豐潤熱電公司脫硝改造優(yōu)化設(shè)計(jì)及效益分析

王廣慧

（河北大唐國際豐潤熱電有限責(zé)任公司，河北 豐潤064000）

1 前言

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）的要求，2014年7月1日燃煤電廠將執(zhí)行氮氧化物排放小于100m g/Nm3標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到最新NOX排放要求，大批國內(nèi)現(xiàn)有火電機(jī)組都進(jìn)行了脫硝改造。SCR選擇性催化還原法因其無二次污染、技術(shù)成熟可靠、系統(tǒng)簡單易操作、脫硝效率高的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用[1]。隨著國家對安全、環(huán)保問題的日益重視，大部分電廠選擇容易審批、方便運(yùn)輸、儲存、無安全風(fēng)險的尿素作為脫硝還原劑。

豐潤熱電公司1、2號機(jī)組脫硝改造工程是河北省“十二五”燃煤電廠煙氣脫硝限期治理項(xiàng)目。工程采用EPC總承包方式，承包方為中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司。采用尿素法選擇性催化還原（SCR）工藝，2臺鍋爐共用一個還原劑儲存、卸載及供應(yīng)系統(tǒng)。1、2號機(jī)組脫硝系統(tǒng)分別于2013年12月、2014年6月順利通過168小時試運(yùn)行后正式投運(yùn)。

2 選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝

2.1 SCR脫硝原理

向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它還原劑，在催化劑的作用下煙氣中的NOx被氨還原為氮?dú)夂退Ｍǔ＿x用的還原劑為液氨、氨水、尿素，無論以何種形式使用氨，均要使氨和煙氣混合，利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。

2.2 SCR脫硝工藝過程

主要由脫硝反應(yīng)器、煙道系統(tǒng)、尿素溶液儲存供應(yīng)及熱解系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)等組成。袋裝尿素儲存于干尿素儲藏間，由人工添加到地埋式溶解罐里，淡水將干尿素溶解成50～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經(jīng)由循環(huán)/傳輸裝置、計(jì)量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解室，從鍋爐空氣預(yù)熱器抽取的熱一次風(fēng)經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入電加熱裝置加熱后進(jìn)入熱解室[2]。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解，生成SCR脫硝系統(tǒng)所需的還原劑NH3，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)(AIG)進(jìn)入煙氣脫硝系統(tǒng)。

3 脫硝設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 脫硝還原劑存儲、制備、供應(yīng)系統(tǒng)

3.1.1 尿素溶解采用淡水

在整個脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態(tài)。若尿素的溶解水和稀釋水（一般為工業(yè)水）的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會造成脫硝系統(tǒng)的管路結(jié)垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。脫硝電廠大部分尿素溶解用水采用除鹽水，豐潤熱電公司脫硝尿素溶解用水采用熱網(wǎng)補(bǔ)淡水，從熱網(wǎng)補(bǔ)水泵出口母管接出。表1為尿素溶解用水標(biāo)準(zhǔn)與熱網(wǎng)淡水指標(biāo)對照，可以看出熱網(wǎng)淡水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于尿素溶解水標(biāo)準(zhǔn)，淡水完全可以滿足要求。兩臺爐溶解尿素用水量約為250KG/h，每年耗水量為2190 t,淡水成本低于除鹽水約5元/噸，每年節(jié)約水耗成本為10950元。

表1 尿素溶解水標(biāo)準(zhǔn)與淡水指標(biāo)對比

在某電廠發(fā)生過尿素溶液倒流至全廠除鹽水系統(tǒng)造成污染的事故。為避免脫硝系統(tǒng)尿素溶液倒流至全廠制水系統(tǒng)，確保主機(jī)用水安全，豐潤熱電公司在脫硝用淡水母管接口裝設(shè)了逆止門。

3.1.2 尿素溶液制備區(qū)實(shí)現(xiàn)零排放

尿素區(qū)設(shè)置一個疏水回收罐，回收尿素區(qū)箱罐及管道伴熱疏水，疏水箱兼作沖洗水箱，疏水罐出口設(shè)置兩臺伴熱疏水回收泵（一用一備）。疏水一路打入尿素溶解罐作為尿素溶解用水回收利用，另一路作為尿素溶液混合泵及高流量循環(huán)泵的沖洗水。實(shí)現(xiàn)了尿素區(qū)伴熱疏水的全部回收。

尿素區(qū)設(shè)置廢水池，回收泵及尿素溶液管道沖洗水，并配置兩臺地坑泵（一用一備），廢水泵出口母管設(shè)置取樣管，廢水化驗(yàn)合格時，回收至尿素溶解罐，不合格時排放至全廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)再利用。

3.2 沖洗水系統(tǒng)

每臺爐的計(jì)量分配模塊配置一套沖洗水系統(tǒng)：一個獨(dú)立水箱及兩臺MDM沖洗水泵（一用一備），沖洗水來自脫硝用淡水母管。原設(shè)計(jì)尿素溶液供、回管道沖洗方式為：將一尿素溶液儲罐注滿淡水，通過高流量循環(huán)泵進(jìn)行尿素溶液管道沖洗。由于兩個儲罐均處于備用狀態(tài)，為方便尿素溶液管道檢修沖洗，在1、2爐MDM小間內(nèi)將MDM分配模塊沖洗水與尿素溶液供回管路連接實(shí)現(xiàn)了尿素供回管道的反沖洗。

3.3 壓縮空氣系統(tǒng)

脫硝用氣主要為儀用壓縮空氣、聲波吹灰用壓縮空氣及尿素溶液霧化用壓縮空氣，要求壓力為0.6MPa，機(jī)組現(xiàn)儀用壓縮空氣系統(tǒng)沒有裕量，且雜用空氣壓力僅為0.4—0.5MPa，無法滿足脫硝用氣要求。脫硝系統(tǒng)如果設(shè)置單獨(dú)的壓縮空氣系統(tǒng)，需配置兩臺空壓機(jī)（一用一備），且建造單獨(dú)空壓機(jī)廠房，投資較高。為了降低投資，豐潤熱電脫硝項(xiàng)目對原空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。為脫硝改造工程新增空壓機(jī)系統(tǒng)一套，包括空壓機(jī)、組合式干燥機(jī)、儲罐、管道、閥門及相應(yīng)的控制、電氣、保護(hù)等配套設(shè)施，容積流量40Nm3/m in，排氣壓力0.85MPa，控制與監(jiān)視接入現(xiàn)有空壓機(jī)控制系統(tǒng)。安裝位置定在空壓機(jī)房F空壓機(jī)北側(cè)，并入機(jī)組空壓機(jī)系統(tǒng)?？諌簷C(jī)房無預(yù)留位置，對原空壓機(jī)房進(jìn)行了擴(kuò)建。

如圖1所示新增H空壓機(jī)干燥機(jī)出口并入原G干燥機(jī)出口母管并加隔絕門，H壓縮空氣儲罐出口與原G空壓機(jī)出口連接，正常情況使用H空壓機(jī)為脫硝供氣，H空壓機(jī)檢修時，G空壓機(jī)作為備用。此方案較設(shè)置單獨(dú)的脫硝壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)省了一臺空壓機(jī)，且利用了原廠房擴(kuò)建，節(jié)省了土建費(fèi)用，合計(jì)約60萬元。

3.4 伴熱系統(tǒng)

由于尿素的溶解過程是吸熱反應(yīng)，其溶解熱高達(dá) -57.8cal/g（負(fù)號代表吸熱）。也就是說，當(dāng)1克尿素溶解于 1 克水中，僅尿素溶解，水溫就會下降57.8℃。不同濃度的尿素水溶液有不同的結(jié)晶溫度，圖2為國外文獻(xiàn)上記載的尿素溶液濃度與結(jié)晶溫度的對應(yīng)關(guān)系，SCR脫硝工藝用50%質(zhì)量濃度的尿素溶液對應(yīng)的結(jié)晶溫度是16.7℃[3]。所以，所有尿素溶液的容器和管道必須進(jìn)行伴熱，以防尿素溶解后的再結(jié)晶。在北方寒冷地區(qū)的氣象條件下，該問題將會暴露的更明顯。

豐潤熱電公司脫硝系統(tǒng)以蒸汽作為伴熱源，對尿素溶解罐、尿素溶液儲罐及尿素溶液輸送管道進(jìn)行伴熱。尿素溶液管道的總熱源為尿素溶液儲罐內(nèi)盤管加熱器，當(dāng)冬季尿素溶液儲罐在最高溫度下仍不能保證回流溫度，或者在尿素溶液循環(huán)管不能進(jìn)行循環(huán)，尿素溶液儲罐內(nèi)盤管加熱器的總熱源作用無法發(fā)揮時，啟動尿素溶液輸送管道蒸汽伴熱系統(tǒng)作為備用手段。為確保汽源的供應(yīng)穩(wěn)定，伴熱蒸汽母管取自1、2號機(jī)組輔汽聯(lián)箱聯(lián)絡(luò)管。尿素區(qū)設(shè)置疏水箱對尿素區(qū)的伴熱疏水進(jìn)行回收。1、2號爐的尿素溶液輸送管道的伴熱疏水經(jīng)疏水器分別回收至1、2號機(jī)組暖風(fēng)器疏水箱，實(shí)現(xiàn)了伴熱疏水熱能與工質(zhì)的100%回收利用。

此外，疏水管道從37.6米計(jì)量分配小間內(nèi)沿沖洗水母管布置，作為冬季沖洗水的伴熱，提高了沖洗水溫，確保了沖洗效果。

3.5 增壓稀釋風(fēng)機(jī)

噴入鍋爐煙道的氨氣應(yīng)為空氣稀釋后的含5%左右氨氣的混合氣體。豐潤熱電公司脫硝尿素?zé)峤獠捎缅仩t熱一次風(fēng)，風(fēng)壓為6～8kPa，溫度270-310℃。一次風(fēng)壓隨著機(jī)組負(fù)荷的減小而減小，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在200MW以上時，一次風(fēng)壓可滿足尿素溶液熱解風(fēng)量要求；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低到200MW以下時，隨著風(fēng)壓降低需要增壓。豐潤熱電公司對原設(shè)計(jì)兩臺稀釋風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了稀釋風(fēng)機(jī)旁路及旁路門，稀釋風(fēng)機(jī)按兩臺100%容量（一用一備）配置。在高負(fù)荷時段走旁路，停運(yùn)風(fēng)機(jī)。按照機(jī)組負(fù)荷200MW以上運(yùn)行4000小時計(jì)算，稀釋風(fēng)機(jī)加裝旁路兩臺機(jī)組每年可節(jié)電176000kw.h，經(jīng)濟(jì)效益6萬元/年。

4 結(jié)論

隨著我國對NOX排放濃度的新政策的出臺，SCR法脫硝技術(shù)已經(jīng)被國內(nèi)大型燃煤電站成功運(yùn)用。豐潤熱電公司在脫硝系統(tǒng)改造過程中本著節(jié)能環(huán)保的宗旨對原設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列的優(yōu)化。提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，值得同類機(jī)組借鑒。

[1] 崔有貴，楊志忠，葉茂.淺述SCR脫硝尿素制氨工藝[J] .東方鍋爐，2010，3：20

[2] 王穎、王廣慧.河北大唐國際豐潤熱電有限責(zé)任公司1、2號機(jī)組煙氣脫硝改造工程技術(shù)協(xié)議[Z] .2013年3月：28

[3] 胡浩毅.以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J] .電力技術(shù)，2009,3:24