劉文星 楊青山

（1.廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223；2.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東 廣州 510600）

0 引言

目前，脫硝裝置已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)火電機(jī)組必備的環(huán)保設(shè)施，其中選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置應(yīng)用最為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是具有良好的選擇性，穩(wěn)定性強(qiáng)，脫硝效率高[1]。該裝置常規(guī)安裝在鍋爐省煤器出口至空氣預(yù)熱器入口的煙道之間，其技術(shù)原理是在適當(dāng)溫度下（一般要求為280～400℃），還原劑（如NH3）通過(guò)催化劑層把NOx催化氧化為氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。

其中，以液氨為還原劑的脫硝裝置設(shè)計(jì)中，空氣被電廠普遍采用作為氨與空氣混合系統(tǒng)中的稀釋風(fēng)來(lái)源，也有報(bào)道優(yōu)化后改用冷一次風(fēng)作為稀釋風(fēng)[2]，空氣的優(yōu)點(diǎn)為可就地取風(fēng)，且對(duì)稀釋風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)要求低，缺點(diǎn)是空氣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于脫硝反應(yīng)器內(nèi)的煙氣溫度，由此會(huì)造成鍋爐熱量的損失和脫硝系統(tǒng)的溫降，同時(shí)，空氣的摻入增加了鍋爐系統(tǒng)煙氣量，給后續(xù)各煙氣處理設(shè)備增加了負(fù)擔(dān)。因此，稀釋風(fēng)采用空氣對(duì)整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)而言不利于節(jié)能減排。

本文以廣東省某實(shí)現(xiàn)超低排放的常規(guī)300MW燃煤機(jī)組電廠煙氣處理系統(tǒng)工藝流程為例，借鑒以尿素作為還原劑的脫硝裝置優(yōu)化改造理念[3-4]，提出以煙氣回用方式作為脫硝稀釋風(fēng)的優(yōu)化改造方案，同時(shí)根據(jù)改造后的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算分析，用以論證節(jié)能效果，希望能為火電廠節(jié)能減排工作的開展做出一定貢獻(xiàn)。

1 脫硝稀釋風(fēng)改造設(shè)想

以液氨作為脫硝裝置的氮氧化物還原劑，首先需要考慮的是液氨使用的安全性問(wèn)題。在化學(xué)特性方面，純氨氣因遇熱、明火難以點(diǎn)燃而危險(xiǎn)性較低，但氨和空氣混合物達(dá)到一定濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸，如有油類或其他可燃性物質(zhì)存在，則危險(xiǎn)性更高。氨的燃點(diǎn)是651℃，通常不易燃燒，當(dāng)其被加熱到651℃以上時(shí)會(huì)立刻燃燒。由此可見，氨氣在一定溫度以下，沒(méi)有達(dá)到爆炸濃度限值，且不遇明火的條件下不會(huì)發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，如果選用鍋爐尾部煙氣作為稀釋風(fēng)，能夠滿足機(jī)組運(yùn)行的安全要求。

某實(shí)現(xiàn)超低排放的常規(guī)300MW燃煤機(jī)組電廠煙氣處理設(shè)施工藝流程為：鍋爐燃燒煙氣經(jīng)省煤器初次降溫后（約350℃）進(jìn)入脫硝裝置（SCR），脫硝后煙氣進(jìn)入空預(yù)器二次降溫（約130℃），然后進(jìn)入靜電除塵器除塵，再經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器（GGH）三次降溫，而后依次經(jīng)脫硫塔、濕式電除塵器和GGH升溫，最后由煙囪排放（約80℃）。該電廠脫硝稀釋風(fēng)由稀釋風(fēng)機(jī)就地抽取空氣作為風(fēng)源，空氣送入氨—空氣混合器中與供氨系統(tǒng)提供的氨氣混合后進(jìn)入SCR前煙道。

本文結(jié)合該電廠各流程處煙氣參數(shù)，將稀釋風(fēng)按如下方案進(jìn)行優(yōu)化改造（圖1），方案按照不同流程處煙氣特點(diǎn)的不同分為兩種：

圖1 稀釋風(fēng)機(jī)取風(fēng)布置圖

（1）方案1：中溫高硫型，即直接取引風(fēng)機(jī)后、GGH前的煙氣作為脫硝稀釋風(fēng)。

（2）方案2：低溫型，即直接取GGH后凈煙氣作為脫硝稀釋風(fēng)。

2 改造方案對(duì)比

上述稀釋風(fēng)優(yōu)化改造方案與空氣作為稀釋風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 改造方案對(duì)比分析

由表1可以看出，改造設(shè)想的兩種方案，通過(guò)煙氣回用可以起到較好的節(jié)能降耗效果。其中，方案1因所取用煙氣處于引風(fēng)機(jī)出口處，具有較高壓頭，可取消現(xiàn)有稀釋風(fēng)機(jī)或?qū)⑵渥鳛閭溆蔑L(fēng)源，最具節(jié)能降耗潛質(zhì)。

此外，對(duì)于方案1，因作為稀釋風(fēng)的煙氣中SO2含量高，在溫度低于200℃時(shí)，其與氨氣混合后易生成硫酸銨或硫酸氫銨，存在堵塞噴氨格柵的風(fēng)險(xiǎn)。為消除該風(fēng)險(xiǎn)，可通過(guò)對(duì)進(jìn)入混合器前的稀釋風(fēng)再加熱或混入一定量熱一次風(fēng)來(lái)提高風(fēng)溫，再加熱的方式則可選擇與空預(yù)器前端高溫?zé)煔鈸Q熱或電加熱等方式。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

取該電廠在不同季節(jié)、不同負(fù)荷下相關(guān)運(yùn)行參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)，對(duì)比改造前（稀釋風(fēng)來(lái)源空氣）和按方案1改造后（稀釋風(fēng)來(lái)源煙氣）煙氣參數(shù)的變化，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

其中，溫度、壓力、煙氣量等主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取自電廠煙氣在線監(jiān)控系統(tǒng)（DCS），并假設(shè)改造前后各數(shù)據(jù)不變，其他計(jì)算數(shù)據(jù)按理想氣體狀態(tài)，根據(jù)克拉伯龍方程及熱力學(xué)定律，以DCS凈煙氣參數(shù)為基礎(chǔ)反向計(jì)算得到；計(jì)算過(guò)程中因沒(méi)有實(shí)際煙氣的熱力學(xué)定壓熱容參數(shù)，該數(shù)值按空氣參數(shù)選定。

從表2中計(jì)算結(jié)果可以看出，負(fù)荷為180MW時(shí)，改造前冬季，SCR前煙溫因摻入空氣下降3.2℃，煙氣量增加1.14%；改造前夏季，SCR前煙溫因摻入空氣下降3℃，煙氣量增加1.1%；改造后夏季，SCR前煙溫因摻入熱煙氣僅下降1.7℃，煙氣量增加0.87%，但此時(shí)引風(fēng)機(jī)后續(xù)設(shè)備風(fēng)量無(wú)增加。負(fù)荷為300MW時(shí)，改造前冬季，SCR前煙溫因摻入空氣下降2.8℃，煙氣量增加0.85%；改造前夏季，SCR前煙溫因摻入空氣下降2.6℃，煙氣量增加0.83%；改造后夏季，SCR前煙溫因摻入熱煙氣僅下降1.3℃，煙氣量增加0.61%，同樣引風(fēng)機(jī)后續(xù)設(shè)備風(fēng)量無(wú)增加。如按照引風(fēng)機(jī)后脫硫塔入口設(shè)計(jì)風(fēng)量100萬(wàn)Nm3/h計(jì)算，扣除稀釋風(fēng)機(jī)采用空氣時(shí)給系統(tǒng)增加的風(fēng)量，則改造后相比改造前，實(shí)際自SCR后的系統(tǒng)風(fēng)量減少約0.55%。

表2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算

由上可見，當(dāng)采用空氣作為稀釋風(fēng)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷越低或空氣溫度越低，稀釋風(fēng)對(duì)SCR的溫降影響越大，而利用熱煙氣回用進(jìn)行稀釋風(fēng)改造，能夠減少SCR溫降達(dá)1.3℃。如果把減少的溫降計(jì)入空預(yù)器吸熱溫度，即假設(shè)改造前后排煙溫度下降1.3℃，則改造后能夠提高鍋爐效率約0.05%。

此外，從表中計(jì)算結(jié)果還可以看出，改造前后SCR前煙氣氧含量和凈煙氣NOx濃度變化非常小，改造方案對(duì)SCR性能和污染物排放指標(biāo)的影響可以忽略，但實(shí)際因改造后SCR溫度提高、煙氣量降低，有利于煙氣處理設(shè)施性能的提高以及污染物排放濃度的降低。在設(shè)備能耗方面，改造后除可節(jié)省原有稀釋風(fēng)機(jī)電耗外，因流經(jīng)SCR及后續(xù)設(shè)備的煙氣量降低，每臺(tái)引風(fēng)機(jī)電耗同比也會(huì)降低至少1A，二者合計(jì)可節(jié)約電耗約40kW·h/h。

4 結(jié)論

本文通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算和對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于300MW機(jī)組，當(dāng)采用空氣作為稀釋風(fēng)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷越低或空氣溫度越低，稀釋風(fēng)對(duì)SCR的溫降影響越大。利用經(jīng)脫硝、除塵后的引風(fēng)機(jī)出口段熱煙氣回用作為脫硝反應(yīng)器稀釋風(fēng)具有可行性，且改造后夏季時(shí)SCR前煙氣量可降低0.22%，自SCR后實(shí)際系統(tǒng)總風(fēng)量可減少0.55%；改造方案能夠提高SCR系統(tǒng)溫度1.3℃，有利于提升煙氣處理設(shè)施性能，鍋爐效率可提高約0.05%。此外，改造后可停用原有稀釋風(fēng)機(jī)，同步降低引風(fēng)機(jī)出力，二者合計(jì)可節(jié)約電耗約40kW·h/h。