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        湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術(shù)分析

        2016-12-28 14:10:49鄧輝鵬
        綜合智慧能源 2016年10期
        關(guān)鍵詞:煙氣催化劑

        鄧輝鵬

        (中國華電科工集團(tuán)有限公司,北京 100160)

        湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術(shù)分析

        鄧輝鵬

        (中國華電科工集團(tuán)有限公司,北京 100160)

        介紹了湖北華電西塞山發(fā)電有限公司一期(2×330 MW)和二期(2×680 MW)煙氣脫硝工程的系統(tǒng)配置、設(shè)備選型和技術(shù)特點(diǎn),總結(jié)了西塞山電廠在煙氣脫硝系統(tǒng)配置和設(shè)備選型上的經(jīng)驗(yàn),為同類型電廠的脫硝工程設(shè)計(jì)提供了參考。

        煙氣脫硝;選擇性催化還原工藝;流場模擬;平板式催化劑;蜂窩式催化劑

        1 概述

        1.1 工程概況

        湖北華電西塞山發(fā)電有限公司一期工程裝備2×330 MW機(jī)組分別于2004年7月和12月投入商業(yè)運(yùn)行。鍋爐由武漢鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造,配套貧煤四角切圓燃燒鍋爐,鍋爐燃用河南陜西混合貧煤,改造前NOx排放質(zhì)量濃度750 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),改造后NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2)。

        湖北華電西塞山發(fā)電有限公司二期裝備2× 680 MW機(jī)組,其中,#3機(jī)組于2010年12月投入商業(yè)運(yùn)行,鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱技術(shù)設(shè)計(jì)制造的HG2098/26.15-YM3型鍋爐,燃燒系統(tǒng)采用MACT技術(shù)的新型低NOx燃燒器,燃用陜西黃陵煙煤與河南貧煤的混合煤種,改造前NOx排放質(zhì)量濃度為400 mg/m3,改造后需要將NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2)以下。#4機(jī)組為新建機(jī)組,脫硫、脫硝和除塵設(shè)施需同時投運(yùn),投運(yùn)時NOx排放質(zhì)量濃度需保證在100 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2)以下。

        1.2 煙氣條件

        一期機(jī)組省煤器出口煙氣條件見表1。二期機(jī)組省煤器出口煙氣條件見表2。

        表1 一期機(jī)組省煤器出口煙氣條件

        備注φ(H2O)/%6.04標(biāo)態(tài),項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)/BMCR濕基φ(O2)/%3.95標(biāo)態(tài),濕基φ(N2)/%75.39標(biāo)態(tài),濕基φ(CO2)/%14.63標(biāo)態(tài),濕基ω(NOx)/(mg·m-3)750標(biāo)態(tài),干基,6%氧量ω(SO2)/(mg·m-3)5105~6724標(biāo)態(tài),干基,6%氧量ω(煙塵)/(mg·m-3)49.4標(biāo)態(tài),干基,6%氧量ω(SO3)/(mg·m-3)50~68標(biāo)態(tài),干基,6%氧量

        表2 二期機(jī)組省煤器出口煙氣條件

        1.3 性能保證

        1.3.1 一期性能保證

        初裝2層催化劑時,在55%~100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)負(fù)荷范圍內(nèi),SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為750mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),性能考核試驗(yàn)時的脫硝效率不低于90%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前,脫硝效率不低于88%,且NOx排放質(zhì)量濃度不超過100 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),BMCR工況下單臺機(jī)組的液氨耗量260 kg/h,脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

        煙氣脫硝SCR系統(tǒng)的整體阻力不大于920 Pa,安裝備用層催化劑后的脫硝系統(tǒng)阻力不大于1100 Pa,最低連續(xù)噴氨溫度305℃,最高連續(xù)噴氨溫度420℃。

        催化劑的機(jī)械壽命不小于10年,化學(xué)壽命不小于3年(24000 h),在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

        1.3.2 二期性能保證

        初裝2層催化劑時,在鍋爐55%~100%BMCR鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi),SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為400 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),性能考核試驗(yàn)時的脫硝效率不低于83%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前,脫硝效率不低于80%,且NOx排放質(zhì)量濃度不超過100mg/m3,BMCR工況下單臺機(jī)組的液氨耗量275 kg/h,脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

        煙氣脫硝SCR系統(tǒng)的整體阻力不大于820 Pa,安裝備用層催化劑后的脫硝系統(tǒng)阻力不大于1000 Pa,最低連續(xù)噴氨溫度320℃,最高連續(xù)噴氨溫度427℃。

        催化劑的機(jī)械壽命不小于10年,化學(xué)壽命不小于3年(24000h),在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

        2 技術(shù)特點(diǎn)

        2.1 流場模擬

        為模擬脫硝煙道和SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣的流動情況、溫度場分布情況和煙氣組分混合情況,項(xiàng)目采用了數(shù)值流場模擬并結(jié)合1∶10的比例模型實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流動、煙氣內(nèi)組分混合、積灰等流場情況的方式,根據(jù)模擬結(jié)果對煙道和反應(yīng)器設(shè)計(jì)做了適當(dāng)優(yōu)化,并設(shè)置了多組煙氣導(dǎo)流板。

        2.2 催化劑

        湖北西塞山發(fā)電有限公司一期2×330 MW機(jī)組的煙氣脫硝改造煙氣條件較為惡劣(高灰、高硫),煙塵質(zhì)量濃度達(dá)到49.4 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6%O2),對催化劑的抗堵灰能力要求較高,選擇了抗堵灰能力強(qiáng)的平板式催化劑,反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計(jì)為4.6 m/s。

        湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680MW機(jī)組脫硝入口煙塵質(zhì)量濃度為38.8 mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6% O2),脫硝粉塵質(zhì)量濃度小于40mg/m3(標(biāo)態(tài),干基,6% O2),從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮,選擇了18×18孔蜂窩式催化劑,反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計(jì)為5m/s。

        目前,項(xiàng)目投運(yùn)近3年,脫硝系統(tǒng)不僅能夠保證可靠的脫硝效率,也未出現(xiàn)催化劑堵塞或積灰情況。

        2.3 吹灰器

        由于西塞山電廠粉塵的黏性不高,本項(xiàng)目選擇了聲波吹灰器,既避免了蒸汽吹灰對催化劑壽命的影響,也大大減小了檢修操作平臺。至今為止,停機(jī)檢查時發(fā)現(xiàn)催化劑上表面非常干凈,沒有積灰,證明了聲波吹灰器完全能夠滿足西塞山電廠脫硝裝置的吹灰要求。

        2.4 灰斗

        西塞山電廠一期2×330 MW鍋爐尾部是磨煤機(jī)房,沒有預(yù)留脫硝的空間,脫硝反應(yīng)器只能布置在鍋爐的兩側(cè)。由于布置方式特殊,脫硝入口水平煙道長度超過了15 m,垂直煙道18 m,最后通過1個90°彎頭接入反應(yīng)器。由于脫硝入口煙道很長,煙氣粉塵濃度高,為了避免煙道積灰,在脫硝入口垂直煙道下方設(shè)置3個灰斗,灰斗下方設(shè)置星型給料機(jī)和水力沖渣裝置,積灰被沖到電廠撈渣機(jī)內(nèi)。脫硝出口至空預(yù)器入口的煙道也有約30 m長,為避免煙道積灰,在脫硝出口煙道上也設(shè)置了2個灰斗和星型給料機(jī)及水力沖渣裝置,積灰被沖到電廠撈渣機(jī)內(nèi)。至今為止,灰斗和輸灰裝置均運(yùn)行良好,未出現(xiàn)輸灰困難的情況。

        湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680 MW機(jī)組脫硝改造,以原有省煤器出口煙道膨脹節(jié)為分界線,在膨脹節(jié)后接入1段約3.5 m的水平煙道,水平煙道上設(shè)置了噴氨格柵,水平煙道后為1段傾斜煙道和垂直煙道,垂直煙道末端設(shè)置1個彎頭接入反應(yīng)器。由于西塞山二期脫硝入口煙道長度適中,且入口煙道下方為脫硝反應(yīng)器出口煙道,位置緊湊,沒有空間設(shè)置脫硝入口煙道的灰斗,僅在脫硝入口煙道下部設(shè)置了檢修人孔,如果水平煙道上有積灰可以在正常檢修時進(jìn)行清理。

        2.5 氨區(qū)

        液氨儲存、制備系統(tǒng)布置于獨(dú)立的液氨儲存區(qū),統(tǒng)一考慮西塞山電廠4臺機(jī)組的液氨儲存和供應(yīng)需求。氨站的液氨儲存能力為187 t,設(shè)置3臺120 m3液氨儲罐。氨站裝置由液氨卸車、液氨儲罐區(qū)、液氨氣化輸送3個工序組成。氨站裝置采用蒸汽加熱蒸發(fā)方式對脫硝裝置供氣氨,供氨量最大可達(dá)到1200kg/h,滿足4臺爐氨耗量。裝置流程自動化程度高,除卸車時段外其他時段均可實(shí)現(xiàn)無人操作連續(xù)生產(chǎn),設(shè)計(jì)充分考慮了保障裝置連續(xù)安全生產(chǎn)備用措施,3臺液氨儲罐互為備用。為保證連續(xù)不間斷生產(chǎn),液氨蒸發(fā)器采用2開1備,在保證連續(xù)生產(chǎn)的同時可定期對氣氨蒸發(fā)及輸送系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。有可能發(fā)生氣氨泄漏的區(qū)域全部設(shè)置有氨泄漏檢測器,可在發(fā)生泄漏時在第一時間發(fā)出警報(bào)信號。

        2.5.1 液氨儲罐

        氨站設(shè)置3臺臥式液氨儲罐,根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,液氨儲罐屬于3類壓力容器。氨區(qū)儲罐容量按照4臺鍋爐BMCR工況下每天運(yùn)行24 h連續(xù)運(yùn)行7 d的消耗量考慮,每個儲罐公稱容積120 m3,設(shè)備外形尺寸?3200 mm×15400 mm。

        2.5.2 卸氨壓縮機(jī)

        所選用卸氨壓縮機(jī)流量1 m3/min(標(biāo)態(tài)),2臺互為備用,往復(fù)式壓縮機(jī)出口設(shè)安全閥。

        2.5.3 液氨蒸發(fā)器

        氣氨用量1060 kg/h(4臺鍋爐),考慮110%的設(shè)計(jì)裕度,氨供應(yīng)能力按照1200 kg/h設(shè)計(jì)。設(shè)置3臺蒸發(fā)器,每臺按照600 kg/h進(jìn)行選型,2開1備,采用蒸汽加熱。

        2.5.4 氨氣緩沖槽

        設(shè)置3套氨氣緩沖槽(分別對應(yīng)一、二期機(jī)組),2運(yùn)1備。從蒸發(fā)器來的氨氣進(jìn)入氨氣緩沖槽,通過調(diào)壓閥減壓到一定壓力,再通過氨氣輸送管線送到鍋爐側(cè)的脫硝系統(tǒng)。氨氣緩沖槽應(yīng)能為SCR系統(tǒng)穩(wěn)定供應(yīng)氨氣,且能避免蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所帶來的影響,每套緩沖槽設(shè)置有安全閥保護(hù)。

        2.5.5 氨氣稀釋槽

        氨區(qū)應(yīng)設(shè)置1臺氨氣稀釋槽,有槽頂淋水和槽側(cè)進(jìn)水,水槽液位應(yīng)由滿溢流管控制。液氨儲存及供應(yīng)系統(tǒng)各處排出的氨氣由管線匯集,從稀釋槽底部進(jìn)入,通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中,利用大量水來吸收安全閥排放的氨氣。氨氣稀釋槽上方設(shè)氨氣泄露檢測儀,當(dāng)氨泄漏濃度過大時,實(shí)現(xiàn)氨氣稀釋槽內(nèi)的自動加水和排水。

        2.5.6 事故應(yīng)急池

        本項(xiàng)目設(shè)置1個容積500m3的事故應(yīng)急池,儲罐事故泄漏產(chǎn)生的污水排入事故應(yīng)急池。氨區(qū)事故應(yīng)急池中主要污染物為氨水,pH值達(dá)不到三級標(biāo)準(zhǔn)的要求6~9。事故狀態(tài)下首先對應(yīng)事故急池內(nèi)的污水進(jìn)行人工取樣,再采用玻璃電極法測pH值,采用鈉氏試劑比色法或蒸餾滴定法測試氨水濃度,根據(jù)測定的氨水濃度和廢水的總量,投入鹽酸對事故應(yīng)急池內(nèi)的廢水進(jìn)行中和,當(dāng)pH值降至6~9時,再由事故應(yīng)急池泵入廠內(nèi)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

        3 結(jié)束語

        (1)脫硝系統(tǒng)煙氣的混合情況和均勻程度,直接影響脫硝效率和催化劑的壽命,脫硝改造設(shè)計(jì)時一定要根據(jù)數(shù)模和物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化煙道及反應(yīng)器設(shè)計(jì),在彎頭和反應(yīng)器入口等處設(shè)計(jì)煙氣導(dǎo)流板。

        (2)以40 mg/m3的粉塵質(zhì)量濃度為分界點(diǎn),西塞山電廠一期脫硝改造工程選擇了板式催化劑,二期脫硝改造工程選擇了蜂窩式催化劑,均按灰分濃度情況選擇了適應(yīng)項(xiàng)目煙氣特點(diǎn)的催化劑形式。

        (3)根據(jù)電廠粉塵的黏性不高,易于清除的特點(diǎn),西塞山電廠一期和二期脫硝改造工程均選擇了對本項(xiàng)目性價比高的聲波式吹灰器。

        (4)根據(jù)煙道的長度、布置形式和飛灰濃度,西塞山電廠一期脫硝改造工程設(shè)置了SCR反應(yīng)器出入口灰斗,二期脫硝改造工程沒有設(shè)置灰斗。

        (5)根據(jù)西塞山電廠情況設(shè)置了全廠公用的液氨儲存、制備與供應(yīng)系統(tǒng),既降低了成本,也便于電廠的統(tǒng)一管理和維護(hù)。

        (本文責(zé)編:齊琳)

        X 773

        B

        1674-1951(2016)10-0063-03

        鄧輝鵬(1980—),男,湖南郴州人,工程師,從事火力發(fā)電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵工程方面的工作(E-mail:denghp@chec.com.cn)。

        2016-01-07;

        2016-08-23

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