張志良，劉富強(qiáng)，王海濤

（1.五凌電力貴州黔東電力有限公司，貴州 黔東南 557702；2.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004； 3.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 概述

液氨屬于易燃易爆危險(xiǎn)品，10 t以上儲(chǔ)存量即為“重大危險(xiǎn)源”，黔東電廠2×600 MW機(jī)組液氨儲(chǔ)存區(qū)配置3臺(tái)150 m3的儲(chǔ)罐，屬于“重大危險(xiǎn)源”，需要與地方安監(jiān)部門聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，必須有嚴(yán)格的安全保障和防火措施，其運(yùn)輸、存儲(chǔ)涉及到國家和當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)及勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行維護(hù)成本高。尿素則是無毒、無害的化學(xué)品，是農(nóng)業(yè)常用的肥料，無爆炸可能性，完全沒有危險(xiǎn)性，出于尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中無需安全及危險(xiǎn)性的考量，對(duì)環(huán)境無害，以及不需任何的緊急措施來確保安全，更加適用于燃煤電站煙氣脫硝工程，根據(jù)DL/T 5480-2013《火力發(fā)電廠煙氣脫硝設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中1.0.8：位于大中城市及近郊區(qū)的電廠，宜選擇尿素作為還原劑。近年來液氨泄漏事故時(shí)有發(fā)生，鑒于目前安全要求日趨嚴(yán)格的背景下以及國家電投火電〔2016〕201號(hào)《國家電力投資集團(tuán)公司火電工程設(shè)計(jì)優(yōu)化指導(dǎo)意見》要求新建電廠脫硝選擇尿素作為還原劑，脫硝系統(tǒng)采用尿素制氨已成為環(huán)保趨勢(shì)。為響應(yīng)集團(tuán)公司號(hào)召，黔東電廠以超低排改造為契機(jī)將脫硝液氨改為尿素?zé)峤夤に囍瓢薄?/p>

2 尿素制氨工藝路線的選擇

由于早期尿素?zé)峤夤に嚹芎母撸C(jī)組負(fù)荷50%以下需投入電加熱運(yùn)行），故對(duì)熱解工藝選擇較少。近幾年隨著尿素制氨工藝的不斷更新?lián)Q代，能耗和安全性也有所提高，調(diào)研和走訪以尿素?zé)峤夤に囍瓢钡男袠I(yè)和電廠，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性、效益性、操作便利性和改進(jìn)性等方面開展了專題調(diào)研，結(jié)合我廠實(shí)際情況，通過調(diào)取近1年機(jī)組啟停機(jī)鍋爐煙氣溫度曲線和SCR投運(yùn)條件等多項(xiàng)重要參數(shù)反復(fù)驗(yàn)證，編制了專項(xiàng)報(bào)告，首次提出“液氨改尿素?zé)峤忭?xiàng)目采用冷風(fēng)+爐內(nèi)煙氣加熱器不設(shè)電加熱器輔助加熱的方式”能滿足機(jī)組自并網(wǎng)至滿負(fù)荷全程投入脫硝的全新技術(shù)路線。

3 項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)創(chuàng)新及特點(diǎn)

本次液氨改尿素?zé)峤夤に囍瓢表?xiàng)目中共有3個(gè)技術(shù)創(chuàng)新和特點(diǎn)：

（1）首次創(chuàng)新性提出“液氨改尿素?zé)峤夤に囍瓢表?xiàng)目采用冷風(fēng)+爐內(nèi)煙氣加熱器不設(shè)電加熱器輔助加熱的方式”，能滿足機(jī)組自并網(wǎng)前半小時(shí)至滿負(fù)荷全程投入脫硝的全新技術(shù)路線。

普通熱解工藝是機(jī)組負(fù)荷在并網(wǎng)初期和300 MW以下需投入電加熱器對(duì)稀釋風(fēng)進(jìn)行輔助加熱，以滿足尿素?zé)峤馑璧臒崃?。按我廠風(fēng)量計(jì)算電加熱器容量至少需配置2 200 KW，電耗非常高。創(chuàng)新特點(diǎn)是通過對(duì)機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)時(shí)煙氣溫度等多項(xiàng)參數(shù)和設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造反復(fù)研究、論證，最終確定將爐內(nèi)加熱器懸吊布置在鍋爐水平煙道內(nèi)，冷熱風(fēng)集箱全部布置在爐內(nèi)，提高換熱效率，減少熱量損失。與普通熱解工藝相比具有系統(tǒng)布置簡單、設(shè)備投入量少、運(yùn)行維護(hù)簡便、故障率低、運(yùn)行成本更低等特點(diǎn)，在國內(nèi)600 MW及以上W型火焰鍋爐機(jī)組屬首臺(tái)。

（2）首次創(chuàng)新性提出我廠尿素溶液分解氨氣使用的熱解爐為單爐體設(shè)計(jì)，最大制氨量高達(dá)640 kg/h。

目前普通制造工藝普遍設(shè)計(jì)單爐體最大制氨量480 kg/h的能力。按照我廠消耗氨氣量需求，單臺(tái)機(jī)組需配置2臺(tái)熱解爐才能滿足要求。創(chuàng)新特點(diǎn)是與熱解爐廠家充分論證和建模對(duì)比，為了杜絕稀釋風(fēng)流速高可能會(huì)出現(xiàn)尿素溶液分解不完全，最終造成尿素結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，在熱解爐上采用了一些特殊設(shè)計(jì)，調(diào)整熱解爐入口旋流分布器的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)熱解爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)度；同時(shí)增加尿素溶液在爐內(nèi)停留時(shí)間，通過增加噴槍至熱解爐出口法蘭之間的高度，以保證停留時(shí)間不低于8 s。優(yōu)化高、低負(fù)荷區(qū)間噴槍投退邏輯，提高噴尿素精度。目前我廠投用的熱解爐為單臺(tái)制氨量最大、熱解爐尺寸最大、噴槍數(shù)量最多，在國內(nèi)600 MW及以上W型火焰鍋爐機(jī)組屬首臺(tái)。

（3）尿素?zé)峤忭?xiàng)目原計(jì)劃4月1日開工建設(shè)，6月15日并網(wǎng)發(fā)電，總建設(shè)工期75 d。

因特殊情況4月20日才開工，從開工到6月19日并網(wǎng)發(fā)電，整個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備供貨到投產(chǎn)只用了60 d，大家群策群力，采取多項(xiàng)有力措施，將時(shí)間追回，保證了項(xiàng)目如期投運(yùn)，工期在行業(yè)內(nèi)建設(shè)同類型600 MW級(jí)項(xiàng)目用時(shí)最短。

4 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)

（1）尿素儲(chǔ)存系統(tǒng)

袋裝尿素由汽車運(yùn)輸?shù)綇S尿素站。尿素站應(yīng)設(shè)置1個(gè)尿素儲(chǔ)存區(qū)，用于堆放袋裝尿素，儲(chǔ)量按2臺(tái)機(jī)組BMCR工況下3 d所需設(shè)計(jì)。

（2）尿素溶解罐

設(shè)置2個(gè)尿素溶解罐，采用地下式，將尿素拆包后輸送到溶解罐，溶解罐用于制備尿素溶液和精確配置其濃度，每天配置2罐即可滿足2臺(tái)機(jī)組1 d消耗總量，材料采用304不銹鋼。溶解罐中裝有盤管式加熱器，當(dāng)罐中溶液溫度低時(shí)，開啟加熱蒸汽進(jìn)行加熱，防止結(jié)晶。每個(gè)尿素溶解罐上設(shè)置1臺(tái)攪拌器，作用是使尿素更好地溶解混合、防止顆粒沉淀。

溶解罐上裝有水流量控制系統(tǒng)、排風(fēng)扇、密度計(jì)。尿素溶解罐設(shè)有人孔、顆粒尿素進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口、溶解水進(jìn)口、循環(huán)回流口、尿素溶液出口、呼吸管及熱排風(fēng)機(jī)、溢流管、排污管、攪拌器、液位、溫度測(cè)量等設(shè)施。

（3）尿素溶液輸送泵

設(shè)置2臺(tái)尿素溶液輸送泵，將溶解罐中的尿素溶液輸送至尿素溶液儲(chǔ)罐；尿素溶液輸送泵入口加裝過濾裝置，泵出口設(shè)置反沖洗水，泵停運(yùn)時(shí)立即啟動(dòng)沖洗水沖洗管道、泵和閥門等，防止殘留尿素溶液結(jié)晶堵塞管道泵、閥門。

（4）尿素溶液儲(chǔ)罐

設(shè)置2個(gè)尿素溶液儲(chǔ)罐，尿素溶液經(jīng)由尿素溶液輸送泵進(jìn)入尿素溶液儲(chǔ)罐。尿素溶液儲(chǔ)罐滿足2臺(tái)機(jī)組BMCR工況下3 d所需用量（50%尿素溶液）要求。儲(chǔ)罐采用304不銹鋼制造。儲(chǔ)罐為立式平底結(jié)構(gòu)，裝有液面、溫度顯示儀、人孔、梯子、通風(fēng)孔及蒸汽加熱裝置（保證溶液溫度高于結(jié)晶溫度5℃）等。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)，露天放置。設(shè)置尿素溶液加熱盤管，尿素溶液管道需要用蒸汽進(jìn)行伴熱和保溫。

（5）尿素溶液循環(huán)泵

設(shè)置3臺(tái)尿素溶液循環(huán)泵，采用多級(jí)變頻離心泵，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)1臺(tái)尿素?zé)峤馄?，單元制設(shè)置，2運(yùn)1備。容量按照鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行需要的尿素溶液量設(shè)計(jì)。尿素溶液供液泵過流部件材質(zhì)為304不銹鋼、機(jī)械密封，入口加裝過濾器。管道、閥門等與尿素接觸的設(shè)備的材料均為304不銹鋼。

（6）尿素?zé)峤庀到y(tǒng)

尿素?zé)峤庀到y(tǒng)包括尿素?zé)峤鉅t、計(jì)量模塊、相應(yīng)的管道閥門等。

熱解系統(tǒng)是一個(gè)由鋼結(jié)構(gòu)底座、熱解爐、工藝管道、電氣控制柜、儀表閥門、安全閥等組成的撬裝設(shè)備，具體如下：

1）熱解爐

一個(gè)完整的熱解爐系統(tǒng)由出入口連接法蘭、外部保溫、電加熱裝置和溫度控制以及氨/空氣混合物的流量、壓力以及溫度的控制和過程指示等組成。

2）計(jì)量和分配裝置

尿素溶液的計(jì)量和分配裝置能精確地測(cè)量和控制輸送到熱解爐的尿素溶液流量，以精確計(jì)量和分配控制輸送到每臺(tái)熱解爐的每一個(gè)噴射器的尿素流量、霧化和冷卻空氣的壓力和流量。

3）尿素溶液噴射器（噴槍）

熱解爐噴射組件（噴槍）設(shè)計(jì)安裝在熱解爐上，布置在熱解爐的周圍，經(jīng)過計(jì)量和分配裝置的尿素溶液由噴射器噴入熱解爐。

4）主要的工藝管道

包括：蒸汽加熱管道、尿素溶液管道、產(chǎn)品氣（即氨蒸汽）管道、除鹽水沖洗管道、表面排污管道、底部排污管道、安全泄放管道等。

濃度約40%～60%的尿素溶液經(jīng)噴槍霧化后噴入分解室，在500℃～600℃的高溫?zé)犸L(fēng)條件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。

設(shè)置2臺(tái)熱解爐，每臺(tái)熱解爐供1臺(tái)機(jī)組用。單臺(tái)熱解器制氨能力為640 kg/h。

5）加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng)

加熱蒸汽來自尿素區(qū)旁綜合管架蒸汽主管，用于溶解罐、尿素溶液儲(chǔ)罐加熱。蒸汽經(jīng)溶解罐、儲(chǔ)罐加熱后冷凝的疏水，由各疏水管道收集到疏水箱，用作配制尿素溶液、沖洗尿素溶液管道、尿素溶液管道伴熱等。

6）伴熱系統(tǒng)

各尿素溶液管道均設(shè)置有伴熱系統(tǒng)，防止其內(nèi)溫度降低帶來結(jié)晶危險(xiǎn)。

7）其它輔助系統(tǒng)

沖洗系統(tǒng)

尿素溶液輸送泵、給料泵在停運(yùn)后均應(yīng)進(jìn)行沖洗，消除結(jié)晶，防止堵塞管道、閥門等。沖洗水由疏水泵從疏水箱提供，設(shè)1個(gè)疏水箱，2臺(tái)疏水泵（1運(yùn)1備）。

除鹽水系統(tǒng)

從廠區(qū)除鹽水母管處引入除鹽水，用作溶解罐、儲(chǔ)罐、疏水箱的補(bǔ)水及尿素溶液輸送泵、給料泵的沖洗，在尿素制氨車間設(shè)置有1個(gè)除鹽水小總門。

廢水系統(tǒng)

尿素制備區(qū)設(shè)1個(gè)廢水坑，箱罐排放采用管道收集至地坑。設(shè)置2臺(tái)廢水泵（1運(yùn)1備）。

5 設(shè)備投運(yùn)后情況分析

黔東電廠液氨改尿素?zé)峤忭?xiàng)目自2021年06月19日首次投運(yùn)至今，運(yùn)行已滿1年，2臺(tái)機(jī)組經(jīng)歷30余次啟機(jī)，每次都能滿足并網(wǎng)前0.5 h即投運(yùn)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，幾乎無增加運(yùn)行人員操作量，也未發(fā)生設(shè)備損壞和異常事件。

采用冷風(fēng)+爐內(nèi)煙氣加熱器輔助加熱的全新熱解技術(shù)路線，由于取消了電加熱器在機(jī)組啟動(dòng)初期和300 MW負(fù)荷以下運(yùn)行，每年2臺(tái)機(jī)組節(jié)省電費(fèi)近150萬元。采用全新設(shè)計(jì)的尿素?zé)峤鉅t，制氨效率較普通尿素?zé)峤鉅t提升2.7%，尿素單耗降低0.27 g/kW·h，年節(jié)約費(fèi)用約324萬元。采用全新工藝的熱解系統(tǒng)減少了大型電加熱器、變壓器、開關(guān)、電纜、DCS增加點(diǎn)數(shù)等設(shè)備，2臺(tái)機(jī)組減少投資成本200余萬元（材料量估算）；同時(shí)減少了設(shè)備維護(hù)工作量和備品備件費(fèi)用。采用全新熱解工藝增加的爐內(nèi)煙氣加熱器、熱解爐等主設(shè)備多為純機(jī)械設(shè)備，煙氣加熱器只需與鍋爐4管防磨防爆一起開展檢查，熱解爐每次機(jī)組啟動(dòng)前檢查噴槍霧化效果即可，無須設(shè)置單獨(dú)大、小修計(jì)劃，節(jié)省檢修成本。

6 總結(jié)

黔東電廠液氨改尿素?zé)峤夤に囍瓢表?xiàng)目自2021年06月19日首次并網(wǎng)發(fā)電，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)所有設(shè)備一次投運(yùn)成功；06月23日機(jī)組滿負(fù)荷連續(xù)出力運(yùn)行，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，參數(shù)優(yōu)良，滿足機(jī)組并網(wǎng)前0.5 h到滿負(fù)荷區(qū)間的尿素制氨要求；2022年3月份經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)性能試驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)良，完全滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，改造非常成功，創(chuàng)造了精品工程，在其他電廠有同類型新建或改造尿素?zé)峤庵瓢表?xiàng)目可進(jìn)行大范圍推廣和應(yīng)用。