燃煤电厂烟气超低排放中的脱硝设计优化探讨
作者:jnscsh 时间:2021-06-29 08:51:39 浏览次数:次
工作方案》(环发[2015]164号文),推动《行动计划》“提速扩围”:到2020年,全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放(即在基准氧含量6%条件下,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/Nm3)。全国有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平,加快现役燃煤发电机组超低排放改造步伐,将东部地区原计划2020年前完成的超低排放改造任务提前至2017年前总体完成;将对东部地区的要求逐步扩展至全国有条件地区,其中中部地区力争在2018年前基本完成,西部地区在2020年前完成。
为了满足日益严格的环保排放要求,大型燃煤电厂烟气脱硝系统90%以上采用的是选择性催化还原法(SCR),还原剂则根据当地部门的要求,选择液氨、尿素或者氨水。
目前,常见脱硫系统的方案是:稀释分系统采用的是独立的系统,SCR反应装置是作为一个设备安装在锅炉钢架上,并没有将脱硝与电站主体系统相结合,给系统运行安全带来了一定的安全隐患,同时也在一定程度上提高了工程造价,不利于系统节能。以下就结合电站主体系统,对稀释风系统设置、SCR装置膨胀设计以及尿素制备还原剂等方面,进行系统优化。
1 稀释风系统优化
目前,SCR脱硝技术的稀释风均采用独立的稀释风机提供(见图1),这种配置方案的优点是脱硝系统运行与电厂主体设备独立运行,但由于设置了独立的稀释风机,造成系统复杂,耗电量大,且投资也高些。同时由于稀释风机一般布置在SCR钢结构上,其运行时的振动对SCR的安全造成一定的影响;增加了的噪音源,对周边环境造成一定的影响。
<E:\123\中小企业管理与科技·上旬刊201701\1-197\115-1.jpg>
图1
<E:\123\中小企业管理与科技·上旬刊201701\1-197\115-2.jpg>
图2
由于脱销稀释风量大约为锅炉送风机或者一次风机风量的1.2%~1.5%,且锅炉一次风机的压头一般宜能满足稀释风的需要。优化方案建议取消稀释风机,在锅炉送风机或一次风机出口风道引一路风道至氨/空混合器入口,稀释风由锅炉本体送风机或一次风机提供。为了防止锅炉启动时确保颗粒物不进入氨喷射格栅(AIG),需要引入一路压缩空气,在引风机启动后且送风机启动前,氨/空混合器喷嘴有空气喷出。优化后的系统图见图2。
2 SCR装置膨胀指示器的设置
众所周知,锅炉启动过程中,影响设备安全的主要有整体系统的膨胀以及锅炉密封等,故在锅炉本体多个位置设置了膨胀指示器,在锅炉启动时,要对锅炉的膨胀进行跟踪监测,只有锅炉整体膨胀按照预先设计好的方向及位移量进行,才能保证锅炉本体的设备安全。
在设计过程中,SCR反应器是作为一个独立装置进行设置的,而它实际上与省煤器或空气预热器一样,是锅炉本体的一部分。SCR反应器的工作温度在300~420℃之间,也是和锅炉本体一样由冷态逐渐加热、升温。此外,由于SCR反应器内部装有催化剂,烟气温升速度也会对催化剂的活性和寿命产生一定影响(例如某催化剂要求:反应器入口温度在≤70℃、70~150℃和≥150℃时,烟气温升速度要求≤5℃/min、≤10℃/min和≤20℃/min),因此,对SCR膨胀的检测与锅炉本体其他部件一样重要。
建议在每个SCR反应器的底部和顶部的四角,分别设置一个膨胀指示器。在锅炉启动过程中,将SCR反应器的膨胀纳入锅炉本体的膨胀检测体系中,确保包括SCR反应器在内的锅炉各部分设备安全。
3 尿素转化氨气的方式
脱硝还原剂绝大部分采用液氨、尿素,由于液氨运输、储存和使用过程中,存在较大的安全隐患,在有关部门批复的安评文件中,要求脱硝还原剂采用尿素。
2014年之前,尿素制氨基本上都是采用的尿素热解,即浓度为40%~50%尿素溶液喷入电热解容器中,将容器出口温度维持在350℃左右,将尿素制成氨气,同时保证氨气不再结晶。该方案能耗较高,200MW机组配置电热解容器的电耗量为800kW左右,运行电耗在0.3%左右,同时电热容器内氨水喷枪以及在氨气输送管路上极易出现结晶现场,对系统的安全运行产生一定的影响。
尿素催化水解技术是一种新型制氨技术,它是利用电厂低品质蒸汽(压力1.0MPa,温度200℃)在低温下采用电厂蒸汽将尿素溶液分解生成氨气混合气,由于使用了少量催化剂,其反应速度快,响应时间小于1min,能够适应锅炉负荷波动的需要,不会出现环保排放事故,同时能耗水平大幅度降低,运行成本为尿素热解技术的14%左右。
随着国家环保政策、节能要求越来越高,尤其是在电站锅炉烟气采用超低排放后,对系统配置、运行的要求越来越高,单一从有一个设备、一个点可优化量越来越艰难,建议把脱硝系统纳入主体系统,其共用的气、汽、电、水等作为一个整体去系统优化,方能进一步满足日益严格的环保排放安全、设备运行安全、节能增效等要求。
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