SCR烟气脱硝系统冷风加热改造技术研究

郝哲晶

(大唐长春第二热电有限责任公司，吉林 长春 130030)

1 设备概况

近年来，国家对大气环境保护的管控力度越来越大，连续发布了一系列法律法规。要求国内燃煤电厂达到超低排放标准，烟气中的氮氧化物排放量不大于50 mg/Nm3[1-3]。大唐长春第二热电有限责任公司1号炉于1991年投产，锅炉型号为HG-670/140-YM14。3、4号机组于2005年投产，5号机组于2007年投产，6号机组于2010年投产，3-6号炉型号为HG-670/13.7-YM9，是超高压高温、一次中间再热、单汽包燃煤自然循环锅炉，与200 MW汽轮发电机组成单元制机组，整体呈“Π”型布置。锅炉前部为燃烧室，采用膜式水冷壁，燃烧室上部布置了全辐射式前屏过热器，炉膛出口布置了半辐射式后屏过热器。水平烟道由斜坡水冷壁和侧包墙管道组成，水平烟道布置了对流过热器和再热器段，顶棚和水平烟道两侧及转向室布置了顶棚和包墙过热器，锅炉后部为竖井烟道，竖井烟道内布置了再热器冷段、H型省煤器、回转式预热器、SCR烟气脱硝系统。2014—2015年进行脱硝改造，配套安装尿素水解脱硝系统，采用热稀释风喷氨方式，稀释风源取自回转式空气预热器出口热风道，氨气经热稀释风稀释后通过喷氨格栅分支管道射入尾部烟道内，与烟气中的氮氧化物进行化学反应实现烟气中的脱硝作用。按照国家超低排放标准要求，在2016—2018年进行超低排放改造，增加备用层催化剂及相关配套设备，改造完成后氮氧化物排放量符合超低排放标准。锅炉的主要参数见表1。

表1 设计燃料特性

2 脱硝系统

1-6号机组采用高灰型选择性催化还原法(SCR)脱硝装置，以尿素水解产生氨气制备还原剂，其中尿素储存、制备与供给系统母管管路已经建成。每台锅炉设2台SCR反应器，布置在锅炉省煤器出口与空预器烟气入口之间，不设反应器旁路和省煤器旁路，SCR区域采用紧身封闭。脱硝催化剂采用蜂窝式，按“2+1”模式布置，备用层在最上层。经超低排放改造后，即在原预留层安装新一层催化剂。每台机组在备用层增加8台声波吹灰器、4台蒸汽吹灰器及相应管道附件及控制部分。增加脱硝出口连通烟道。解决锅炉燃烧后的烟气流量甲、乙侧分配不均，实现联箱分流式烟风道。增加备用层催化剂压力及温度测量装置并引入DCS系统。重新确定氨逃逸测点位置，同时氨逃逸测点改为多点测量方式。SCR烟气脱硝系统采用水解工艺，尿素与除盐水混合进入水解器内，利用蒸汽对尿素进行热解生产热解气，热解气由氨气与水蒸气组成，热解气与稀释热风混合进入氨气管道，通过喷氨格栅分支管道射入烟道内，热解气中的氨气与烟气中的氮氧化物反应，从而达到消除烟气中的氮氧化物目的。

3 SCR烟气脱硝系统存在问题

由于机组长时间运行，烟气对预热器的密封片磨损严重，导致预热器漏风率增大，造成预热器热风中的含灰量增加。SCR烟气脱硝系统所需要的稀释热风取自预热器热风出口风道，稀释热风中的含灰量较多，极易与水解器生产的水蒸气混合，导致脱硝喷氨系统管道的弯头、缩径管道、联箱、喷氨格栅等部位堵灰严重，造成脱硝系统稀释风量减小，进入烟道内的供氨不均等问题。氨气管道堵塞严重时，导致脱硝效率下降，迫使投入氨气量增加，造成尿素耗量增加，甚至出现环保超标风险，严重时环保参数超标可能造成机组被迫停运事故。管道堵塞情况见图1、图2。

图1 脱硝喷嘴堵塞情况

图2 喷氨格栅分支管道堵塞情况

4 冷风加热技术

在SCR烟气脱硝系统的原稀释风系统基础上增加一套纯净风冷风烟气加热系统，稀释风机入口风源取自室内，并设置一层筛网，防止杂物进入稀释风系统中，堵塞喷氨滴管。稀释风机出口设计一条新管路，将室内风经Φ325×7 mm的联络母管再分4路Φ219×6 mm送入SCR出口烟道中进行换热混合，室内风设计加热至260～320 ℃，再经Φ377×7 mm的管路送回至稀释风机出口母管中，与原稀释风出口管道连接。氨气经与加热后的稀释风稀释后一同送入SCR脱硝A、B侧喷氨格栅中，实现脱硝作用。新系统与原系统为并列关系，可实现独立运行功能。当任一系统故障时，可切换至另一系统运行，改造后DCS操作系统操作方式不变。换热管迎风面加装防磨角钢，换热管采用Q235材质，可以满足管材防磨要求，磨损寿命大于5年，使用寿命大于8年。改造后将冷风加热系统作为热稀释风的主要运行方式，原有的系统作为备用方式运行，2种系统可以自由切换，有效提高了稀释风系统的可靠性。通过改造，实现了纯净风输送氨气功能，避免脱硝系统积灰堵塞问题发生，降低人员劳动强度和作业安全风险，提高设备安全性、稳定性，满足环保参数要求[4-5]。冷风加热系统见图3。

图3 冷风加热系统

5 改造后运行效果

机组经过1年的运行时间，通过脱硝稀释风冷风加热系统改造后，一是脱硝系统的设备缺陷明显下降，有效降低人员劳动强度和作业安全风险；二是可以避免脱硝系统管道、弯头堵塞问题，实现无尘喷氨，提高脱硝系统安全性、稳定性；三是在一定程度上解决了脱硝喷氨不均匀的问题，使进入烟道内氨气分配更合理，有效提高了脱硝效率；四是通过消除稀释风含灰量问题，优化脱硝反应，降低尿素耗量；五是通过在脱硝出口布置烟气换热器吸热，进而实现降低排烟温度目的；六是对锅炉余热回收提出了新方法，可有效推广。

6 结论

a.结合排烟温度高的炉型特点，有效对烟气余热进行回收，烟气加热系统还会缓解排烟温度问题，使脱硝稀释风冷风烟气加热系统改造一举两得。安装管式换热器，空预器入口烟温可降低6 ℃，排烟温度降低2 ℃，锅炉效率增加0.1个百分点。

b.冷风加热技术改造完成后，机组SCR烟气脱硝系统运行稳定，经查阅运行参数，甲乙侧稀释风量可长期维持在2000 Nm3/h，喷氨格栅测温正常，最低温度大于120 ℃，喷氨格栅堵塞问题得到根本解决，人员巡视检查和维护工作量大幅度减少，脱硝系统安全性、稳定性得到提升，环保风险进一步降低，可为存在类似问题的同类型机组提供借鉴。