热解制氨法烟气脱硝电气设计方案分析

□崔春雷 张 帆 冀世毅

随着社会经济的快速发展，我国的大气污染物排放不断增长，以氮氧化物(NOX)等为主的区域性酸雨污染严重，很多地区的环境质量有恶化的趋势，严重影响到我国经济和社会的健康发展。在此背景下，国家环境保护总局加强了环境标准体系建设，确立了环境质量标准、污染物排放标准等十四个大类的环境标准体系，正式把《环境工程技术规范》纳入环境体系标准体系，并编制了《火电厂烟气脱硝工程技术规范——选择性催化还原法》。

一、SCR技术工艺特点［1，2］

(一)SCR反应原理。选择性催化还原技术(SCR)作为世界烟气脱硝领域的主流技术，是通过在催化剂(铁、钒、镉、钴或钼等碱性金属)上游烟气中喷入氨或者其它合适的还原剂，利用催化剂将烟气中的NOX转化为对环境无害的氮气和水。NH3具有选择性，只与NOX发生反应，基本不与O2反应，所以称为选择性催化还原。其主要化学反应如下［1］:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(二)SCR布置方式。选择性催化还原(SCR)脱硝工艺，一炉两个反应器，还原剂储存、配制等为公用系统。整个SCR烟气脱硝系统分为两大部分，即SCR反应器和氨制备、存储及供应系统。SCR反应器布置可分为以下两种［2，3］:高含尘布置:SCR反应器位于锅炉省煤器与空气预热器之间。低含尘布置:SCR布置在烟气脱硫系统和烟囱之间。

(三)还原剂氨的制取方法。在SCR系统中稳定可靠的制氨系统在整个SCR系统中是不可或缺的，制氨一般有尿素、纯氨、氨水三种方式。

二、脱硝低压配电系统设计

(一)国家环保标准对电气专业的要求。《HJ 562火电厂烟气脱硝工程技术规范》和《HJ 563火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》对脱硝电气系统作如下规定［1，2］:一是低压厂用电电压等级、中性点接地方式与厂内主体工程一致。二是SCR区电源宜并入锅炉MCC段。还原剂区电源益引自厂区公用电源。采用双电源进线。三是控制电源宜采用交流控制。当直流电源引接方便时，也可考虑采用直流电源。四是宜根据自身情况确定是否采用保安电源和UPS。五是二次控制宜设置在机组单元控制室。

(二)设计方案一。某脱硝工程中绝热分解室是低压部分最大的负荷。锅炉部分的PC或MCC已经没有如此大的变压器剩余容量和备用间隔来给它配电。同时，从脱硝系统应设立独立的配电系统考虑，设立专门的脱硝变压器为其配电。这样，两个机组共设两台脱硝变压器，两段脱硝PC段。在SCR区可供安放变压器的配电间位置，只能放在反应器下的28m高度的平台上。空间位置是有限的，因而脱硝变压器只能考虑在附近其他厂房的配电间内安放。SCR区和溶液制备区是两处不同的区域，间隔较远，分别设立MCC为其负荷集中供电。按二级负荷配电要求考虑，应采用双电源进线。由此可以得到低压系统的设计方案一:采用动力中心(PC)与电动机控制中心(MCC)的供电方式。每个机组设1个脱硝PC段，共设2个PC段;每个机组设一个SCR区MCC段，共设2个;设1个溶液制备区MCC段，为公用部分。两个脱硝PC段采用单母线分段接线，中间设母联开关。设两台脱硝变压器，两台变压器互为暗备用。变压器和PC段开关柜设在SCR区附近的配电间内。MCC均采用双电源进线。由脱硝PC A、B段分别提供一路电源，两路电源采用单刀双投隔离开关实现电源切换。SCR区MCC可设在反应器下方的平台上，溶液制备区MCC设在溶液制备区的配电间内。由于距离锅炉较近，保安及UPS电源以及应急照明电源由锅炉配电系统提供。

(三)设计方案二。鉴于某工程电除尘改造和脱硝同步实施，可以利用电除尘改造时拆除的两台电除尘变压器作为本脱硝的低压负荷电源。同时，脱硝PC段也可以利用原电除尘PC段的开关柜。这样在经济性上就有了很大的改观，同时也解决了PC段安放位置的问题。但是原电除尘变压器的容量为2，000 kVA，而每段脱硝PC初步估算有1，400 kW，这样就无法让两台变压器实现互为暗备用的作用。于是考虑再新增一台2，000 kVA的备用变压器，为两台工作变压器提供明备用电源。备用变压器电源拟引自脱硫10kV段。原电除尘PC段已经各有一面母联断路器柜，因此只增加一台低压变压器。

图1 设计方案一:低压配电系统图

图2 设计方案二:低压配电系统图

图3 设计方案三:脱硝PC段布置图

(四)设计方案三。用电除尘备变兼做脱硝备变，不再新增脱硝备变。相比其他，这个方案是最为经济的。配电系统图如图3所示。

(五)方案比选。上述列出了三种低压配电方案，其中设计方案一是最为理想化的，但是结合电厂改造的实际情况，不具有可实施性。设计方案二和三是具备可实施性的。它们各自存在优缺点，可以从运行工况和经济角度进行分析。设计方案二:设脱硝备用变压器提供明备用电源，脱硝备变引自脱硫10kV段原增压风机回路。优点:除尘段和脱硝段都有独立的备用变压器，在运行的时候不受各自的影响。缺点:备用变压器引自脱硫10kV段，如果脱硫系统检修，将无法给#1、#2机组脱硝系统提供明备用电源，机组单元性较差。经济性和施工难度较方案三差，多出一台变压器的预算;同时由于电除尘配电室位于除灰综合楼11m层，如果在配电间增加一台变压器的话，安放位置处的楼板的荷载需要重新计算，特殊情况需采取加固措施。

设计方案三:电除尘备变兼做脱硝备变，不新增备变。优点:脱硝运行将不受电厂脱硫系统的影响。经济性好，施工方便，配电间几乎不要任何改动，只需要对PC段回路进行一定的改造。缺点:电除尘备变为除尘和脱硝共用，相互之间存在影响。当两套系统都故障时将无法同时提供备用电源。当备变故障时，某个机组的脱硝和除尘都失去备用电源。运行风险比方案二要大一些。综上所述，两个方案各有各自的优缺点，设计院应该将详细的对比分析给业主，由业主方作出选择。最终确定为方案三。

三、结语

可以看出，在工期比较紧张的情况下，采用经济性好、工程量小的方案是首要的选择。而设计方也需从电厂的实际情况出发，提出多种方案，以求找到最好的解决办法。最终方案在MCC盘柜和其他方案一样的情况下，通过对PC段配电系统的改进和分析，最终做到只需增加两面PC柜就可以达到目的。最大程度上减少了工程量，对于工程进度的贡献有着很大的意义。

热解制氨法是较为复杂的脱硝方法。掌握其设计技巧对于其他脱硝工程都有很好的指导和借鉴意义。但是，由于脱硝并不是一个单独的个体，是在锅炉系统的基础上进行添加，也需要电厂其他系统的改造与之相配合。因此只有全面掌握和了解这些系统才是做好脱硝设计的关键。

［1］火电厂烟气脱硝工程技术规范［S］.HJ 562-2010

［2］火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法［S］.HJ 563-2010

［3］火电厂烟气脱硝工程施工验收技术规程［S］.DL/T 5257-2010