豐潤熱電公司脫硝改造優化設計及效益分析

王廣慧

（河北大唐國際豐潤熱電有限責任公司，河北 豐潤064000）

1 前言

根據《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）的要求，2014年7月1日燃煤電廠將執行氮氧化物排放小于100m g/Nm3標準。為了達到最新NOX排放要求，大批國內現有火電機組都進行了脫硝改造。SCR選擇性催化還原法因其無二次污染、技術成熟可靠、系統簡單易操作、脫硝效率高的優點，得到了廣泛的應用[1]。隨著國家對安全、環保問題的日益重視，大部分電廠選擇容易審批、方便運輸、儲存、無安全風險的尿素作為脫硝還原劑。

豐潤熱電公司1、2號機組脫硝改造工程是河北省“十二五”燃煤電廠煙氣脫硝限期治理項目。工程采用EPC總承包方式，承包方為中國大唐集團科技工程有限公司。采用尿素法選擇性催化還原（SCR）工藝，2臺鍋爐共用一個還原劑儲存、卸載及供應系統。1、2號機組脫硝系統分別于2013年12月、2014年6月順利通過168小時試運行后正式投運。

2 選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝

2.1 SCR脫硝原理

向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它還原劑，在催化劑的作用下煙氣中的NOx被氨還原為氮氣和水。通常選用的還原劑為液氨、氨水、尿素，無論以何種形式使用氨，均要使氨和煙氣混合，利用噴氨格柵將其噴入SCR反應器上游的煙氣中。

2.2 SCR脫硝工藝過程

主要由脫硝反應器、煙道系統、尿素溶液儲存供應及熱解系統、氨噴射系統、吹灰系統等組成。袋裝尿素儲存于干尿素儲藏間，由人工添加到地埋式溶解罐里，淡水將干尿素溶解成50～60%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經由循環/傳輸裝置、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解室，從鍋爐空氣預熱器抽取的熱一次風經增壓風機進入電加熱裝置加熱后進入熱解室[2]。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內分解，生成SCR脫硝系統所需的還原劑NH3，分解產物經由氨噴射系統(AIG)進入煙氣脫硝系統。

3 脫硝設計優化

3.1 脫硝還原劑存儲、制備、供應系統

3.1.1 尿素溶解采用淡水

在整個脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態。若尿素的溶解水和稀釋水（一般為工業水）的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會造成脫硝系統的管路結垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。脫硝電廠大部分尿素溶解用水采用除鹽水，豐潤熱電公司脫硝尿素溶解用水采用熱網補淡水，從熱網補水泵出口母管接出。表1為尿素溶解用水標準與熱網淡水指標對照，可以看出熱網淡水水質遠遠高于尿素溶解水標準，淡水完全可以滿足要求。兩臺爐溶解尿素用水量約為250KG/h，每年耗水量為2190 t,淡水成本低于除鹽水約5元/噸，每年節約水耗成本為10950元。

表1 尿素溶解水標準與淡水指標對比

在某電廠發生過尿素溶液倒流至全廠除鹽水系統造成污染的事故。為避免脫硝系統尿素溶液倒流至全廠制水系統，確保主機用水安全，豐潤熱電公司在脫硝用淡水母管接口裝設了逆止門。

3.1.2 尿素溶液制備區實現零排放

尿素區設置一個疏水回收罐，回收尿素區箱罐及管道伴熱疏水，疏水箱兼作沖洗水箱，疏水罐出口設置兩臺伴熱疏水回收泵（一用一備）。疏水一路打入尿素溶解罐作為尿素溶解用水回收利用，另一路作為尿素溶液混合泵及高流量循環泵的沖洗水。實現了尿素區伴熱疏水的全部回收。

尿素區設置廢水池，回收泵及尿素溶液管道沖洗水，并配置兩臺地坑泵（一用一備），廢水泵出口母管設置取樣管，廢水化驗合格時，回收至尿素溶解罐，不合格時排放至全廠工業廢水處理系統再利用。

3.2 沖洗水系統

每臺爐的計量分配模塊配置一套沖洗水系統：一個獨立水箱及兩臺MDM沖洗水泵（一用一備），沖洗水來自脫硝用淡水母管。原設計尿素溶液供、回管道沖洗方式為：將一尿素溶液儲罐注滿淡水，通過高流量循環泵進行尿素溶液管道沖洗。由于兩個儲罐均處于備用狀態，為方便尿素溶液管道檢修沖洗，在1、2爐MDM小間內將MDM分配模塊沖洗水與尿素溶液供回管路連接實現了尿素供回管道的反沖洗。

3.3 壓縮空氣系統

脫硝用氣主要為儀用壓縮空氣、聲波吹灰用壓縮空氣及尿素溶液霧化用壓縮空氣，要求壓力為0.6MPa，機組現儀用壓縮空氣系統沒有裕量，且雜用空氣壓力僅為0.4—0.5MPa，無法滿足脫硝用氣要求。脫硝系統如果設置單獨的壓縮空氣系統，需配置兩臺空壓機（一用一備），且建造單獨空壓機廠房，投資較高。為了降低投資，豐潤熱電脫硝項目對原空壓機系統進行了改造。為脫硝改造工程新增空壓機系統一套，包括空壓機、組合式干燥機、儲罐、管道、閥門及相應的控制、電氣、保護等配套設施，容積流量40Nm3/m in，排氣壓力0.85MPa，控制與監視接入現有空壓機控制系統。安裝位置定在空壓機房F空壓機北側，并入機組空壓機系統。空壓機房無預留位置，對原空壓機房進行了擴建。

如圖1所示新增H空壓機干燥機出口并入原G干燥機出口母管并加隔絕門，H壓縮空氣儲罐出口與原G空壓機出口連接，正常情況使用H空壓機為脫硝供氣，H空壓機檢修時，G空壓機作為備用。此方案較設置單獨的脫硝壓縮空氣系統節省了一臺空壓機，且利用了原廠房擴建，節省了土建費用，合計約60萬元。

3.4 伴熱系統

由于尿素的溶解過程是吸熱反應，其溶解熱高達 -57.8cal/g（負號代表吸熱）。也就是說，當1克尿素溶解于 1 克水中，僅尿素溶解，水溫就會下降57.8℃。不同濃度的尿素水溶液有不同的結晶溫度，圖2為國外文獻上記載的尿素溶液濃度與結晶溫度的對應關系，SCR脫硝工藝用50%質量濃度的尿素溶液對應的結晶溫度是16.7℃[3]。所以，所有尿素溶液的容器和管道必須進行伴熱，以防尿素溶解后的再結晶。在北方寒冷地區的氣象條件下，該問題將會暴露的更明顯。

豐潤熱電公司脫硝系統以蒸汽作為伴熱源，對尿素溶解罐、尿素溶液儲罐及尿素溶液輸送管道進行伴熱。尿素溶液管道的總熱源為尿素溶液儲罐內盤管加熱器，當冬季尿素溶液儲罐在最高溫度下仍不能保證回流溫度，或者在尿素溶液循環管不能進行循環，尿素溶液儲罐內盤管加熱器的總熱源作用無法發揮時，啟動尿素溶液輸送管道蒸汽伴熱系統作為備用手段。為確保汽源的供應穩定，伴熱蒸汽母管取自1、2號機組輔汽聯箱聯絡管。尿素區設置疏水箱對尿素區的伴熱疏水進行回收。1、2號爐的尿素溶液輸送管道的伴熱疏水經疏水器分別回收至1、2號機組暖風器疏水箱，實現了伴熱疏水熱能與工質的100%回收利用。

此外，疏水管道從37.6米計量分配小間內沿沖洗水母管布置，作為冬季沖洗水的伴熱，提高了沖洗水溫，確保了沖洗效果。

3.5 增壓稀釋風機

噴入鍋爐煙道的氨氣應為空氣稀釋后的含5%左右氨氣的混合氣體。豐潤熱電公司脫硝尿素熱解采用鍋爐熱一次風，風壓為6～8kPa，溫度270-310℃。一次風壓隨著機組負荷的減小而減小，當機組負荷在200MW以上時，一次風壓可滿足尿素溶液熱解風量要求；當機組負荷降低到200MW以下時，隨著風壓降低需要增壓。豐潤熱電公司對原設計兩臺稀釋風機的基礎上增加了稀釋風機旁路及旁路門，稀釋風機按兩臺100%容量（一用一備）配置。在高負荷時段走旁路，停運風機。按照機組負荷200MW以上運行4000小時計算，稀釋風機加裝旁路兩臺機組每年可節電176000kw.h，經濟效益6萬元/年。

4 結論

隨著我國對NOX排放濃度的新政策的出臺，SCR法脫硝技術已經被國內大型燃煤電站成功運用。豐潤熱電公司在脫硝系統改造過程中本著節能環保的宗旨對原設計進行了一系列的優化。提高了系統的安全性、可靠性，取得了可觀的經濟效益，值得同類機組借鑒。

[1] 崔有貴，楊志忠，葉茂.淺述SCR脫硝尿素制氨工藝[J] .東方鍋爐，2010，3：20

[2] 王穎、王廣慧.河北大唐國際豐潤熱電有限責任公司1、2號機組煙氣脫硝改造工程技術協議[Z] .2013年3月：28

[3] 胡浩毅.以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術在電廠的應用[J] .電力技術，2009,3:24