湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術(shù)分析

鄧輝鵬

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術(shù)分析

鄧輝鵬

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

介紹了湖北華電西塞山發(fā)電有限公司一期（2×330 MW）和二期（2×680 MW）煙氣脫硝工程的系統(tǒng)配置、設(shè)備選型和技術(shù)特點，總結(jié)了西塞山電廠在煙氣脫硝系統(tǒng)配置和設(shè)備選型上的經(jīng)驗，為同類型電廠的脫硝工程設(shè)計提供了參考。

煙氣脫硝；選擇性催化還原工藝；流場模擬；平板式催化劑；蜂窩式催化劑

1 概述

1.1 工程概況

湖北華電西塞山發(fā)電有限公司一期工程裝備2×330 MW機組分別于2004年7月和12月投入商業(yè)運行。鍋爐由武漢鍋爐股份有限公司設(shè)計制造，配套貧煤四角切圓燃燒鍋爐，鍋爐燃用河南陜西混合貧煤，改造前NOx排放質(zhì)量濃度750 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），改造后NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）。

湖北華電西塞山發(fā)電有限公司二期裝備2× 680 MW機組，其中，＃3機組于2010年12月投入商業(yè)運行，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進日本三菱技術(shù)設(shè)計制造的HG2098/26.15－YM3型鍋爐，燃燒系統(tǒng)采用MACT技術(shù)的新型低NOx燃燒器，燃用陜西黃陵煙煤與河南貧煤的混合煤種，改造前NOx排放質(zhì)量濃度為400 mg/m3，改造后需要將NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）以下。＃4機組為新建機組，脫硫、脫硝和除塵設(shè)施需同時投運，投運時NOx排放質(zhì)量濃度需保證在100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）以下。

1.2 煙氣條件

一期機組省煤器出口煙氣條件見表1。二期機組省煤器出口煙氣條件見表2。

表1 一期機組省煤器出口煙氣條件

備注φ（H2O）/%6.04標(biāo)態(tài)，項目設(shè)計參數(shù)/BMCR濕基φ（O2）/%3.95標(biāo)態(tài)，濕基φ（N2）/%75.39標(biāo)態(tài)，濕基φ（CO2）/%14.63標(biāo)態(tài)，濕基ω（NOx）/（mg·m－3）750標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（SO2）/（mg·m－3）5105～6724標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（煙塵）/（mg·m－3）49.4標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（SO3）/（mg·m－3）50～68標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量

表2 二期機組省煤器出口煙氣條件

1.3 性能保證

1.3.1 一期性能保證

初裝2層催化劑時，在55%～100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）負(fù)荷范圍內(nèi)，SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為750mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），性能考核試驗時的脫硝效率不低于90%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前，脫硝效率不低于88%，且NOx排放質(zhì)量濃度不超過100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），BMCR工況下單臺機組的液氨耗量260 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

煙氣脫硝SCR系統(tǒng)的整體阻力不大于920 Pa，安裝備用層催化劑后的脫硝系統(tǒng)阻力不大于1100 Pa，最低連續(xù)噴氨溫度305℃，最高連續(xù)噴氨溫度420℃。

催化劑的機械壽命不小于10年，化學(xué)壽命不小于3年（24000 h），在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項技術(shù)指標(biāo)。

1.3.2 二期性能保證

初裝2層催化劑時，在鍋爐55%～100%BMCR鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi)，SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為400 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），性能考核試驗時的脫硝效率不低于83%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前，脫硝效率不低于80%，且NOx排放質(zhì)量濃度不超過100mg/m3，BMCR工況下單臺機組的液氨耗量275 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

煙氣脫硝SCR系統(tǒng)的整體阻力不大于820 Pa，安裝備用層催化劑后的脫硝系統(tǒng)阻力不大于1000 Pa，最低連續(xù)噴氨溫度320℃，最高連續(xù)噴氨溫度427℃。

催化劑的機械壽命不小于10年，化學(xué)壽命不小于3年（24000h），在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項技術(shù)指標(biāo)。

2 技術(shù)特點

2.1 流場模擬

為模擬脫硝煙道和SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣的流動情況、溫度場分布情況和煙氣組分混合情況，項目采用了數(shù)值流場模擬并結(jié)合1∶10的比例模型實驗來驗證反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流動、煙氣內(nèi)組分混合、積灰等流場情況的方式，根據(jù)模擬結(jié)果對煙道和反應(yīng)器設(shè)計做了適當(dāng)優(yōu)化，并設(shè)置了多組煙氣導(dǎo)流板。

2.2 催化劑

湖北西塞山發(fā)電有限公司一期2×330 MW機組的煙氣脫硝改造煙氣條件較為惡劣（高灰、高硫），煙塵質(zhì)量濃度達(dá)到49.4 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），對催化劑的抗堵灰能力要求較高，選擇了抗堵灰能力強的平板式催化劑，反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計為4.6 m/s。

湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680MW機組脫硝入口煙塵質(zhì)量濃度為38.8 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6% O2），脫硝粉塵質(zhì)量濃度小于40mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6% O2），從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，選擇了18×18孔蜂窩式催化劑，反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計為5m/s。

目前，項目投運近3年，脫硝系統(tǒng)不僅能夠保證可靠的脫硝效率，也未出現(xiàn)催化劑堵塞或積灰情況。

2.3 吹灰器

由于西塞山電廠粉塵的黏性不高，本項目選擇了聲波吹灰器，既避免了蒸汽吹灰對催化劑壽命的影響，也大大減小了檢修操作平臺。至今為止，停機檢查時發(fā)現(xiàn)催化劑上表面非常干凈，沒有積灰，證明了聲波吹灰器完全能夠滿足西塞山電廠脫硝裝置的吹灰要求。

2.4 灰斗

西塞山電廠一期2×330 MW鍋爐尾部是磨煤機房，沒有預(yù)留脫硝的空間，脫硝反應(yīng)器只能布置在鍋爐的兩側(cè)。由于布置方式特殊，脫硝入口水平煙道長度超過了15 m，垂直煙道18 m，最后通過1個90°彎頭接入反應(yīng)器。由于脫硝入口煙道很長，煙氣粉塵濃度高，為了避免煙道積灰，在脫硝入口垂直煙道下方設(shè)置3個灰斗，灰斗下方設(shè)置星型給料機和水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機內(nèi)。脫硝出口至空預(yù)器入口的煙道也有約30 m長，為避免煙道積灰，在脫硝出口煙道上也設(shè)置了2個灰斗和星型給料機及水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機內(nèi)。至今為止，灰斗和輸灰裝置均運行良好，未出現(xiàn)輸灰困難的情況。

湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680 MW機組脫硝改造，以原有省煤器出口煙道膨脹節(jié)為分界線，在膨脹節(jié)后接入1段約3.5 m的水平煙道，水平煙道上設(shè)置了噴氨格柵，水平煙道后為1段傾斜煙道和垂直煙道，垂直煙道末端設(shè)置1個彎頭接入反應(yīng)器。由于西塞山二期脫硝入口煙道長度適中，且入口煙道下方為脫硝反應(yīng)器出口煙道，位置緊湊，沒有空間設(shè)置脫硝入口煙道的灰斗，僅在脫硝入口煙道下部設(shè)置了檢修人孔，如果水平煙道上有積灰可以在正常檢修時進行清理。

2.5 氨區(qū)

液氨儲存、制備系統(tǒng)布置于獨立的液氨儲存區(qū)，統(tǒng)一考慮西塞山電廠4臺機組的液氨儲存和供應(yīng)需求。氨站的液氨儲存能力為187 t，設(shè)置3臺120 m3液氨儲罐。氨站裝置由液氨卸車、液氨儲罐區(qū)、液氨氣化輸送3個工序組成。氨站裝置采用蒸汽加熱蒸發(fā)方式對脫硝裝置供氣氨，供氨量最大可達(dá)到1200kg/h，滿足4臺爐氨耗量。裝置流程自動化程度高，除卸車時段外其他時段均可實現(xiàn)無人操作連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)計充分考慮了保障裝置連續(xù)安全生產(chǎn)備用措施，3臺液氨儲罐互為備用。為保證連續(xù)不間斷生產(chǎn)，液氨蒸發(fā)器采用2開1備，在保證連續(xù)生產(chǎn)的同時可定期對氣氨蒸發(fā)及輸送系統(tǒng)進行檢修維護。有可能發(fā)生氣氨泄漏的區(qū)域全部設(shè)置有氨泄漏檢測器，可在發(fā)生泄漏時在第一時間發(fā)出警報信號。

2.5.1 液氨儲罐

氨站設(shè)置3臺臥式液氨儲罐，根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，液氨儲罐屬于3類壓力容器。氨區(qū)儲罐容量按照4臺鍋爐BMCR工況下每天運行24 h連續(xù)運行7 d的消耗量考慮，每個儲罐公稱容積120 m3，設(shè)備外形尺寸?3200 mm×15400 mm。

2.5.2 卸氨壓縮機

所選用卸氨壓縮機流量1 m3/min（標(biāo)態(tài)），2臺互為備用，往復(fù)式壓縮機出口設(shè)安全閥。

2.5.3 液氨蒸發(fā)器

氣氨用量1060 kg/h（4臺鍋爐），考慮110%的設(shè)計裕度，氨供應(yīng)能力按照1200 kg/h設(shè)計。設(shè)置3臺蒸發(fā)器，每臺按照600 kg/h進行選型，2開1備，采用蒸汽加熱。

2.5.4 氨氣緩沖槽

設(shè)置3套氨氣緩沖槽（分別對應(yīng)一、二期機組），2運1備。從蒸發(fā)器來的氨氣進入氨氣緩沖槽，通過調(diào)壓閥減壓到一定壓力，再通過氨氣輸送管線送到鍋爐側(cè)的脫硝系統(tǒng)。氨氣緩沖槽應(yīng)能為SCR系統(tǒng)穩(wěn)定供應(yīng)氨氣，且能避免蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所帶來的影響，每套緩沖槽設(shè)置有安全閥保護。

2.5.5 氨氣稀釋槽

氨區(qū)應(yīng)設(shè)置1臺氨氣稀釋槽，有槽頂淋水和槽側(cè)進水，水槽液位應(yīng)由滿溢流管控制。液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)各處排出的氨氣由管線匯集，從稀釋槽底部進入，通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來吸收安全閥排放的氨氣。氨氣稀釋槽上方設(shè)氨氣泄露檢測儀，當(dāng)氨泄漏濃度過大時，實現(xiàn)氨氣稀釋槽內(nèi)的自動加水和排水。

2.5.6 事故應(yīng)急池

本項目設(shè)置1個容積500m3的事故應(yīng)急池，儲罐事故泄漏產(chǎn)生的污水排入事故應(yīng)急池。氨區(qū)事故應(yīng)急池中主要污染物為氨水，pH值達(dá)不到三級標(biāo)準(zhǔn)的要求6～9。事故狀態(tài)下首先對應(yīng)事故急池內(nèi)的污水進行人工取樣，再采用玻璃電極法測pH值，采用鈉氏試劑比色法或蒸餾滴定法測試氨水濃度，根據(jù)測定的氨水濃度和廢水的總量，投入鹽酸對事故應(yīng)急池內(nèi)的廢水進行中和，當(dāng)pH值降至6～9時，再由事故應(yīng)急池泵入廠內(nèi)污水處理系統(tǒng)進行處理。

3 結(jié)束語

（1）脫硝系統(tǒng)煙氣的混合情況和均勻程度，直接影響脫硝效率和催化劑的壽命，脫硝改造設(shè)計時一定要根據(jù)數(shù)模和物模實驗結(jié)果優(yōu)化煙道及反應(yīng)器設(shè)計，在彎頭和反應(yīng)器入口等處設(shè)計煙氣導(dǎo)流板。

（2）以40 mg/m3的粉塵質(zhì)量濃度為分界點，西塞山電廠一期脫硝改造工程選擇了板式催化劑，二期脫硝改造工程選擇了蜂窩式催化劑，均按灰分濃度情況選擇了適應(yīng)項目煙氣特點的催化劑形式。

（3）根據(jù)電廠粉塵的黏性不高，易于清除的特點，西塞山電廠一期和二期脫硝改造工程均選擇了對本項目性價比高的聲波式吹灰器。

（4）根據(jù)煙道的長度、布置形式和飛灰濃度，西塞山電廠一期脫硝改造工程設(shè)置了SCR反應(yīng)器出入口灰斗，二期脫硝改造工程沒有設(shè)置灰斗。

（5）根據(jù)西塞山電廠情況設(shè)置了全廠公用的液氨儲存、制備與供應(yīng)系統(tǒng)，既降低了成本，也便于電廠的統(tǒng)一管理和維護。

（本文責(zé)編：齊琳）

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1674－1951（2016）10－0063－03

鄧輝鵬（1980—），男，湖南郴州人，工程師，從事火力發(fā)電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵工程方面的工作（E-mail：denghp＠chec.com.cn）。

2016－01－07；

2016－08－23