高温烟气换热器在SCR尿素热解炉中节能应用

（大唐淮南洛河发电厂，安徽 淮南 232008）

前言

随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高，依据最新的《火电厂大气污染物排放标准GB13223—2011》规定要求，2003年12月31日前投运或通过审批的机组氮氧化物排放浓度不得大于200mg/Nm3，之后的现役或新建机组氮氧化物排放浓度不得大于100mg/Nm3，作为大唐安徽省公司百万发电企业，我厂自2011年到2014年逐步实施了6台（一期#1、2机组为320MW，二期#3、4机组为300MW，三期#5、6机组为630MW）机组的烟气脱硝改造工程。本文结合我厂#6机组增加高温烟气换热器（电加热器处在备用）应用上的情况，仅供参考。

一、SCR技术应用

目前在世界上有成熟应用业绩的脱硝技术主要分为两类，分别为燃烧中脱硝和燃烧后脱硝。燃烧中脱硝主要为低碳燃烧技术，它具有投资少，建设周期短等优点，但其脱硝效率低，一般在40%以下，另外受工况变化的影响较大，燃烧后脱硝有成熟应用的技术可分为SCR和SNCR技术，其中SCR技术具有脱硝效率高，还原剂消耗少、脱硝性能稳定等优点，是目前世界应用最为广泛的脱硝技术之一，经过详细的经济、技术比较，我厂一二期4台机组采取低碳燃烧器+SCR相结合，三期5、6机组根据自身设计采取SCR。

脱硝系统主要是省煤器灰斗所在的烟道截面到预热器入口挡板前，来自还原剂自备系统系统的氨气在氨/空气混合器内与来自风机的空气充分混合后，经喷氨混合装置喷入反应器入口烟道，与空气充分混合后进入SCR反应器，在催化剂(板式催化剂)作用下与烟气中的氮氧化合物发生化学反应，生成氮气和水。我厂采用SCR（选择性催化还原）技术，其中热解制氨系统包括尿素溶液计量分配装置、尿素热解炉、电加热器（1700/2000 kw）等。

二、电厂主要设备情况

1.主要设备参数

表1

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2.燃煤

三期工程设计煤种为淮南矿业集团潘一矿燃煤，校核煤种为淮南矿业集团新集矿燃煤。

燃料成份分析

2.1 煤质分析资料

表2

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2.2 脱硝系统入口烟气参数请见表1-5

脱硝系统入口烟气参数（设计煤种数据，锅炉厂提供)

表3

2.3 锅炉BMCR工况脱硝系统入口烟气中污染物成分（标准状态，湿基，实际含氧量）

表1-6a脱硝系统入口烟气中污染物成分（设计煤种数据，锅炉厂提供)

表4

脱硝系统入口烟气中污染物成分（校核煤种数据，锅炉厂提供)

注：本表为标准状态，干基，含氧量6%。

2.4 热一次风加热器参数

表5

三、尿素热解系统

1.本工程采用尿素热解法制备脱硝还原剂，2台锅炉的脱硝装置公用一个还原剂储存、卸载及供应区域，并按照80%脱硝效率进行公用区的设计。

尿素热解法制氨系统包括斗式提升机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、高流量循环泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室（内含喷射器）、控制装置等。

袋装尿素颗粒储存于尿素储备间，由斗式提升机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成40～60%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。尿素溶液经由高流量循环泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解器内分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。

每台锅炉设一套尿素溶液分解室。尿素溶液由316 L不锈钢制造的喷射器（满足工艺要求）雾化后喷入分解室，在330℃的高温热风条件下，尿素液滴分解成 NH3、H2O、CO2。

尿素热解采用一次高温空气，用电加热器将高温空气加热到约600℃。热风管道从预热器热一次风出口的管道接口处接出，再通往电加热器进行加热成高温热风。具体系统见图一。

图一 脱硝热解系统图

2.高温烟气换热器

2.1 工作原理

高温换热器通过工艺管线引入二股介质（一次热风、锅炉烟气）及4个手动1个电动蝶阀的控制，经换热器换热后实现加热功能。

2.2 工作流程：

锅炉高温烟气换热器系统利用锅炉高温再热器后约600℃的高温烟气加热一次热风到460℃左右，提供了利用烟气---低值能替代电能---高值能的解决途径。引空预器后的一次热风进入换热器走换热器的壳程；再引一股锅炉烟气（高再后、低再前）≥600℃进入换热器走换热器的管程来加热，将一次热风加热至≥460℃进入SCR尿素热解炉，从而实现替代用电加热器加热一次热风的功能。

3.烟气换热器

烟气换热器的基本技术数据达到如下要求：

机组实测数据：

机组负荷370MW：热一次风风量约7000Nm3/hr，压头约7 kPa，温度约270℃；电加热后温度约460℃。

机组负荷620MW：热一次风风量约7600Nm3/hr，压头约7.6 kPa，温度约298℃；电加热后温度约460℃。

利用换热器后，机组全负荷段一次风温度要加热到≥460℃，换热器在运行中不得存在磨损、腐蚀、积灰、变形等问题。

4.烟气系统

4.1 入口烟气温度600℃左右。烟气排入空气预热器入口，所需烟气量投标方根据以上提供的数据进行设计，并提供详细的设计方案。该系统投入运行以后，不得对原烟气系统及设备有任何影响。

4.2 在换热器出口烟道设置合适的电动风门及调节风门，换热器入口烟道设置手动风门，进口手动风门用于隔离或连接整个烟气系统。风门应充分考虑到漏灰、积灰、卡涩、热变形等问题以及可操作性。

4.3 烟气管道规格及烟气系统阻力

换热器入口烟道规格及材质：投标方设计，设计时尽量减少水平段，以避免管道积灰。

5.一次风系统

在原来至热解炉电加热器前的调节门前上升管中间增设一支路至换热器（由投标方负责设计），被加热升温后接入加热器后新上升管道，在新管道上升管接出点与接入点之间设置三个手动风门控制其进或退的工艺切换，在新接出的支路上设置二个手动风门，用于切换电加热器与烟气加热器。最终热一次风从≤300℃被加热至≥460℃。

四、工艺简单、实用

该技术的工艺路线：通过一支旁路从电厂锅炉（高再后、低再前）检修人孔引0.3%左右的高温烟气（≈600℃），和≥250℃一次热风通过安装的高温烟气换热器与其换热，将它加热至≥450℃（原需用尿素热解炉电加热器加热），完全达到原烟气SCR尿素热解的工艺要求。实现该工艺路线不需要增设动力，完全依托原工艺系统的压差实现自我运转。只需配置应有的系统切断、转换、调节、开关阀门及与其相对应的温度测量、压力传输、电仪辅助设备即可。经现场调试，机组高低负荷均能满足工艺要求。

五、经济效益分析

大唐安徽分公司淮南洛能发电有限公司在三期#6机组630MW机组采用高温烟气换热器在SCR尿素热解炉其效果如下：

按电加热器功耗1685 kWh，机组年均运行5000小时、烟气热损失补偿按5%计算；

1.年节省电量

1685 kWh*5000h*0.95（烟气热损失补偿）=800.37 万 kWh/年

2.年节省费用为

800.37 万 kWh*0.49 元 /kWh=392.18 万元 /年

3.投资成本收回周期为

680 万元/392.18万元=1.73年，约2年收回投资。

#6机组高温烟气换热器在SCR尿素热解炉于2015年4月16日启动至今，随着机组运行一直投入，到目前为止，不论从节能降耗上还是检修上（包含人力及备品）效果都非常明显（原有的电加热一直处在备用期）。我厂计划在2016年同样在#5机组上加装一台与#6机组一样高温烟气换热器，未来发展还会逐渐在#1—4机组上加装。

六、结论

随着经济的发展，燃煤锅炉耗煤占煤炭消费量比例也将逐步增长，由燃煤所产生的氮氧化物（NOx）是我国大气污染的主要来源之一。在通过燃烧中和燃烧后脱硝的治理，氮氧化物（NOx）排放含量呈下降趋势，但也相对增加了电耗。目前采用高温烟气换热器是我国重点推广的节能降耗中节电技术。本文根据大唐安徽分公司淮南洛能发电有限公司三期#6机组630MW的高温烟气换热器技术带来的经济效益展现，给电厂在机组新建和机组改造过程中对脱硝降低电耗选取提供一些参考。

[1]朱礼想.燃煤电厂氮氧化物（NOX）脱除技术方法探讨和应用.2015

[2]中国电力工程顾问集团公司企业标准《火力发电厂脱硝系统设计技术导则》Q/DG 1—J004—20102010.4.30

[3]刘炎军 燃煤电厂烟气SCR尿素热解炉高温烟气换热器替代电加热器技术昆山市三维换热器有限公司

[4]中国大唐集团公司大唐洛河发电厂《三期检修规程》2014年出版