胡志光，鄧 倩，馬苗云

（華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定071003）

1 引言

我國是以燃煤發(fā)電為主的發(fā)展中國家，伴隨著發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，燃煤電廠NOX的排放迅速增加。若不采取有效的控制措施，我國NOX排放量將繼續(xù)增長，預(yù)計(jì)2020年NOX排放將達(dá)到2 900萬t左右［1］。因此降低NOX的排放是當(dāng)前急待解決的問題。

本文以某燃煤電廠600MW機(jī)組配套的煙氣脫硝裝置為研究對(duì)象，對(duì)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。鑒于純氨法應(yīng)用廣泛，儲(chǔ)運(yùn)量小，有利于布置［2］，同時(shí)考慮到國外應(yīng)用的情況和電廠較高的管理水平，經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇純氨法作為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑。

2 燃煤電廠原始資料

本工程設(shè)計(jì)的新建某燃煤電廠機(jī)組容量為600MW，機(jī)組配備1臺(tái)最大連續(xù)出力為1 920t／h的鍋爐，電廠燃煤設(shè)計(jì)煤種、校核煤種均為煙煤。最熱月（7月）平均最高氣溫為32.5℃；最冷月平均最低氣溫為－12.8℃。年平均氣壓＜0.1MPa。最熱月平均相對(duì)濕度為79%；最冷月平均相對(duì)濕度為51.5%。

2.1 鍋爐概況

鍋爐按露天布置設(shè)計(jì)。鍋爐類型為超臨界中間再熱控制循環(huán)四角切圓噴燃、固態(tài)排渣［3］。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 燃煤電廠煤質(zhì)分析資料

鍋爐的設(shè)計(jì)煤種為Ⅲ類煙煤，校核煤種為Ⅱ類煙煤，煤質(zhì)分析見表2。

表2 煤質(zhì)分析

2.3 SCR反應(yīng)器性能參數(shù)

SCR反應(yīng)器的主要性能參數(shù)見表3。表中所列參數(shù)除單獨(dú)說明外皆為BMCR工況燃用設(shè)計(jì)煤種條件下的參數(shù)。

表3 SCR反應(yīng)器性能參數(shù)

3 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1 脫硝反應(yīng)系統(tǒng)

3.1.1 SCR反應(yīng)器

煙氣脫硝系統(tǒng)一共設(shè)計(jì)有2個(gè)SCR反應(yīng)器。反應(yīng)器采用固定床平行通道式，為直立式焊接鋼結(jié)構(gòu)容器。SCR反應(yīng)器的尺寸（長×寬×高）為14 736 mm×8 289mm×14 125mm。反應(yīng)器材料為Q345。

在SCR反應(yīng)器中，催化劑模塊布置在催化劑梁上，因此催化劑支撐梁布置在每個(gè)催化劑模塊底部側(cè)框之下。在SCR反應(yīng)器底層的4個(gè)面分別設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)向支點(diǎn)，這樣在SCR反應(yīng)器的中心就相當(dāng)于一個(gè)篤定支點(diǎn)，反應(yīng)器沿對(duì)角線向外膨脹，SCR反應(yīng)器四角立柱分別為滑動(dòng)支點(diǎn)，同樣各導(dǎo)向支點(diǎn)、滑動(dòng)支點(diǎn)的一對(duì)摩擦副中，至少有一個(gè)為耐溫減摩材料（聚四氟乙烯），以避免過大的摩擦力對(duì)反應(yīng)器本體和主體框架造成破壞。

3.1.2 催化劑

本設(shè)計(jì)采用NOXNON700S－3型蜂窩式催化劑，主要成分為Ti－V－W。蜂窩式催化劑的配置方案為2＋1層，即初裝兩層催化劑，預(yù)留一層催化劑。一般1層催化劑的脫硝效率可達(dá)40%，2層可達(dá)70%，3層可達(dá)90%。設(shè)計(jì)催化劑模塊長寬高尺寸為1 718mm×859mm×1 875mm，每層布置72個(gè)模塊（8×9）。

3.1.3 氨／空氣噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選取高壓離心風(fēng)機(jī)，設(shè)置3臺(tái)。稀釋風(fēng)機(jī)主要工藝參數(shù)為電機(jī)功率75kW；全壓7 000Pa；流量17 000m3／h，型號(hào)為9－19NO12－5D。

氨／空氣混合器為隔板式，設(shè)置2臺(tái)。氨／空氣混合器主要技術(shù)參數(shù)為長1.8m；材料為20號(hào)鋼。每個(gè)SCR反應(yīng)器設(shè)有3×4×4根伸入煙道的注氨支管，每根支管上左右對(duì)稱布置6個(gè)不銹鋼噴頭，即48根注氨支管與288個(gè)噴嘴組成了注氨格柵（AIG），均勻地分布在SCR進(jìn)口側(cè)煙道的截面上。

3.2 液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 液氨卸料壓縮機(jī)

本設(shè)計(jì)設(shè)置2臺(tái)液氨卸料壓縮機(jī)，型號(hào)為210A；流量為75m3／h；最大出口壓力為2.17MPa；電機(jī)功率為18.5kW；材料為組合件。

3.2.2 液氨儲(chǔ)罐

本工程設(shè)計(jì)2臺(tái)臥式液氨儲(chǔ)罐，每個(gè)液氨儲(chǔ)罐容量設(shè)計(jì)按照脫硝反應(yīng)器運(yùn)行10d，每天24h的用量。液氨儲(chǔ)罐主要技術(shù)參數(shù)包括容積為120m3；尺寸為 Φ3 400mm×12 000mm；設(shè)計(jì)壓力為 2.16 MPa；設(shè)計(jì)溫度為－15～55℃；材料為16MnDR。

3.2.3 液氨蒸發(fā)器

本設(shè)計(jì)設(shè)置2臺(tái)液氨蒸發(fā)器，為螺旋式結(jié)構(gòu)。液氨蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)包括容積為5.79m3；尺寸為 Φ1300mm×3100mm；傳熱面積為22.63 m2；設(shè)計(jì)溫度為90℃；設(shè)計(jì)壓力為0.9MPa；材料為16MnDR。

3.2.4 氨氣緩沖槽

本設(shè)計(jì)設(shè)置2臺(tái)氨氣緩沖槽。氨氣緩沖槽的主要技術(shù)參數(shù)包括容積，3.95m3；尺寸為Φ1 400mm×2 100mm；設(shè)計(jì)溫度為90℃；設(shè)計(jì)壓力為2.16MPa；材料為16MnDR。

3.2.5 氨氣稀釋槽與廢水泵

氨氣稀釋槽為立式水槽，設(shè)置1臺(tái)。氨氣稀釋槽的主要技術(shù)參數(shù)為包括容積為7.8m3；塔高為2m；設(shè)計(jì)溫度為50℃；設(shè)計(jì)壓力為常壓；材料為Q235。廢水泵設(shè)計(jì)2臺(tái)。廢水泵主要技術(shù)參數(shù)包括流量為25m3／h；揚(yáng)程為30m；功率為5.5kW；材料為組合件。

3.2.6 吹灰器

根據(jù)本工程灰份的特性，采用D－75型聲波吹灰器，按每一層催化劑設(shè)置4臺(tái)DC－75型吹灰器進(jìn)行設(shè)計(jì)。預(yù)留層吹灰器只預(yù)留吹灰器接口。

聲波吹灰器的頻率為75Hz，有效輻射范圍為13m，內(nèi)部能量輸出水平為147dB，外部噪音水平為82dB，吹掃頻率為10s／10min，每個(gè)反應(yīng)器從最上層開始吹掃，每層的4個(gè)吹灰器同時(shí)動(dòng)作，每臺(tái)反應(yīng)器的一個(gè)吹掃周期需要30s。主要易損部件為震動(dòng)膜片，一般使用壽命為5年。聲波吹灰器的噪音較大，在反應(yīng)器外部的吹灰器發(fā)聲部分必須做隔音處理，經(jīng)過處理后的噪音水平可以降低到75dB以下。

3.2.7 氨氣泄漏檢測器

液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)周邊設(shè)有4個(gè)氨氣檢測儀，用以檢測氨氣的泄漏，可顯示大氣中氨氣的濃度。

3.2.8 氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)

本系統(tǒng)的卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽等都備有氮?dú)獯祾吖芫€。排放出的液態(tài)氨或氣態(tài)氨通過裝有水的氨吸收罐進(jìn)行吸收，在經(jīng)由廢水泵送到工業(yè)廢水處理站進(jìn)行處理。

3.3 煙氣脫硝系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖紙

圖1為SCR脫硝反應(yīng)器工藝流程圖，圖2為氨區(qū)平面布置圖。

4 工程概預(yù)算

4.1 運(yùn)行成本分析

煙氣脫硝工程運(yùn)行成本分析計(jì)算的主要參數(shù)如下。

（1）設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)。該工程投產(chǎn)后設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)為5 500h。

（2）氨消耗及價(jià)格。脫硝系統(tǒng)氨價(jià)格為3 000元／t，消耗量為353.3kg／h。

（3）定員及工資標(biāo)準(zhǔn)。電廠脫硝新增定員4人，年人均工資為50 000元，福利費(fèi)綜合費(fèi)率按工資總額的55%計(jì)算。

圖1 SCR脫硝反應(yīng)器工藝流程圖

圖2 氨區(qū)平面布置圖

（4）大修理費(fèi)。按脫硝裝置造價(jià)的1%預(yù)提。

（5）用電量。脫硝裝置用電量按900kW計(jì)算。

（6）折舊率。固定資產(chǎn)折舊采用直線法，凈殘值率為5%，折舊年限取15年。

（7）貸款利率。流動(dòng)資產(chǎn)貸款利率及短貸利率為5.5%。

（8）收益率。投資方基準(zhǔn)收益率為8.5%。

4.2 總投資估算

某燃煤電廠600MW機(jī)組煙氣脫硝工程總投資情況，見表4。該項(xiàng)目脫硝裝置靜態(tài)投資為13 632萬元，單位造價(jià)為227.2元／kW。

表4 總投資情況

5 結(jié)語

將燃煤電廠煙氣排放NOX控制在較低的濃度，采用SCR技術(shù)可脫除80%以上NOX，環(huán)境效益顯著。從國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)角度看，電廠增加脫硝系統(tǒng)將有助于改善環(huán)境狀況，降低污染，滿足了國家環(huán)保規(guī)定，為區(qū)域電力建設(shè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

［1］蘇亞欣，毛玉茹，徐 璋.燃煤氮氧化物排放控制技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陳進(jìn)生.火電廠煙氣脫硝技術(shù)－選擇性催化還原法［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］王秉銓.工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)手冊（第二版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.