丰润热电公司脱硝改造优化设计及效益分析

2014-07-19王广慧

山东工业技术 2014年10期

王广慧

（河北大唐国际丰润热电有限责任公司，河北丰润064000）

1 前言

根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）的要求，2014年7月1日燃煤电厂将执行氮氧化物排放小于100m g/Nm3标准。为了达到最新NOX排放要求，大批国内现有火电机组都进行了脱硝改造。SCR选择性催化还原法因其无二次污染、技术成熟可靠、系统简单易操作、脱硝效率高的优点，得到了广泛的应用[1]。随着国家对安全、环保问题的日益重视，大部分电厂选择容易审批、方便运输、储存、无安全风险的尿素作为脱硝还原剂。

丰润热电公司1、2号机组脱硝改造工程是河北省“十二五”燃煤电厂烟气脱硝限期治理项目。工程采用EPC总承包方式，承包方为中国大唐集团科技工程有限公司。采用尿素法选择性催化还原（SCR）工艺，2台锅炉共用一个还原剂储存、卸载及供应系统。1、2号机组脱硝系统分别于2013年12月、2014年6月顺利通过168小时试运行后正式投运。

2 选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺

2.1 SCR脱硝原理

向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其它还原剂，在催化剂的作用下烟气中的NOx被氨还原为氮气和水。通常选用的还原剂为液氨、氨水、尿素，无论以何种形式使用氨，均要使氨和烟气混合，利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。

2.2 SCR脱硝工艺过程

主要由脱硝反应器、烟道系统、尿素溶液储存供应及热解系统、氨喷射系统、吹灰系统等组成。袋装尿素储存于干尿素储藏间，由人工添加到地埋式溶解罐里，淡水将干尿素溶解成50～60%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由循环/传输装置、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，从锅炉空气预热器抽取的热一次风经增压风机进入电加热装置加热后进入热解室[2]。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成SCR脱硝系统所需的还原剂NH3，分解产物经由氨喷射系统(AIG)进入烟气脱硝系统。

3 脱硝设计优化

3.1 脱硝还原剂存储、制备、供应系统

3.1.1 尿素溶解采用淡水

在整个脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。若尿素的溶解水和稀释水（一般为工业水）的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。因此，必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。脱硝电厂大部分尿素溶解用水采用除盐水，丰润热电公司脱硝尿素溶解用水采用热网补淡水，从热网补水泵出口母管接出。表1为尿素溶解用水标准与热网淡水指标对照，可以看出热网淡水水质远远高于尿素溶解水标准，淡水完全可以满足要求。两台炉溶解尿素用水量约为250KG/h，每年耗水量为2190 t,淡水成本低于除盐水约5元/吨，每年节约水耗成本为10950元。

表1 尿素溶解水标准与淡水指标对比

在某电厂发生过尿素溶液倒流至全厂除盐水系统造成污染的事故。为避免脱硝系统尿素溶液倒流至全厂制水系统，确保主机用水安全，丰润热电公司在脱硝用淡水母管接口装设了逆止门。

3.1.2 尿素溶液制备区实现零排放

尿素区设置一个疏水回收罐，回收尿素区箱罐及管道伴热疏水，疏水箱兼作冲洗水箱，疏水罐出口设置两台伴热疏水回收泵（一用一备）。疏水一路打入尿素溶解罐作为尿素溶解用水回收利用，另一路作为尿素溶液混合泵及高流量循环泵的冲洗水。实现了尿素区伴热疏水的全部回收。

尿素区设置废水池，回收泵及尿素溶液管道冲洗水，并配置两台地坑泵（一用一备），废水泵出口母管设置取样管，废水化验合格时，回收至尿素溶解罐，不合格时排放至全厂工业废水处理系统再利用。

3.2 冲洗水系统

每台炉的计量分配模块配置一套冲洗水系统：一个独立水箱及两台MDM冲洗水泵（一用一备），冲洗水来自脱硝用淡水母管。原设计尿素溶液供、回管道冲洗方式为：将一尿素溶液储罐注满淡水，通过高流量循环泵进行尿素溶液管道冲洗。由于两个储罐均处于备用状态，为方便尿素溶液管道检修冲洗，在1、2炉MDM小间内将MDM分配模块冲洗水与尿素溶液供回管路连接实现了尿素供回管道的反冲洗。

3.3 压缩空气系统

脱硝用气主要为仪用压缩空气、声波吹灰用压缩空气及尿素溶液雾化用压缩空气，要求压力为0.6MPa，机组现仪用压缩空气系统没有裕量，且杂用空气压力仅为0.4—0.5MPa，无法满足脱硝用气要求。脱硝系统如果设置单独的压缩空气系统，需配置两台空压机（一用一备），且建造单独空压机厂房，投资较高。为了降低投资，丰润热电脱硝项目对原空压机系统进行了改造。为脱硝改造工程新增空压机系统一套，包括空压机、组合式干燥机、储罐、管道、阀门及相应的控制、电气、保护等配套设施，容积流量40Nm3/m in，排气压力0.85MPa，控制与监视接入现有空压机控制系统。安装位置定在空压机房F空压机北侧，并入机组空压机系统。空压机房无预留位置，对原空压机房进行了扩建。

如图1所示新增H空压机干燥机出口并入原G干燥机出口母管并加隔绝门，H压缩空气储罐出口与原G空压机出口连接，正常情况使用H空压机为脱硝供气，H空压机检修时，G空压机作为备用。此方案较设置单独的脱硝压缩空气系统节省了一台空压机，且利用了原厂房扩建，节省了土建费用，合计约60万元。

3.4 伴热系统

由于尿素的溶解过程是吸热反应，其溶解热高达 -57.8cal/g（负号代表吸热）。也就是说，当1克尿素溶解于 1 克水中，仅尿素溶解，水温就会下降57.8℃。不同浓度的尿素水溶液有不同的结晶温度，图2为国外文献上记载的尿素溶液浓度与结晶温度的对应关系，SCR脱硝工艺用50%质量浓度的尿素溶液对应的结晶温度是16.7℃[3]。所以，所有尿素溶液的容器和管道必须进行伴热，以防尿素溶解后的再结晶。在北方寒冷地区的气象条件下，该问题将会暴露的更明显。

丰润热电公司脱硝系统以蒸汽作为伴热源，对尿素溶解罐、尿素溶液储罐及尿素溶液输送管道进行伴热。尿素溶液管道的总热源为尿素溶液储罐内盘管加热器，当冬季尿素溶液储罐在最高温度下仍不能保证回流温度，或者在尿素溶液循环管不能进行循环，尿素溶液储罐内盘管加热器的总热源作用无法发挥时，启动尿素溶液输送管道蒸汽伴热系统作为备用手段。为确保汽源的供应稳定，伴热蒸汽母管取自1、2号机组辅汽联箱联络管。尿素区设置疏水箱对尿素区的伴热疏水进行回收。1、2号炉的尿素溶液输送管道的伴热疏水经疏水器分别回收至1、2号机组暖风器疏水箱，实现了伴热疏水热能与工质的100%回收利用。

此外，疏水管道从37.6米计量分配小间内沿冲洗水母管布置，作为冬季冲洗水的伴热，提高了冲洗水温，确保了冲洗效果。

3.5 增压稀释风机

喷入锅炉烟道的氨气应为空气稀释后的含5%左右氨气的混合气体。丰润热电公司脱硝尿素热解采用锅炉热一次风，风压为6～8kPa，温度270-310℃。一次风压随着机组负荷的减小而减小，当机组负荷在200MW以上时，一次风压可满足尿素溶液热解风量要求；当机组负荷降低到200MW以下时，随着风压降低需要增压。丰润热电公司对原设计两台稀释风机的基础上增加了稀释风机旁路及旁路门，稀释风机按两台100%容量（一用一备）配置。在高负荷时段走旁路，停运风机。按照机组负荷200MW以上运行4000小时计算，稀释风机加装旁路两台机组每年可节电176000kw.h，经济效益6万元/年。