燃煤電站SCR煙氣脫硝還原劑尿素?zé)峤鉄嵩吹倪x擇

段傳和，谷小兵

(中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司，北京 100097)

燃煤電站SCR煙氣脫硝還原劑尿素?zé)峤鉄嵩吹倪x擇

段傳和，谷小兵

(中國(guó)大唐集團(tuán)科技工程有限公司，北京 100097)

介紹了燃煤電站SCR尿素?zé)峤夤に嚕Y(jié)合當(dāng)前燃料價(jià)格，通過(guò)工程案例計(jì)算，對(duì)比了各種尿素?zé)峤鉄嵩吹倪\(yùn)行費(fèi)用。計(jì)算結(jié)果表明，高溫蒸汽加熱方案的運(yùn)行費(fèi)用最省，但在實(shí)際應(yīng)用中受到相關(guān)條件的限制;在一定條件下，燃?xì)饧訜崤c電加熱方案是工程的優(yōu)選技術(shù)方案。

SCR;尿素;熱解;熱源

1 SCR煙氣脫硝技術(shù)基本原理

選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)［1－2］是目前應(yīng)用于燃煤電站中的主流技術(shù)之一，其基本原理:在催化劑和氧氣存在的條件下，在一定的溫度范圍(300～420℃)內(nèi)，還原劑(如氨)有選擇的將煙氣中的NOx還原生成為N2和水，減少NOx的排放，因?yàn)檎麄€(gè)反應(yīng)具有選擇性和需要催化劑存在，故稱(chēng)之為選擇性催化還原(SCR)。

由于以氨作為還原劑的時(shí)候能夠得到的NO的脫除效率最高，典型SCR化學(xué)反應(yīng)式為:

2 SCR煙氣脫硝技術(shù)還原劑及尿素?zé)峤?/h2>

燃煤電站SCR脫硝工藝中直接參加化學(xué)反應(yīng)的是還原劑氨氣，常用氨氣有兩種制備方法:直接法和間接法。直接法通過(guò)液氨或氨水氣化制取氨氣;間接法即水解或熱解干尿素法制取氨氣。

采用尿素?zé)峤庵迫∪济弘娬維CR系統(tǒng)的還原劑是常用的技術(shù)［3－8］。首先，在溶解系統(tǒng)中將尿素配制成質(zhì)量濃度為40%～60%的尿素溶液，將其輸送到儲(chǔ)罐，尿素溶液經(jīng)過(guò)輸送泵、計(jì)量和分配裝置，由噴射器噴入絕熱分解爐，霧化的尿素溶液在溫度300～650℃熱環(huán)境條件下，液滴蒸發(fā)，得到固態(tài)或者熔化態(tài)的尿素。純尿素分解產(chǎn)生NH3并與稀釋空氣混合后進(jìn)入SCR噴氨系統(tǒng)，在SCR反應(yīng)器中在催化劑作用下將NOx還原成N2和H2O。熱解爐可利用的熱源可以是高溫蒸汽、燃料油燃燒高溫?zé)煔狻⑻烊粴馊紵邷責(zé)煔饧半娂訜崞鞯取?/p>

為了更好的闡述尿素?zé)峤庀到y(tǒng)熱源的選擇，本文將以某工程1臺(tái)600MW SCR脫硝裝置的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算對(duì)比說(shuō)明。

3 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的工藝計(jì)算

對(duì)于案例工程，在鍋爐最大工況(BMCR)、燃用設(shè)計(jì)煤種、處理100%煙氣量的條件下，脫硝效率不小于80%，煙氣中NOx濃度440mg/m3(干基，6%氧)，保證系統(tǒng)尿素耗量不大于480kg/h，用去離子水將干尿素溶解成55%質(zhì)量濃度的尿素溶液。

3.1 熱解室工藝設(shè)計(jì)

為了提高熱解效率和降低低溫能耗，案例工程正常運(yùn)行時(shí)稀釋風(fēng)擬采用鍋爐空預(yù)器后一次熱風(fēng)(壓力～10kPa，溫度300℃)，經(jīng)過(guò)再加熱到350～650℃，熱解爐出口的混合氣體溫度設(shè)計(jì)為340℃左右，設(shè)計(jì)流量為6700m3/h，其他相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 案例工程及熱解爐的工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3.2 熱解爐的熱量需求

熱解爐工藝流程為a、b兩個(gè)，其中a為采用電加熱器或高溫蒸汽為加熱介質(zhì)，b為采用天然氣或柴油為加熱介質(zhì)。根據(jù)熱解爐的工藝設(shè)計(jì)和AIG安全性運(yùn)行需要，在采用鍋爐熱一次風(fēng)的基礎(chǔ)上，熱解爐的能量需求計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 熱一次風(fēng)熱解爐尿素?zé)峤饽芰啃枨?/p>

從表2各能耗占總能耗比例來(lái)看，尿素溶液中水的蒸發(fā)、升溫需要熱量的能耗比例在45%左右，其次是稀釋風(fēng)能耗約為15%;尿素?zé)峤庑枰盏臒崃繛?5%左右;45%尿素溶液熱解需要的熱量是55%濃度尿素溶液熱解需要熱量的1.23倍，因此從節(jié)約能量的角度來(lái)講，應(yīng)該盡量提高尿素溶液的質(zhì)量濃度和氨空混合比。

3.3 各種熱解介質(zhì)的能耗及運(yùn)行費(fèi)用

3.3.1 高溫蒸汽加熱技術(shù)數(shù)據(jù)

由計(jì)算可知，進(jìn)入熱解爐的稀釋空氣溫度應(yīng)為626℃左右，顯然對(duì)于目前燃煤電站無(wú)法通過(guò)高溫再熱蒸汽將300℃的熱一次風(fēng)加熱到600℃以上。但如果熱解爐設(shè)計(jì)溫度為500℃，此時(shí)需要稀釋風(fēng)量約為12000m3/h，利用高溫再熱蒸汽將熱一次風(fēng)從300℃加熱到500℃，高溫蒸汽本身冷卻到320℃后返回主機(jī)高壓廠用汽系統(tǒng)，該方案的相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表中鍋爐效率為93%。從表3可以看出，采用熱一次風(fēng)+高溫蒸汽方案較直接采用高溫蒸汽加熱年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用4萬(wàn)元(已考慮熱一次風(fēng)加熱的煤耗費(fèi)用32.12萬(wàn)元，下同)。

表3 高溫蒸汽加熱方案的技術(shù)數(shù)據(jù)

3.3.2 電加熱技術(shù)數(shù)據(jù)

表4 電加熱方案的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)

對(duì)于案例工程，采用熱一次風(fēng)+電加熱相結(jié)合的方案，使稀釋風(fēng)由300℃升溫到626℃，與只采用電加熱對(duì)尿素進(jìn)行熱稀釋風(fēng)由常溫直接加熱到626℃左右的技術(shù)方案相比較(見(jiàn)表4)。計(jì)算結(jié)果顯示，采用熱一次風(fēng)+電加熱方案較只采用電加熱方案，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約83.64萬(wàn)元。

3.3.3 燃?xì)馊紵訜峒夹g(shù)方案

對(duì)于案例工程，采用熱一次風(fēng)與天然氣混合加熱的尿素?zé)峤夥桨概c完全采用天然氣加熱方案的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。尿素?zé)峤庀♂岋L(fēng)需要的熱量采用混合加熱方案較完全采用天然氣加熱年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約79.9萬(wàn)元。

表5 燃?xì)馊紵訜岬南嚓P(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)

3.3.4 燃油燃燒加熱技術(shù)方案

對(duì)于案例工程，采用熱一次風(fēng)+燃油燃燒加熱相結(jié)合的方案，與只采用燃油加熱方案相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。采用燃油混合加熱方案，年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用170萬(wàn)元左右。

表6 燃油燃燒加熱的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論與建議

尿素?zé)峤庀♂岋L(fēng)的加熱熱源采用鍋爐熱一次風(fēng)+燃油(燃?xì)狻㈦娂訜?的二級(jí)加熱方式都是可行的，且較之采用燃油(燃?xì)狻㈦娂訜?直接加熱節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用和初投資;在目前燃料和電價(jià)的價(jià)格水平下，燃油加熱介質(zhì)方案運(yùn)行費(fèi)用較高，燃?xì)馀c電加熱方案的運(yùn)行費(fèi)用基本相當(dāng);但電加熱器設(shè)備的初投資較燃油(燃?xì)?燃燒器高。在燃煤電站SCR系統(tǒng)，采用高溫再熱蒸汽對(duì)鍋爐熱一次風(fēng)升溫后作為尿素?zé)峤鉄嵩吹姆桨鸽m然運(yùn)行成本是最低的，但對(duì)某個(gè)工程是否經(jīng)濟(jì)、可行，需要認(rèn)真的核對(duì)。

通過(guò)以上的技術(shù)比較，電加熱器加熱稀釋風(fēng)是熱解系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單和比較可行的技術(shù)方案。相關(guān)研究表明，提高熱解爐稀釋風(fēng)的溫度，對(duì)尿素的熱解和系統(tǒng)運(yùn)行是有利的。由于電加熱器由于其內(nèi)部原件的耐溫限值，稀釋風(fēng)的溫度升高(如高于650℃)可能受限，因此，如果燃煤電站內(nèi)已有氣源且有可靠的燃?xì)獗ＷC，可以考慮將燃?xì)庾鳛榧訜嵯♂岋L(fēng)的熱源。采用燃油加熱系統(tǒng)，根據(jù)目前已投運(yùn)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，該方式存在較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，且該方案的運(yùn)行成本也較高，故不推薦使用。

［1］段傳和，夏懷祥，中國(guó)大唐科技工程有限公司.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［2］HJ 562－2010，火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法［S］.

［3］中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］王文選，趙繼海，周建鋒，等.600 MW燃煤機(jī)組SCR脫硝工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):49－52.

［5］李艷清.選擇性非催化還原脫硝技術(shù)在燃煤電廠的改造應(yīng)用［D］.北京:華北電力大學(xué)，2007.

［6］柏源，李忠華，薛建明，王小明.尿素為還原劑燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):19－22.

［7］孫正杰，邵煒.北侖電廠脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化探討［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(4):54－56.

［8］張利勇.選擇性非催化還原脫硝技術(shù)的應(yīng)用及其運(yùn)行控制策略［D］.北京:華北電力大學(xué)，2008.

Selection of heat source on urea pyrolysis of SCR deNOxsystem in coal－fired power plants

The pyrolysis technology of SCR reducing agent urea in coal－fired power plants was introduced.Combined with current fuel prices，the operating costs of a variety of urea pyrolysis heat sources were compared through the calculation of an actual SCR deNOxengineering case.The results indicated that the high temperature steam heating program was economical，but it was restricted to certain conditions，the gas heating and electric heating program were optimal scheme.

SCR;urea;pyrolysis;heat source

X701.7

B

1674－8069(2012)04－034－03

2012-04-03;

2012-06-17

段傳和(1968-)，男，河南羅山人，高級(jí)工程師，主要從事燃煤電站環(huán)境保護(hù)和能源管理技術(shù)的研究與管理工作。E－mail:duanch@cdte.com.cn