高溫?zé)煔鈸Q熱器在SCR尿素?zé)峤鉅t中節(jié)能應(yīng)用

（大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008）

前言

隨著國家環(huán)保部門對電力污染治理要求的不斷提高，依據(jù)最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223—2011》規(guī)定要求，2003年12月31日前投運或通過審批的機組氮氧化物排放濃度不得大于200mg/Nm3，之后的現(xiàn)役或新建機組氮氧化物排放濃度不得大于100mg/Nm3，作為大唐安徽省公司百萬發(fā)電企業(yè)，我廠自2011年到2014年逐步實施了6臺（一期#1、2機組為320MW，二期#3、4機組為300MW，三期#5、6機組為630MW）機組的煙氣脫硝改造工程。本文結(jié)合我廠#6機組增加高溫?zé)煔鈸Q熱器（電加熱器處在備用）應(yīng)用上的情況，僅供參考。

一、SCR技術(shù)應(yīng)用

目前在世界上有成熟應(yīng)用業(yè)績的脫硝技術(shù)主要分為兩類，分別為燃燒中脫硝和燃燒后脫硝。燃燒中脫硝主要為低碳燃燒技術(shù)，它具有投資少，建設(shè)周期短等優(yōu)點，但其脫硝效率低，一般在40%以下，另外受工況變化的影響較大，燃燒后脫硝有成熟應(yīng)用的技術(shù)可分為SCR和SNCR技術(shù)，其中SCR技術(shù)具有脫硝效率高，還原劑消耗少、脫硝性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前世界應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)之一，經(jīng)過詳細的經(jīng)濟、技術(shù)比較，我廠一二期4臺機組采取低碳燃燒器+SCR相結(jié)合，三期5、6機組根據(jù)自身設(shè)計采取SCR。

脫硝系統(tǒng)主要是省煤器灰斗所在的煙道截面到預(yù)熱器入口擋板前，來自還原劑自備系統(tǒng)系統(tǒng)的氨氣在氨/空氣混合器內(nèi)與來自風(fēng)機的空氣充分混合后，經(jīng)噴氨混合裝置噴入反應(yīng)器入口煙道，與空氣充分混合后進入SCR反應(yīng)器，在催化劑(板式催化劑)作用下與煙氣中的氮氧化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮氣和水。我廠采用SCR（選擇性催化還原）技術(shù)，其中熱解制氨系統(tǒng)包括尿素溶液計量分配裝置、尿素?zé)峤鉅t、電加熱器（1700/2000 kw）等。

二、電廠主要設(shè)備情況

1.主要設(shè)備參數(shù)

表1

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2.燃煤

三期工程設(shè)計煤種為淮南礦業(yè)集團潘一礦燃煤，校核煤種為淮南礦業(yè)集團新集礦燃煤。

燃料成份分析

2.1 煤質(zhì)分析資料

表2

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2.2 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)請見表1-5

脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)（設(shè)計煤種數(shù)據(jù)，鍋爐廠提供)

表3

2.3 鍋爐BMCR工況脫硝系統(tǒng)入口煙氣中污染物成分（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，濕基，實際含氧量）

表1-6a脫硝系統(tǒng)入口煙氣中污染物成分（設(shè)計煤種數(shù)據(jù)，鍋爐廠提供)

表4

脫硝系統(tǒng)入口煙氣中污染物成分（校核煤種數(shù)據(jù)，鍋爐廠提供)

注：本表為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，含氧量6%。

2.4 熱一次風(fēng)加熱器參數(shù)

表5

三、尿素?zé)峤庀到y(tǒng)

1.本工程采用尿素?zé)峤夥ㄖ苽涿撓踹€原劑，2臺鍋爐的脫硝裝置公用一個還原劑儲存、卸載及供應(yīng)區(qū)域，并按照80%脫硝效率進行公用區(qū)的設(shè)計。

尿素?zé)峤夥ㄖ瓢毕到y(tǒng)包括斗式提升機、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、高流量循環(huán)泵、計量和分配裝置、背壓控制閥、絕熱分解室（內(nèi)含噴射器）、控制裝置等。

袋裝尿素顆粒儲存于尿素儲備間，由斗式提升機輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成40～60%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)由高流量循環(huán)泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解器內(nèi)分解，生成NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。

每臺鍋爐設(shè)一套尿素溶液分解室。尿素溶液由316 L不銹鋼制造的噴射器（滿足工藝要求）霧化后噴入分解室，在330℃的高溫?zé)犸L(fēng)條件下，尿素液滴分解成 NH3、H2O、CO2。

尿素?zé)峤獠捎靡淮胃邷乜諝?，用電加熱器將高溫空氣加熱到約600℃。熱風(fēng)管道從預(yù)熱器熱一次風(fēng)出口的管道接口處接出，再通往電加熱器進行加熱成高溫?zé)犸L(fēng)。具體系統(tǒng)見圖一。

圖一 脫硝熱解系統(tǒng)圖

2.高溫?zé)煔鈸Q熱器

2.1 工作原理

高溫換熱器通過工藝管線引入二股介質(zhì)（一次熱風(fēng)、鍋爐煙氣）及4個手動1個電動蝶閥的控制，經(jīng)換熱器換熱后實現(xiàn)加熱功能。

2.2 工作流程：

鍋爐高溫?zé)煔鈸Q熱器系統(tǒng)利用鍋爐高溫再熱器后約600℃的高溫?zé)煔饧訜嵋淮螣犸L(fēng)到460℃左右，提供了利用煙氣---低值能替代電能---高值能的解決途徑。引空預(yù)器后的一次熱風(fēng)進入換熱器走換熱器的殼程；再引一股鍋爐煙氣（高再后、低再前）≥600℃進入換熱器走換熱器的管程來加熱，將一次熱風(fēng)加熱至≥460℃進入SCR尿素?zé)峤鉅t，從而實現(xiàn)替代用電加熱器加熱一次熱風(fēng)的功能。

3.煙氣換熱器

煙氣換熱器的基本技術(shù)數(shù)據(jù)達到如下要求：

機組實測數(shù)據(jù)：

機組負荷370MW：熱一次風(fēng)風(fēng)量約7000Nm3/hr，壓頭約7 kPa，溫度約270℃；電加熱后溫度約460℃。

機組負荷620MW：熱一次風(fēng)風(fēng)量約7600Nm3/hr，壓頭約7.6 kPa，溫度約298℃；電加熱后溫度約460℃。

利用換熱器后，機組全負荷段一次風(fēng)溫度要加熱到≥460℃，換熱器在運行中不得存在磨損、腐蝕、積灰、變形等問題。

4.煙氣系統(tǒng)

4.1 入口煙氣溫度600℃左右。煙氣排入空氣預(yù)熱器入口，所需煙氣量投標(biāo)方根據(jù)以上提供的數(shù)據(jù)進行設(shè)計，并提供詳細的設(shè)計方案。該系統(tǒng)投入運行以后，不得對原煙氣系統(tǒng)及設(shè)備有任何影響。

4.2 在換熱器出口煙道設(shè)置合適的電動風(fēng)門及調(diào)節(jié)風(fēng)門，換熱器入口煙道設(shè)置手動風(fēng)門，進口手動風(fēng)門用于隔離或連接整個煙氣系統(tǒng)。風(fēng)門應(yīng)充分考慮到漏灰、積灰、卡澀、熱變形等問題以及可操作性。

4.3 煙氣管道規(guī)格及煙氣系統(tǒng)阻力

換熱器入口煙道規(guī)格及材質(zhì)：投標(biāo)方設(shè)計，設(shè)計時盡量減少水平段，以避免管道積灰。

5.一次風(fēng)系統(tǒng)

在原來至熱解爐電加熱器前的調(diào)節(jié)門前上升管中間增設(shè)一支路至換熱器（由投標(biāo)方負責(zé)設(shè)計），被加熱升溫后接入加熱器后新上升管道，在新管道上升管接出點與接入點之間設(shè)置三個手動風(fēng)門控制其進或退的工藝切換，在新接出的支路上設(shè)置二個手動風(fēng)門，用于切換電加熱器與煙氣加熱器。最終熱一次風(fēng)從≤300℃被加熱至≥460℃。

四、工藝簡單、實用

該技術(shù)的工藝路線：通過一支旁路從電廠鍋爐（高再后、低再前）檢修人孔引0.3%左右的高溫?zé)煔猓ā?00℃），和≥250℃一次熱風(fēng)通過安裝的高溫?zé)煔鈸Q熱器與其換熱，將它加熱至≥450℃（原需用尿素?zé)峤鉅t電加熱器加熱），完全達到原煙氣SCR尿素?zé)峤獾墓に囈?。實現(xiàn)該工藝路線不需要增設(shè)動力，完全依托原工藝系統(tǒng)的壓差實現(xiàn)自我運轉(zhuǎn)。只需配置應(yīng)有的系統(tǒng)切斷、轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、開關(guān)閥門及與其相對應(yīng)的溫度測量、壓力傳輸、電儀輔助設(shè)備即可。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，機組高低負荷均能滿足工藝要求。

五、經(jīng)濟效益分析

大唐安徽分公司淮南洛能發(fā)電有限公司在三期#6機組630MW機組采用高溫?zé)煔鈸Q熱器在SCR尿素?zé)峤鉅t其效果如下：

按電加熱器功耗1685 kWh，機組年均運行5000小時、煙氣熱損失補償按5%計算；

1.年節(jié)省電量

1685 kWh*5000h*0.95（煙氣熱損失補償）=800.37 萬 kWh/年

2.年節(jié)省費用為

800.37 萬 kWh*0.49 元 /kWh=392.18 萬元 /年

3.投資成本收回周期為

680 萬元/392.18萬元=1.73年，約2年收回投資。

#6機組高溫?zé)煔鈸Q熱器在SCR尿素?zé)峤鉅t于2015年4月16日啟動至今，隨著機組運行一直投入，到目前為止，不論從節(jié)能降耗上還是檢修上（包含人力及備品）效果都非常明顯（原有的電加熱一直處在備用期）。我廠計劃在2016年同樣在#5機組上加裝一臺與#6機組一樣高溫?zé)煔鈸Q熱器，未來發(fā)展還會逐漸在#1—4機組上加裝。

六、結(jié)論

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，燃煤鍋爐耗煤占煤炭消費量比例也將逐步增長，由燃煤所產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）是我國大氣污染的主要來源之一。在通過燃燒中和燃燒后脫硝的治理，氮氧化物（NOx）排放含量呈下降趨勢，但也相對增加了電耗。目前采用高溫?zé)煔鈸Q熱器是我國重點推廣的節(jié)能降耗中節(jié)電技術(shù)。本文根據(jù)大唐安徽分公司淮南洛能發(fā)電有限公司三期#6機組630MW的高溫?zé)煔鈸Q熱器技術(shù)帶來的經(jīng)濟效益展現(xiàn)，給電廠在機組新建和機組改造過程中對脫硝降低電耗選取提供一些參考。

[1]朱禮想.燃煤電廠氮氧化物（NOX）脫除技術(shù)方法探討和應(yīng)用.2015

[2]中國電力工程顧問集團公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》Q/DG 1—J004—20102010.4.30

[3]劉炎軍 燃煤電廠煙氣SCR尿素?zé)峤鉅t高溫?zé)煔鈸Q熱器替代電加熱器技術(shù)昆山市三維換熱器有限公司

[4]中國大唐集團公司大唐洛河發(fā)電廠《三期檢修規(guī)程》2014年出版