅炉的基本状况，选用降低Nox燃烧与选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝相结合的工艺技术方案，即LNBs+SNCR技术，其经济指标与技术性能最优。

3 LNBs+SNCR脱硝工艺简介

3.1 降低NOx燃烧技术（LNBs）

为了控制燃烧过程中NOx 的生成量所采取的措施原则为：（1）降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；（2）降低燃烧温度，防止产生局部高温区；（3）缩短烟气在高温区的停留时间等。

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燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx 生成都有很大影响。将过量空气系数适当降低（不影响锅炉正常燃烧），燃烧区处于“微过氧燃烧”状态时，对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。根据这一原理，在不影响锅炉正常燃烧的前提下，应用先进的自动化控制技术（MFA无模型自适应控制）结合烟气再循环，适当降低燃烧区的空气量，NOx生成量可降低10%左右。

3.2 选择性非催化还原法（SNCR）

SNCR工作原理：

用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂，还原剂喷入炉膛温度为800℃-1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。尿素溶液还原吸收法利用还原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化还原反应，最终产物为N2、CO2、和H20，且无副反应，不会造成二次污染，能达到无毒排放。反应机理如下：

用尿素作为还原剂还原NOx的主要反应为：

用NH3作为还原剂还原NOx的主要反应为：

SNCR的主要影响因素：

1）温度：NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内（最佳的反应温度870℃-1100℃）； 2）停留时间：指反应物在反应器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤必须完成；停留时间大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间0.001s～10s； 3）混合程度：要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式； 4）NH3/NOx摩尔比（化学当量比） SNCR优点：

此法的脱硝效率约为40%-60%， SNCR建设周期短、投资少、脱硝效率中等，比较适合于中小型燃煤锅炉脱硝改造项目，SNCR技术是已投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术。

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4 设计基础

4.1 项目背景

北京紫竹药业现有容量为20t/h链条炉1台，主要用于提供生产用汽。目前锅炉烟气中的NOx含量为400 mg／Nm3造成超标排放，需要进行脱硝处理，以使处理后的烟气中NOx含量降至200mg／Nm3，以满足北京市《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）的要求。

4.2 设计依据

4.2.1锅炉参数

锅炉采用江苏无锡锅炉厂的SHL20—2.45/400型锅炉。设计燃用燃煤。锅炉年运行时间8000h。锅炉主要技术参数见下表：

额定蒸发量 额定蒸汽温度 额定蒸汽压力 锅炉本体 受热面积 过热器 省煤器 空气预热器 炉排有效面积 给水温度 热空气温度 排烟温度 锅炉设计效率 设计燃料 燃料消耗量 4.2.2锅炉烟气主要污染物含量

项目 锅炉烟气流量 O2 SOx 烟尘 NOx

20t/h 400℃ 2.45MPa（25kgf/㎝2） 辐射 84.65㎡ 对流 269.21㎡ 133.4㎡ 257㎡ 445㎡ 223/㎡ 105℃ 150℃ 176℃（实际197℃） 74.60% 2类烟煤 4t/h 单位 Nm3/h,干基 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 6

设计值 37,000 1.0 10.2 560 1500

项目 CO2 NO/NOX

单位 mg/Nm3 设计值 400 9/1 4.3 装置规模及组成

本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置处理能力为100%BMCR工况下的烟气，设计处理烟气量37,000Nm3/h，年运行时间为8000小时，系统主要包括：还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。

本装置以尿素（或液氨、氨水）作为主要还原剂，配一定比例（1-2%）的强化反应剂，脱除烟气中的NOx。不产生产品、中间产品、副产品等，烟气处理后直接排入大气。

4.4还原剂

本装置的还原剂确定为尿素，液氨及氨水也可选用。以下是三种还原剂优缺点分析： 还原剂 尿素 氨水 液氨 优点 没有溢出危险，设备投资成本低 如果溢出，蒸汽浓度较低 还原剂和蒸发成本最低；氨储罐体积小 缺点 运行成本稍高 运输，贮存成本较高 安全问题、二次污染 建议 推荐使用 不使用 通过以上分析，建议本项目还原剂采用尿素，二等品以上级。

4.5强化反应剂

为了强化选择性非催化还原反应，提高还原剂与Nox的反应速率，以保证系统的脱硝效果，按还原剂（尿素）用量的1-2%配比强化反应剂。

4.6 LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标

本项目的LNBs+SNCR脱硝装置保证满足以下的性能指标：

(1) 烟气脱硝采用低Nox燃烧与选择性非催化还原反应结合的技术工艺路线； (2) 烟气处理能力37,000Nm3/h；

(3) 处理前烟气中的氮氧化物含量按400 mg／Nm3（氧含量6%，干基）计算，处理后烟气中的氮氧化物含量≤150mg/Nm3，满足北京市《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）的要求。

(4) 烟气氮氧化物含量按照400mg/Nm3设计时，设计脱硝效率≥62.5%；

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(5) 氨的逃逸率≤10ppm； (6) 年运行时间为8000小时； (7) 还原剂采用尿素（二等品以上级）； (8) 不设置反应器旁路；

(9) 还原剂耗量：尿素10kg/h 按锅炉负荷100计 (10)NH3与NOx摩尔比为1/1至3/1

(11) 在锅炉的正常负荷范围内，SO2/SO3转化率小于1%。

(12)安全、消防、环保、劳动安全卫生等按中国国家相关规定执行。

5 系统配置

本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置主要包括：还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。

部分子系统/装置的设备参数与工况涉及技术机密，暂时保密，待项目合同确定后即可全部提供。

5.1 还原剂制备系统

还原剂制备系统由还原剂贮仓、还原剂溶解池、还原剂溶液贮罐、星型卸料阀、还原剂输送泵、配套管道及仪表组成，其具体设备工艺参数如下：

还原剂贮仓：封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，贮存还原剂量可满足连续一星期的满负荷用量，配套料位监测仪。

还原剂溶解池：半封闭式设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关。 还原剂溶液贮罐：封闭式设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，可满足连续8小时的满负荷用量，配套液位监测仪。

星型卸料阀：定量卸料，额定功率<200W，每小时工作3分钟。 还原剂输送泵：特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W。

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还原剂制备系统工艺流程图

不同类型的还原剂贮仓

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还原剂溶液贮罐

5.2 锅炉燃烧工况监测系统

锅炉燃烧工况监测系统由热电偶、氧化镐镐传感器、信号采集器、锅炉燃烧工况分析终端以及相关辅件组成。

热电偶：多台热电偶分层布置，实时监测炉膛温度变化情况，温度上限1700℃。 氧化镐传感器：设置于省煤器前，实时监测锅炉烟气含氧量。 信号采集器：模/数转换设备，16位精度。

锅炉燃烧工况分析终端：采用先进的模糊控制技术，专用分析软件，多变量炉膛温度分析，炉膛温度场呈像，氧气含氧量与炉膛温度合理性分析（此终端为关键技术）。

5.3 还原剂喷射装置

还原剂喷射装置由空压机、输液泵（计量泵）、喷射装置、以及相关管道与仪表组成，用于将还原剂均匀地喷入炉膛窗口温度区，以保证还原剂与烟气中的NOx充分接触。

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炉内喷射还原剂分布状况三维模拟效果图

SNCR部分还原剂喷射装置

5.4 逃逸NOx脱除装置

逃逸Nox脱除装设置于脱除锅炉烟气（省煤器后），用于还原逃逸的NOx，以解决SN CR技术较SCR技术NOx逃逸率高的问题。为保证脱硝效果而配置（特殊技术，设备配置及工艺能数暂保密）。

5.5 低NOx燃烧控制装置

低Nox燃烧控制装置由引风烟道、专用风机及配套仪表等设备组成，本装置受燃烧工况监测系统控制，在保证锅炉效率和燃烧工况的前提下，适当降低烟气含氧量。

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烟气含氧量与NOx生成量的关系示意图

5.6 SCADA监测与控制系统

SCADA监测与控制系统由数据服务器、操作站、数据采集器、DCS集散控制器、以及设备于其它分系统/装置的温度、压力、流量、PH值、液位、料位、气态污染物含量等传感器组成。用于实时监测各子系统/装置的各类模拟量参数，并全面监测与控制LNBs+SNCR脱硝装置的各设备运行状况；可实现对各子系统/装置设备的远程启/停及运行调整。关键控制回路可实现全自动控制，避免人为操作对系统效率的影响。

SCADA监测与控制系统设置于锅炉操作间，以便于根据锅炉运行工况变化及时调整。

5.7电气系统

电气系统设备MCC配电柜三台，外接电源种类有AC380V、AC220V两种，内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等装置，为LNBs+SNCR装置各子系统/装置提供动力电源。

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6 工艺流程 6.1 LNBs工艺流程

低NOx燃烧控制区示意图

在煤斗给煤链条炉炉排上，燃料从炉排的入口端进入炉室，沿炉排的长度方向，燃烧过程的各个步骤十分明显，即沿链条的传送方向依次出现预热、干燥、挥发分析出，引燃、燃烧和焦炭燃尽阶段。在沿着燃料层的厚度方向上，燃烧过程也很明显，燃烧从煤层表面开始逐渐向煤层内部推进。

该链条炉的主要缺点是过剩空气系数较高（引风机前烟气含氧量监测值为10.2）。特别是在低负荷范围内，过剩空气系数更高。该锅炉一次风分段送入炉室，对于这样的燃烧过程，煤的挥发分含量显然具有决定性的作用。

链条炉的平均燃烧温度约为1000-1200℃ ，在此温度范围内，所生成的热力型NO份额还不大，而燃煤中的挥发份所生成的NO占到了绝大部分。消除温度峰值能起到明显地减少NO生成的作用，而不影响锅炉的正常出力与煤燃烧工况，出现高温的原因是在此区域内存在大量释放出的可燃性挥发分物质。

通过燃烧优化调整与烟气循环，可能在一定程度上提高燃烧强度的均匀性，从而起到明显降低温度峰值的效果。除燃烧温度外，挥发分析出的温度以及受引燃拱结构强烈影响的加热速率对NO的生成也有重要作用。当温度较低和加热速率较小时，析出挥发分就较少，挥发分的含氮组分也就较少。因此，大部分燃料氮就保留在焦炭中，而残炭中的氮生成NO的转化率要比气相状态下挥发氮小得多。在该锅炉目前的送风方式限制下，旨在降低NOx排放的运行调整只能在小范围内进行。

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6.2 SNCR工艺流程

SNCR工艺流程示意图

SNCR技术的工业应用始于20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂，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技术在燃煤电厂的工业应用是从90年代初开始的，目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。该方法是把含有NHx基的还原剂（本工程采用尿素），喷入炉膛温度为800～1100 ℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2和H2O。非选择性催化还原法受温度、NH3/NOx摩尔比及停留时间影响较大。通过模拟试验得出氨水最佳喷射温度范围为850～1100 ℃，NH3/NOx理想摩尔比介于1～2，停留时间为1 秒时，理论值最大NOx还原率达到82％。

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7 主要工艺设备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 6 7 8 9 10 11 12 13

设备名称 一、还原剂制备系统 还原剂贮仓 还原剂溶解池 还原剂溶液贮罐 星型卸料阀 还原剂输送泵 补水泵 电磁阀 二、锅炉燃烧工况监测系统 热电偶 氧化镐传感器 信号采集器 锅炉燃烧工况分析终端 三、还原剂喷射装置 空压机 输液泵（计量泵） 喷射装置 四、逃逸NOx脱除装置 五、低NOx燃烧控制装置 主要技术指标 封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，配料位监测仪 半封闭设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关 封闭设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，配液位监测仪 定量卸料，额定功率<200W，自动卸料，低料位报警 特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W，低液位报警，自动输送 小流量高压泵，如提供水源至还原剂制备区，可省略 常闭式电磁阀 温度上限1700℃，配套保护装置，可轴向10cm伸缩 常规 16位精度，32通道 专用终端，某高校专利技术产品 单位 数量 备注 台 台 台 m3 台 台 台 台 套 台 套 台 台 台 套 1 1 1 1 1 2 4 8 1 1 1 1 8 8 1 进口 一用一备 进口 连接辅件特制 特型设备 特型设备 345*139*185mm，150 L/min 特殊型号，配运行状态监测装置 设备型号与参数暂保密，已提供图片资料 机密技术 15

14 15 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 引风烟道 专用风机 六、SCADA监测与控制系统 数据服务器 操作站 数据采集器 DCS集散控制器 温度检测仪 压力检测仪 流量检测仪 PH检测仪 液位检测仪 料位检测仪 气态污染物含量传感器 七、电气系统 MCC开关柜 电动机综合保护器 八、配套辅件 管路、管道 其它辅件及专用工具 根据实际情况而定 专用设备 Data-Auto，Ver6.1，无限点，可扩展 Super-A2000，Ver3.62，冗余热备份 AC/DC转换设备，16位精度，32通道 国产，总I/O点数400，双CPU，配SOE 测量范围0-100℃，精度1% ，冗余设置 常规仪表，根据不同管路压力选型，关键管路冗余设置 微型流量计，根据不同管路流量选型，关键管路冗余设置 常规PH计 测量范围0-70cm，外置式 测量范围0-100cm，超声波式 NOx含量分析，精度0.5%-1%，实时监测 内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等 根据不同电动机技术参数选型，关键设备应用 按各子系统/装置选配，不锈钢管、PVC管、CS管、连接件等 提供辅件及专用工具 米 台 套 台 台 套 台 台 台 台 台 台 套 套 套 米 套 待定 1 1 2 6 1 31 26 12 6 6 2 1 3 12 待定 1 定向开发 定向开发 进口 进口 16

8 LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗

序号 1 3 4 5 6

项目 尿素（二等品能上级） 电（380v,50Hz） 电（220v,50Hz） 强化反应剂 水 单位 Kg/h Kwh Kwh L/min L/h 消耗量 10 5 3 300 100 用户 还原反应区 专用风机 仪表及控制系统 自动控制阀门 系统补水 备注 最大用量 最大用量 9 运行费用估算

脱硝装置的运行成本包括催化剂、液氨的消耗成本和系统各种能耗成本及运行维护需要的人工成本。

一、 尿素：尿素总量50吨/年，尿素价格按1800元/吨计算。

二、 电耗：LNBs+SNCR脱硝装置额定总功率<5kW，电价按0.5元/kWh计算。

实际年运行总成本估算见下表(按锅炉实际负荷率计算)：

序号 1 2 合计

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项目 还原剂NH3消耗 系统电耗 数量 60t/年 5万kwh/年 年费用（万元） 10.5 2.5 13

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10 报价单

单位：人民币 元 序号 设备名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

简要技术参数 封闭式、防腐、3-5立方米，料位监测 半封闭、防腐、容积70升，不锈钢、液位开关 封闭、防腐、容积600升，不锈钢，液位监测 定量卸料，额定功率<200W，低料位报警 特殊防腐隔膜泵，功率<100W，液位报警，自动 小流量高压泵，进口 插入式电热棒，防止水温过低尿素析出，300W 常闭式电磁阀,进口特型 温度上限1700℃，特制专用，轴向10cm伸缩 常规 16位精度，32通道 专用终端，某高校专利技术产品 单位 台 台 台 m3 台 台 个 台 台 套 台 套 台 台 台 台 数量 1 1 1 1 1 2 6 4 8 1 1 1 1 8 8 8 单价 26360 5660 13760 1320 5279 790 260 5120 2300 32800 5337 67500 5920 5660 1890 17870 小计 26360 5660 13760 1320 5279 1580 1560 20480 18400 32800 5337 67500 5920 45280 15120 142960 一、还原剂制备系统 还原剂贮仓 还原剂溶解池 还原剂溶液贮罐 星型卸料阀 还原剂输送泵 补水泵 电热棒 电磁阀 二、锅炉燃烧工况监测系统 热电偶 氧化镐传感器 信号采集器 锅炉燃烧工况分析终端 三、还原剂喷射装置 空压机 输液泵（计量泵） 气液混合器 喷射装置 345*139*185mm，150 L/min，特型 特殊型号，配运行状态监测装置 用于压缩空气与还原剂溶液混合 设备型号与参数暂保密，已提供图片资料 19

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

四、逃逸NOx脱除装置 五、低NOx燃烧控制装置 引风烟道 专用风机 膨胀节 六、SCADA监测与控制系统 数据服务器 操作站 数据采集器 DCS集散控制器 温度检测仪 压力检测仪 流量检测仪 PH检测仪 液位检测仪 料位检测仪 气态污染物含量传感器 七、电气系统 MCC开关柜 电动机综合保护器 八、配套辅件 管路、管道 其它辅件及专用工具 机密技术 根据实际情况而定 专用设备，含电动机，扰流用 引风烟道连接用，防止压力突变，防腐 Data-Auto，Ver6.1，无限点，可扩展 Super-A2000，Ver3.62，冗余热备份 AC/DC转换设备，16位精度，32通道 国产，总I/O点数400，双CPU，配SOE 测量范围0-100℃，精度1% ，冗余设置 常规仪表，关键管路冗余设置 微型流量计，关键管路冗余设置 常规PH计 测量范围0-70cm，外置式 测量范围0-100cm，超声波式 NOx含量分析，精度0.5%-1%，实时监测 内设交直流模块、空气开关、继电器、熔断器等 根据不同电动机技术参数选型，关键设备应用 选配不锈钢管、PVC管、CS管、连接件等 提供辅件及专用工具 20

套 米 台 个 套 台 台 套 台 台 台 台 台 台 套 套 套 米 套 1 待定 2 2 1 2 6 1 31 26 12 6 6 2 1 3 12 待定 1 96800 预估 18730 6800 16980 13200 4790 27000 360 910 520 3000 4200 4700 274000 9200 2680 预估 12600 96800 78000 37460 13600 16980 26400 28740 27000 11160 23660 6240 18000 25200 9400 274000 27600 32160 67000 12600

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