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        豐潤(rùn)熱電公司脫硝改造優(yōu)化設(shè)計(jì)及效益分析

        2014-07-19 12:14:38王廣慧
        山東工業(yè)技術(shù) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:壓縮空氣熱電空壓機(jī)

        王廣慧

        (河北大唐國(guó)際豐潤(rùn)熱電有限責(zé)任公司,河北 豐潤(rùn)064000)

        1 前言

        根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)的要求,2014年7月1日燃煤電廠將執(zhí)行氮氧化物排放小于100m g/Nm3標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到最新NOX排放要求,大批國(guó)內(nèi)現(xiàn)有火電機(jī)組都進(jìn)行了脫硝改造。SCR選擇性催化還原法因其無(wú)二次污染、技術(shù)成熟可靠、系統(tǒng)簡(jiǎn)單易操作、脫硝效率高的優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的應(yīng)用[1]。隨著國(guó)家對(duì)安全、環(huán)保問(wèn)題的日益重視,大部分電廠選擇容易審批、方便運(yùn)輸、儲(chǔ)存、無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)的尿素作為脫硝還原劑。

        豐潤(rùn)熱電公司1、2號(hào)機(jī)組脫硝改造工程是河北省“十二五”燃煤電廠煙氣脫硝限期治理項(xiàng)目。工程采用EPC總承包方式,承包方為中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司。采用尿素法選擇性催化還原(SCR)工藝,2臺(tái)鍋爐共用一個(gè)還原劑儲(chǔ)存、卸載及供應(yīng)系統(tǒng)。1、2號(hào)機(jī)組脫硝系統(tǒng)分別于2013年12月、2014年6月順利通過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行后正式投運(yùn)。

        2 選擇性催化還原法(SCR)脫硝工藝

        2.1 SCR脫硝原理

        向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它還原劑,在催化劑的作用下煙氣中的NOx被氨還原為氮?dú)夂退?。通常選用的還原劑為液氨、氨水、尿素,無(wú)論以何種形式使用氨,均要使氨和煙氣混合,利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。

        2.2 SCR脫硝工藝過(guò)程

        主要由脫硝反應(yīng)器、煙道系統(tǒng)、尿素溶液儲(chǔ)存供應(yīng)及熱解系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)等組成。袋裝尿素儲(chǔ)存于干尿素儲(chǔ)藏間,由人工添加到地埋式溶解罐里,淡水將干尿素溶解成50~60%質(zhì)量濃度的尿素溶液,通過(guò)尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐;尿素溶液經(jīng)由循環(huán)/傳輸裝置、計(jì)量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解室,從鍋爐空氣預(yù)熱器抽取的熱一次風(fēng)經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入電加熱裝置加熱后進(jìn)入熱解室[2]。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解,生成SCR脫硝系統(tǒng)所需的還原劑NH3,分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)(AIG)進(jìn)入煙氣脫硝系統(tǒng)。

        3 脫硝設(shè)計(jì)優(yōu)化

        3.1 脫硝還原劑存儲(chǔ)、制備、供應(yīng)系統(tǒng)

        3.1.1 尿素溶解采用淡水

        在整個(gè)脫硝工藝中,尿素溶液總是處于被加熱狀態(tài)。若尿素的溶解水和稀釋水(一般為工業(yè)水)的硬度過(guò)高,在加熱過(guò)程中水中的鈣、鎂離子析出會(huì)造成脫硝系統(tǒng)的管路結(jié)垢、堵塞。因此,必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。脫硝電廠大部分尿素溶解用水采用除鹽水,豐潤(rùn)熱電公司脫硝尿素溶解用水采用熱網(wǎng)補(bǔ)淡水,從熱網(wǎng)補(bǔ)水泵出口母管接出。表1為尿素溶解用水標(biāo)準(zhǔn)與熱網(wǎng)淡水指標(biāo)對(duì)照,可以看出熱網(wǎng)淡水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于尿素溶解水標(biāo)準(zhǔn),淡水完全可以滿足要求。兩臺(tái)爐溶解尿素用水量約為250KG/h,每年耗水量為2190 t,淡水成本低于除鹽水約5元/噸,每年節(jié)約水耗成本為10950元。

        表1 尿素溶解水標(biāo)準(zhǔn)與淡水指標(biāo)對(duì)比

        在某電廠發(fā)生過(guò)尿素溶液倒流至全廠除鹽水系統(tǒng)造成污染的事故。為避免脫硝系統(tǒng)尿素溶液倒流至全廠制水系統(tǒng),確保主機(jī)用水安全,豐潤(rùn)熱電公司在脫硝用淡水母管接口裝設(shè)了逆止門。

        3.1.2 尿素溶液制備區(qū)實(shí)現(xiàn)零排放

        尿素區(qū)設(shè)置一個(gè)疏水回收罐,回收尿素區(qū)箱罐及管道伴熱疏水,疏水箱兼作沖洗水箱,疏水罐出口設(shè)置兩臺(tái)伴熱疏水回收泵(一用一備)。疏水一路打入尿素溶解罐作為尿素溶解用水回收利用,另一路作為尿素溶液混合泵及高流量循環(huán)泵的沖洗水。實(shí)現(xiàn)了尿素區(qū)伴熱疏水的全部回收。

        尿素區(qū)設(shè)置廢水池,回收泵及尿素溶液管道沖洗水,并配置兩臺(tái)地坑泵(一用一備),廢水泵出口母管設(shè)置取樣管,廢水化驗(yàn)合格時(shí),回收至尿素溶解罐,不合格時(shí)排放至全廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)再利用。

        3.2 沖洗水系統(tǒng)

        每臺(tái)爐的計(jì)量分配模塊配置一套沖洗水系統(tǒng):一個(gè)獨(dú)立水箱及兩臺(tái)MDM沖洗水泵(一用一備),沖洗水來(lái)自脫硝用淡水母管。原設(shè)計(jì)尿素溶液供、回管道沖洗方式為:將一尿素溶液儲(chǔ)罐注滿淡水,通過(guò)高流量循環(huán)泵進(jìn)行尿素溶液管道沖洗。由于兩個(gè)儲(chǔ)罐均處于備用狀態(tài),為方便尿素溶液管道檢修沖洗,在1、2爐MDM小間內(nèi)將MDM分配模塊沖洗水與尿素溶液供回管路連接實(shí)現(xiàn)了尿素供回管道的反沖洗。

        3.3 壓縮空氣系統(tǒng)

        脫硝用氣主要為儀用壓縮空氣、聲波吹灰用壓縮空氣及尿素溶液霧化用壓縮空氣,要求壓力為0.6MPa,機(jī)組現(xiàn)儀用壓縮空氣系統(tǒng)沒(méi)有裕量,且雜用空氣壓力僅為0.4—0.5MPa,無(wú)法滿足脫硝用氣要求。脫硝系統(tǒng)如果設(shè)置單獨(dú)的壓縮空氣系統(tǒng),需配置兩臺(tái)空壓機(jī)(一用一備),且建造單獨(dú)空壓機(jī)廠房,投資較高。為了降低投資,豐潤(rùn)熱電脫硝項(xiàng)目對(duì)原空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。為脫硝改造工程新增空壓機(jī)系統(tǒng)一套,包括空壓機(jī)、組合式干燥機(jī)、儲(chǔ)罐、管道、閥門及相應(yīng)的控制、電氣、保護(hù)等配套設(shè)施,容積流量40Nm3/m in,排氣壓力0.85MPa,控制與監(jiān)視接入現(xiàn)有空壓機(jī)控制系統(tǒng)。安裝位置定在空壓機(jī)房F空壓機(jī)北側(cè),并入機(jī)組空壓機(jī)系統(tǒng)??諌簷C(jī)房無(wú)預(yù)留位置,對(duì)原空壓機(jī)房進(jìn)行了擴(kuò)建。

        如圖1所示新增H空壓機(jī)干燥機(jī)出口并入原G干燥機(jī)出口母管并加隔絕門,H壓縮空氣儲(chǔ)罐出口與原G空壓機(jī)出口連接,正常情況使用H空壓機(jī)為脫硝供氣,H空壓機(jī)檢修時(shí),G空壓機(jī)作為備用。此方案較設(shè)置單獨(dú)的脫硝壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)省了一臺(tái)空壓機(jī),且利用了原廠房擴(kuò)建,節(jié)省了土建費(fèi)用,合計(jì)約60萬(wàn)元。

        3.4 伴熱系統(tǒng)

        由于尿素的溶解過(guò)程是吸熱反應(yīng),其溶解熱高達(dá) -57.8cal/g(負(fù)號(hào)代表吸熱)。也就是說(shuō),當(dāng)1克尿素溶解于 1 克水中,僅尿素溶解,水溫就會(huì)下降57.8℃。不同濃度的尿素水溶液有不同的結(jié)晶溫度,圖2為國(guó)外文獻(xiàn)上記載的尿素溶液濃度與結(jié)晶溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,SCR脫硝工藝用50%質(zhì)量濃度的尿素溶液對(duì)應(yīng)的結(jié)晶溫度是16.7℃[3]。所以,所有尿素溶液的容器和管道必須進(jìn)行伴熱,以防尿素溶解后的再結(jié)晶。在北方寒冷地區(qū)的氣象條件下,該問(wèn)題將會(huì)暴露的更明顯。

        豐潤(rùn)熱電公司脫硝系統(tǒng)以蒸汽作為伴熱源,對(duì)尿素溶解罐、尿素溶液儲(chǔ)罐及尿素溶液輸送管道進(jìn)行伴熱。尿素溶液管道的總熱源為尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)盤管加熱器,當(dāng)冬季尿素溶液儲(chǔ)罐在最高溫度下仍不能保證回流溫度,或者在尿素溶液循環(huán)管不能進(jìn)行循環(huán),尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)盤管加熱器的總熱源作用無(wú)法發(fā)揮時(shí),啟動(dòng)尿素溶液輸送管道蒸汽伴熱系統(tǒng)作為備用手段。為確保汽源的供應(yīng)穩(wěn)定,伴熱蒸汽母管取自1、2號(hào)機(jī)組輔汽聯(lián)箱聯(lián)絡(luò)管。尿素區(qū)設(shè)置疏水箱對(duì)尿素區(qū)的伴熱疏水進(jìn)行回收。1、2號(hào)爐的尿素溶液輸送管道的伴熱疏水經(jīng)疏水器分別回收至1、2號(hào)機(jī)組暖風(fēng)器疏水箱,實(shí)現(xiàn)了伴熱疏水熱能與工質(zhì)的100%回收利用。

        此外,疏水管道從37.6米計(jì)量分配小間內(nèi)沿沖洗水母管布置,作為冬季沖洗水的伴熱,提高了沖洗水溫,確保了沖洗效果。

        3.5 增壓稀釋風(fēng)機(jī)

        噴入鍋爐煙道的氨氣應(yīng)為空氣稀釋后的含5%左右氨氣的混合氣體。豐潤(rùn)熱電公司脫硝尿素?zé)峤獠捎缅仩t熱一次風(fēng),風(fēng)壓為6~8kPa,溫度270-310℃。一次風(fēng)壓隨著機(jī)組負(fù)荷的減小而減小,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在200MW以上時(shí),一次風(fēng)壓可滿足尿素溶液熱解風(fēng)量要求;當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低到200MW以下時(shí),隨著風(fēng)壓降低需要增壓。豐潤(rùn)熱電公司對(duì)原設(shè)計(jì)兩臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了稀釋風(fēng)機(jī)旁路及旁路門,稀釋風(fēng)機(jī)按兩臺(tái)100%容量(一用一備)配置。在高負(fù)荷時(shí)段走旁路,停運(yùn)風(fēng)機(jī)。按照機(jī)組負(fù)荷200MW以上運(yùn)行4000小時(shí)計(jì)算,稀釋風(fēng)機(jī)加裝旁路兩臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)電176000kw.h,經(jīng)濟(jì)效益6萬(wàn)元/年。

        4 結(jié)論

        隨著我國(guó)對(duì)NOX排放濃度的新政策的出臺(tái),SCR法脫硝技術(shù)已經(jīng)被國(guó)內(nèi)大型燃煤電站成功運(yùn)用。豐潤(rùn)熱電公司在脫硝系統(tǒng)改造過(guò)程中本著節(jié)能環(huán)保的宗旨對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列的優(yōu)化。提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性,取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,值得同類機(jī)組借鑒。

        [1] 崔有貴,楊志忠,葉茂.淺述SCR脫硝尿素制氨工藝[J] .東方鍋爐,2010,3:20

        [2] 王穎、王廣慧.河北大唐國(guó)際豐潤(rùn)熱電有限責(zé)任公司1、2號(hào)機(jī)組煙氣脫硝改造工程技術(shù)協(xié)議[Z] .2013年3月:28

        [3] 胡浩毅.以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J] .電力技術(shù),2009,3:24

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