火电厂烟气脱硝烟道尿素直喷热解制氨工艺技术应用论文_李志耀

火电厂烟气脱硝烟道尿素直喷热解制氨工艺技术应用论文_李志耀

(大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂 河北唐山 063028)

【摘要】陡河发电厂6台机组已于2014年6月全部完成了脱硝改造。原脱硝改造依据《火电厂大气污染物排放标准 (GB13223-2011)》中氮氧化物浓度不超过100mg/Nm3的标准,排放值达到 80mg/Nm3以下。根据国家发改委《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》要求,2020年以前,重点地区 NOx 排放浓度执行50mg/Nm3的排放限值。根据《河北省燃煤发电机组超低排放升级改造专项行动实施方案》(冀气领办[2015]37号)要求,陡河发电厂环保设施必须进行升级改造。同时该厂尿素热解制氨工艺所需的电耗较大,与节能降耗的趋势背道而驰,本次改造通过引进烟道尿素直喷制氨工艺,降低脱硝厂用电率。

【关键词】脱硝;尿素热解;高温烟气;烟道直喷

1概述

陡河发电厂#1、2机组已经关停,现役机组为#3-8共六台机组,总装机容量为1300MW。#3、4机组为日立成套进口的250MW亚临界再热式汽轮发电机组,锅炉为B&W 单汽包、亚临界参数、自然循环汽包炉,一次中间再热,前后墙对冲燃烧方式,单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置,最大连续出力850t/h,空预器型式是两分仓回转式。

#5~8机组为哈尔滨电站集团生产的200MW超高压再热式汽轮发电机组,锅炉为单汽包、超高压参数、自然循环汽包炉,一次中间再热,四角切圆燃烧方式,单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置,最大连续出力670t/h,原空预器型式为高温、低温两级管式空气预热器,在脱硝改造时,为满足脱硝系统运行,将其改造为回转式。

#3~8号机组于2012年12月至2014年6月陆续完成了脱硝改造,脱硝系统采用选择性催化还原法(SCR)脱硝装置,以尿素热解产生氨气制备还原剂。整个SCR系统分为两大部分,即SCR反应器、尿素储存和供应系统设备。

尿素热解采用高温空气,首先由稀释风机将空预器出口约300℃二次风增压,然后用电加热器将高温空气加热到约600℃。每台炉设2个SCR反应器,1台热解炉,每台热解炉设3套分配计量装置,3只喷枪。

根据现场实际运行情况来看,现有的脱硝装置存在以下问题:

(1)每台锅炉装有1台热解炉,配3套计量分配模块及尿素喷枪,当出现喷枪堵塞需要消缺时,无法满足机组满负荷运行氮氧化物排放标准。

(2)稀释风机多次出现震动大缺陷,可靠性差。热解系统稀释风取自空预器出口,管道阻力大,稀释风机出口风压值较高,稀释风机转速达2950转/分。另外,由于热风含尘量很大,且风机未做任何防磨处理,造成风机运行一段时间后因为叶轮磨损,风机振动加剧,风壳磨损,造成风机轴承损坏和风壳漏风。

(3)稀释风电加热器耗能较高(单台年均耗电量约250万kWh),且加热管多次出现烧坏,备用加热芯已更换多个,电耗大、运行费用高。

(4)热解炉多次发生结晶问题,造成脱硝系统无法投入运行。

2尿素直喷制氨工艺技术

2.1尿素直喷制氨工艺的基本原理

尿素直喷设置在温度合适的锅炉尾部烟道上,在尿素溶液制备系统中,尿素溶解成45%~55%的尿素溶液,尿素溶液经计量分配装置、多喷嘴组合式喷射器进入锅炉转向室内高温烟气空间,在高温环境下(400~600℃)分解,生成NH3、H2O和CO2,分解产物与烟气在后期的烟道内通过混合手段进行均匀混合,并进入SCR反应器。

2.2尿素直喷制氨工艺的系统介绍

直喷系统由计量和分配装置、冷却风机、多喷嘴组合式喷射器、伸缩机构、稀释水系统组成。尿素溶液由尿素溶液循环母管抽出与稀释水系统共同进入计量分配装置,经混合后分配给每支多喷嘴组合式喷射器、压缩空气进入计量分配装置与稀释尿素溶液经多喷嘴组合式喷射器喷嘴雾化后产生雾气。

2.3工艺特点

(1)与传统尿素热解工艺相比,烟道尿素直喷技术简化了工艺系统,取消了电加热器,大大降低高品质能源消耗,降低了运行成本;取消了热解炉及热风管道,降低了设备投资;消除了尿素分解不完全或低温结晶而导致AIG结晶堵塞的风险。

(2)尿素直喷制氨与烟气混合程度比原热解系统差,需对SCR入口均流装置进行改造,增加涡流混合器,以改善烟气与氨气混合效果,保证混合均匀性。

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3 烟道尿素直喷改造方案

本次超低排放改造保留原尿素热解系统不变,新增加一套尿素烟道直喷系统,增加计量、分配控制装置2套,分别布置在锅炉转向室两侧附近的平台上;在锅炉转向室两侧开孔,各增设3套组合式多喷嘴喷射器(含伸缩机构),共计6套;利用烟气的热量直接将稀释后的尿素溶液热解成氨气,在省煤器出口至SCR反应器入口,增设若干烟气导流、混合装置;增设两台冷却风机,为多喷嘴喷枪提供冷却风。增设两台稀释水泵及一台稀释水箱。

通过烟道尿素直喷技术可解决如下问题:

(1)取消电加热器,减少尿素热解制氨系统的电耗;

(2)取消用于尿素热解的锅炉一次热风的消耗;

(3)简化热解系统,取消原有热解制氨系统的炉区设备(电加热器、热解炉、热风管道系统、AIG设备);

(4)消除尿素分解不完全或低温结晶而导致AIG结晶堵塞的风险。

4烟道尿素直喷系统改造后出现的问题及防范措施

4.1某炉尿素直喷系统乙侧#1直喷喷枪雾化不好造成低温过热器受热面腐蚀。

某炉停炉后检查发现低温过热器受热面腐蚀严重,进一步检查发现,乙侧#1喷枪最内侧朝下的喷嘴雾化不好。将喷枪头拆下后发现尿素溶液漏入雾化空气通道并在通道内结晶,堵塞雾化空气通道,尿素溶液失去雾化,直接滴落在低温过热器受热面上,造成低温过热器受热面腐蚀。

采取的防范措施:

(1)定期倒换喷枪,每次喷枪倒换前后,均进行喷枪雾化试验,雾化不好的,及时进行处理。

(2)定期抄表并进行数据分析。正常情况下,雾化空气压力与流量应当匹配,若雾化空气流量下降(或压力升高),说明雾化空气管路有堵塞现象,应倒换喷枪进行检查。

4.2冬季,停备机组尿素管道及稀释水管道冻结

北方地区冬季气温低,机组停运后,脱硝系统尿素溶液管道、稀释水管道、冲洗水管道以及喷枪内积存的液体无法排除干净,极易造成积液冻结,影响脱硝系统的备用。某炉启动过程中,在脱硝系统投入时发现直喷系统甲侧稀释水管道冻结(脱硝小间外3-5米处),乙侧#1、 #3喷枪电机后部冻结。为解决这一问题,加装了喷枪及管道压缩管道吹扫装置,机组停运脱硝系统退出喷枪冲洗结束后,利用压缩空气将管道内的积液吹扫干净。

4.3压缩空气系统母管过滤器堵

某日,某炉脱硝直喷系统,甲侧#3喷枪由于雾化空气流量低跳枪,在投入备用喷枪,开备用喷枪压缩空气电动门过程中,雾化空气流量低造成所有喷枪跳,运行人员立即投入热解炉系统运行,经检查确认,压缩空气滤网堵。在做好安全措施后,检修人员将滤网拆下,发现堵有大量铁锈。为解决这一问题,加装了一组压缩空气过滤器,一组运行一组备用,定期倒换清理。

5尿素烟道直喷系统改造后经济效益分析

原#3、4炉单台机组脱硝电加热器功率为450kw/炉,#5~8炉单台机组脱硝电加热器功率为550kw/炉。采用尿素烟道直喷系统,利用锅炉本体内自身的高温烟气热量替换热解炉用于尿素热解,带来了非常可观的节能效果。同时,解决了稀释风机磨损、出力不足、可靠性差等问题。

改造后达到了预期的效果:

(1)单台锅炉减少尿素热解系统电耗约250万kWh;

(2)单台锅炉减少尿素热解系统热风耗量约2500m3/h;

(3)提高了脱硝设施运行可靠性,改造后未发生脱硝设施故障造成的氮氧化物超标问题。

6结束语

采用烟道尿素直喷热解制氨工艺,减少了热源加热器和绝热分解室,降低了前期设备投资,同时减少了电能消耗以及热风消耗,可有效降低脱硝运行费用,达到良好的经济效益和社会效益,且设备运行稳定,可靠性高,各项指标均满足排放标准。

参考文献:

河北能源工程设计有限公司.陡河发电厂3-8号燃煤机组脱硝改造可行性研究报告.2015

论文作者:李志耀

论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期

论文发表时间:2018/10/19

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