媽灣電廠脫硝系統(tǒng)熱解爐啟動優(yōu)化

摘 要：隨著國家環(huán)保政策對火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高?；鹆Πl(fā)電廠超低排放將作為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，分析了機(jī)組啟動階段影響脫硝系統(tǒng)及時投運(yùn)的因素。針對其中尿素溶液熱解爐的優(yōu)化啟動提出了較好的解決思路，確保脫硝系統(tǒng)能夠盡快投入運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；點(diǎn)火；并列運(yùn)行；SCR反應(yīng)器

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0261-02

1 媽灣電廠脫硝系統(tǒng)原理簡介

媽灣電廠采用的是SCR選擇性催化劑還原煙氣脫硝技術(shù)，屬于干法脫氮技術(shù)之一。媽灣電廠采用尿素?zé)峤夥撓跫夹g(shù)。尿素是一種白色或者淺黃色的結(jié)晶體，吸濕性強(qiáng)，易溶于水。因?yàn)槟蛩剡\(yùn)輸、儲存方便，無需考慮安全和危險性，故逐漸在脫硝系統(tǒng)中得到較廣泛應(yīng)用。尿素的分子式是尿素的分子式是CO（NH2）2，在高溫高壓（160～240℃，2.0MPa）或者高溫常壓（350～650℃，0.1MPa）條件下，C-N鍵斷裂分解為H2O、NH3和CO2。

其主要化學(xué)還原反應(yīng)如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O及4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O其反應(yīng)產(chǎn)物為對環(huán)境無害的水和氮?dú)?，但只有?00℃以上的條件下才具備足夠的反應(yīng)速度，在工業(yè)應(yīng)用是需安裝相關(guān)反應(yīng)的催化劑，在催化劑的作用下其反應(yīng)溫度降低至280～400℃左右，鍋爐省煤器后溫度正好處于這一范圍內(nèi)，這為鍋爐脫硝提供了有利條件。SCR催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（>450℃）時催化劑會加速老化；當(dāng)溫度在300℃左右時，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會發(fā)生。2SO2+O2→2SO3及NH3+H2O+SO3→NH4HSO4即生成氨鹽，該物質(zhì)粘性大，易粘結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行。因此，只有在催化劑環(huán)境的煙氣溫度在300～410℃之間時方允許噴射氨氣進(jìn)行脫硝。

尿素顆粒儲備及溶解系統(tǒng)是全廠公用系統(tǒng)，主要目的是將尿素顆粒用除鹽水溶解成40～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液并儲存在尿素溶液儲罐。尿素溶液經(jīng)尿素循環(huán)泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入熱解爐，熱一次風(fēng)經(jīng)電加熱器或熱風(fēng)爐進(jìn)一步提高溫度至400℃左右將霧化后的尿素溶液在熱解爐內(nèi)分解生成NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻產(chǎn)生濃度小于5%的氨氣，并由氨噴射系統(tǒng)噴入安裝在省煤器后的脫硝反應(yīng)器系統(tǒng)。

2 脫硝系統(tǒng)機(jī)組啟動過程投運(yùn)的影響因素

機(jī)組啟、停階段對于環(huán)保參數(shù)的控制顯得尤為重要。媽灣電廠對停機(jī)過程環(huán)保參數(shù)控制經(jīng)過不斷總結(jié)和優(yōu)化及操作員水平的日益提高，不管是機(jī)組備用停機(jī)或者檢修停機(jī)，對于環(huán)保參數(shù)的控制都非常好，完全可以做到停機(jī)過程全程達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。但機(jī)組啟動階段，只要脫硝系統(tǒng)沒有投入，環(huán)保參數(shù)就達(dá)不到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。要確保脫硝系統(tǒng)尿素噴槍的投入，必須達(dá)到兩個條件：①SCR反應(yīng)器入口煙氣煙溫，必須達(dá)到催化劑反應(yīng)環(huán)境的煙氣溫度300℃以上；②熱解爐出口加熱到320℃以上。將熱解爐加熱到滿足脫硝系統(tǒng)尿素噴槍投入運(yùn)行顯得至關(guān)重要，目前困擾運(yùn)行及檢修人員的主要問題就是熱風(fēng)爐的點(diǎn)火問題，有時會嚴(yán)重影響脫硝系統(tǒng)的投入時機(jī)。

3 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的構(gòu)成

媽灣電廠各臺爐脫硝系統(tǒng)建設(shè)初期，將熱一次風(fēng)進(jìn)一步加熱到400℃是通過電加熱器完成。電加熱在使用過程中，存在以下幾點(diǎn)不足：①機(jī)組啟動過程中對熱解爐加熱速度較慢；②脫硝系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因熱一次風(fēng)含灰塵會使電加熱積灰導(dǎo)致電加熱傳熱效果差，滿足不了熱解爐加熱需要，電加熱出口溫度高保護(hù)跳閘，脫硝系統(tǒng)被迫停運(yùn)，且無法在線進(jìn)行清除積灰；③電加熱投自動方式控制，熱解爐出口氨風(fēng)溫度波動較大，控制性能較差。

在媽灣電廠鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)由燃油系統(tǒng)改為天燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)后，利用機(jī)組大小修機(jī)會將脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了改造。熱一次風(fēng)的加熱熱源改為燃燒天燃?xì)獾臒犸L(fēng)爐，電加熱系統(tǒng)保留作為熱風(fēng)爐故障時的備用。經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，存在一個較為突出的問題，就是熱風(fēng)爐點(diǎn)火故障率高，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)投入推遲，影響環(huán)保參數(shù)超低排放合格率。目前檢修部門經(jīng)過一系列的改造及采取措施，點(diǎn)火成功率明顯提高。但熱風(fēng)爐的點(diǎn)火問題一直是機(jī)組啟動過程中困擾檢修、運(yùn)行人員的一個突出問題。熱風(fēng)爐及電加熱系統(tǒng)圖如圖1。

4 熱風(fēng)爐與電加熱短時并列運(yùn)行的可行性

4.1 目前的系統(tǒng)運(yùn)行情況

熱風(fēng)爐與電加熱器并聯(lián)接入系統(tǒng)，熱風(fēng)爐與加熱器只能保持一路運(yùn)行且通過熱風(fēng)爐及電加熱出口氣動截止閥實(shí)現(xiàn)相互閉鎖。當(dāng)使用電加熱時，熱風(fēng)爐出、入口氣動截止門保持關(guān)閉狀態(tài)；檢修在處理熱風(fēng)爐點(diǎn)火故障時只能解除相關(guān)保護(hù)通過熱風(fēng)爐出口DN200排空管進(jìn)行試點(diǎn)火或者將電加熱停運(yùn)再試投熱風(fēng)爐，但機(jī)組正常運(yùn)行中電加熱停運(yùn)意味著脫硝系統(tǒng)退出。

4.2 電加熱與熱風(fēng)爐短時并列運(yùn)行的風(fēng)險評估

因電加熱與熱風(fēng)爐在系統(tǒng)中是完全并列的，熱風(fēng)爐出入口截止門即使在開啟狀態(tài)，因入口壓力始終高于出口壓力，不至于擔(dān)心會倒流或者影響熱風(fēng)爐點(diǎn)火；同樣道理，熱風(fēng)爐試點(diǎn)火如果不成功，噴入的少量天然氣也是在電加熱后并入系統(tǒng)，且電加熱出口壓力始終低于入口壓力，不會進(jìn)入電加熱本體，不存在安全隱患。

5 熱風(fēng)爐與電加熱并列運(yùn)行的實(shí)施方案

熱風(fēng)爐與電加熱短時并列運(yùn)行，無需進(jìn)行系統(tǒng)改造，只需要熱工進(jìn)行邏輯修改，將熱風(fēng)爐與電加熱出口氣動截止閥相互閉鎖條件解除，允許運(yùn)行人員進(jìn)行操作。具體操作流程如下：

（1）安排電氣人員測量電加熱絕緣并送電，保持良好備用狀態(tài)。

（2）機(jī)組并網(wǎng)前，啟動一次風(fēng)機(jī)后，進(jìn)行熱風(fēng)爐點(diǎn)火操作，如點(diǎn)火成功則保持熱風(fēng)爐運(yùn)行，逐步對熱解爐進(jìn)行加熱達(dá)到320℃以上，滿足脫硝系統(tǒng)尿素噴槍投入條件。

（3）熱風(fēng)爐點(diǎn)火成功后運(yùn)行人員需控制好熱風(fēng)爐熱一次風(fēng)入口調(diào)門開度和天然氣調(diào)門開度，待溫度達(dá)到350℃后再逐步開大熱風(fēng)爐熱一次風(fēng)調(diào)門。

（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)爐點(diǎn)火不成功后，將電加熱投入運(yùn)行并控制好電流，保證熱解爐逐步升溫至320℃以上。此時為確保電加熱有足夠的熱一次風(fēng)通過，運(yùn)行人員需要將熱風(fēng)爐熱一次風(fēng)入口調(diào)門關(guān)閉，熱風(fēng)爐出口截止門可以保持關(guān)閉。并及時聯(lián)系檢修人員處理熱風(fēng)爐點(diǎn)火故障。

（5）檢修處理熱風(fēng)爐故障過程中電加熱一直保持運(yùn)行，待檢修需要試投熱風(fēng)爐時，由于點(diǎn)火階段熱風(fēng)爐熱一次風(fēng)調(diào)門開度在10%左右開度，不會造成電加熱過熱，不會大幅影響電加熱的加熱效果。所以熱風(fēng)爐試點(diǎn)火時適當(dāng)開啟熱風(fēng)爐熱一次風(fēng)入口調(diào)門及熱風(fēng)爐出、入口截止氣動門，不試則及時關(guān)閉。

（6）當(dāng)檢修處理點(diǎn)火故障后，如果熱風(fēng)爐試點(diǎn)火成功，則逐漸開大熱風(fēng)爐入口熱一次風(fēng)調(diào)門并調(diào)整天然氣流量，同時緩慢關(guān)小電加熱熱一次風(fēng)門并減小電加熱電流，逐步并入熱風(fēng)爐運(yùn)行及退出電加熱運(yùn)行。如試點(diǎn)火仍不成功，故障暫時解決不了，則保持電加熱運(yùn)行，只要脫硝系統(tǒng)SCR入口煙溫達(dá)到308℃以上及熱解爐出口溫度達(dá)到320℃以上，脫硝系統(tǒng)就可及時投入運(yùn)行，并將熱風(fēng)爐進(jìn)行隔離。

（7）檢修人員將熱風(fēng)爐故障處理好后，運(yùn)行人員緩慢操作，可以保證脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行情況下，將熱風(fēng)爐并入運(yùn)行并逐步退出電加熱運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無擾切換，不影響脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6 電加熱與熱風(fēng)爐短時并列運(yùn)行實(shí)施效果

在機(jī)組啟動階段，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)爐點(diǎn)火故障立即投入電加熱運(yùn)行，熱解爐的加熱過程不受影響，待熱風(fēng)爐故障處理好后，將熱風(fēng)爐點(diǎn)火啟動逐步并入系統(tǒng)運(yùn)行，電加熱系統(tǒng)逐步退出運(yùn)行，實(shí)行無擾切換。機(jī)組正常運(yùn)行過程中，脫硝系統(tǒng)電加熱器自改造成熱風(fēng)爐后一直未使用，從系統(tǒng)考慮一直處于備用狀態(tài)，但電加熱是否能夠正常工作一直不清楚，如果實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐及電加熱短時并列，脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，電加熱器可以安排定期工作試運(yùn)，保證電加熱處于良好備用狀態(tài)。熱風(fēng)爐作為主設(shè)備運(yùn)行，有缺陷需要檢修，可以切換至電加熱運(yùn)行，保證機(jī)組運(yùn)行時脫硝系統(tǒng)能夠始終不退出運(yùn)行。

7 結(jié)束語

在機(jī)組啟動階段，將尿素溶液熱解爐加熱到320℃以上滿足脫硝系統(tǒng)投入條件是關(guān)鍵。電加熱與熱風(fēng)爐在機(jī)組啟動階段短時并列方案，可以確保脫硝系統(tǒng)在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到要求時脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行，縮短氮氧化物超標(biāo)時間。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-4