淺析660MW燃煤機組SCR脫硝工程的設(shè)計特點

黃一波

摘 要：進(jìn)入到新世紀(jì)以來，隨著我國市場經(jīng)濟水平的迅速提升，我國的各行各業(yè)都取得了非常快速的發(fā)展，煙氣脫硝工程作為我國發(fā)電企業(yè)的重點工程之一，其在2004年時就已經(jīng)正式起步了，并且近些年來，我國的煙氣脫硝工作也已經(jīng)取得了飛速的進(jìn)步，在2010年時已有超過200個電廠完成了煙氣脫硝工程的招標(biāo)工作。文章便以我國某電廠最早的一批660MW燃煤機組SCR脫硝工程為例，簡要的介紹了660MW燃煤機組SCR脫硝工程的設(shè)計特點，同時結(jié)合多年來的實踐經(jīng)驗，對脫硝工程的設(shè)計優(yōu)化以及技術(shù)研發(fā)提出了幾點看法和建議。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝工程；設(shè)計特點；優(yōu)化設(shè)計；技術(shù)研發(fā)

1 660MW燃煤機組SCR脫硝工程的設(shè)計特點

1.1反應(yīng)器本體的設(shè)計

通常情況下，一臺鍋爐應(yīng)配置兩個脫硝反應(yīng)器，其長度為15.3m，寬度為12.85m，高度為12m，進(jìn)行設(shè)計時，我們在充分的參考媒質(zhì)的特點和性能要求的前提下，才能最終確定反應(yīng)器的橫截面積以及內(nèi)部煙氣的流動速度。在綜合的考慮催化劑的生產(chǎn)工藝特點、催化劑的用量以及防堵灰的要求等因素后，才能確定每一層催化劑的高度。而組成反應(yīng)器的構(gòu)件主要有排氣罩、進(jìn)氣罩、流場整流器、催化劑層支撐裝置以及密封裝置等。

在設(shè)計過程中，其設(shè)計的關(guān)鍵就是要保證煙氣和氨氣的充分混合，保證它們的流速均勻、分布均勻并且溫度偏差時很小的，這樣煙氣就可以垂直射入催化劑了。如果想要保證第一層催化劑的完全進(jìn)入，那么煙氣就應(yīng)滿足以下四個條件：（1）溫度的最大偏差為正負(fù)10攝氏度；（2）入射催化劑的最大角度為正負(fù)10度；（3）摩爾比的最大偏差為正負(fù)5%；（4）速度的最大偏差為正負(fù)15%。為了保證這些條件的滿足，我們所采取的對策為優(yōu)化設(shè)計煙氣和氨氣的噴射系統(tǒng)，同時還應(yīng)合理布置煙道內(nèi)的整流裝置。在SCR入口煙道的垂直段應(yīng)先設(shè)置一套由噴射管、噴嘴、分配管、集合管以及連接管所組成的氨噴射系統(tǒng)，每根噴射管上裝有14個噴嘴，混合氣體通過噴嘴就可以注入煙道了。為了準(zhǔn)確的調(diào)整連接管中空氣和氨氣混合氣體的分配量，在連接管上應(yīng)加裝手動閥和流量測量裝置。整個噴射系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的耐磨性、抗振性和抗熱變形性。

圖1 煙道內(nèi)導(dǎo)流板布置示意圖

1.2 催化劑選型設(shè)計

進(jìn)行這部分的工作時，我們必須充分分析煙氣的成分，同時也要考慮到SCR布置方式以及鍋爐的類型等因素，準(zhǔn)確的掌握它們對催化劑性能以及整個脫硝系統(tǒng)的影響，這樣才能保證所確定的催化劑的用量是科學(xué)合理的。在設(shè)計的過程中，我們采用了二氧化硫氧化率較低并且活性很高的波紋板式催化劑，其具體的加工工藝為先制作一個采用玻璃纖維加固過的基板，之后再催化活性溶液中浸泡這個基板，確保V2O5以及WO3等活性成分能夠均勻的吸附在基板上。

1.3 氨區(qū)設(shè)計

對于脫硝工程中的氨區(qū)設(shè)計工作，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)的文件我們可知：當(dāng)可燃?xì)怏w和空氣混合后的爆炸下限不小于10%時，就具有乙類火災(zāi)的危險性了，因此，液態(tài)氨儲罐也是具有乙類火災(zāi)危險性的，并且氨也是一類具有輕度危害性的職業(yè)性接觸毒物，因此，在進(jìn)行氨區(qū)的設(shè)計工作時，我們必須嚴(yán)格的遵守相關(guān)的規(guī)定，科學(xué)準(zhǔn)確的確定氨區(qū)與周圍建筑物之間的布置和防火間距等參數(shù)。

2 660MW燃煤機組SCR脫硝工程的設(shè)計優(yōu)化工作

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化

在對脫硝工程的煙氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，我們設(shè)置了SCR反應(yīng)器旁路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，同時也提高了投資的成本，但是當(dāng)機組長期不脫硝時或是出于冷啟動的狀態(tài)時，對催化劑是有很重要的保護(hù)作用的。如果長期未使用這個旁路，那么擋板門位置處就會積灰，同時開啟時也會出現(xiàn)卡澀的問題。因此，如果脫硝系統(tǒng)長期處于工作的狀態(tài)，同時機組冷啟動次數(shù)較少時，就不需設(shè)置旁路。

2.2 反應(yīng)器設(shè)計

設(shè)計反應(yīng)器時，我們一般采用外部主要受力的縱向加固肋和內(nèi)部主要的支撐梁進(jìn)行計算和分析，在催化劑通過支撐梁時，其重量能夠準(zhǔn)確的傳遞給外部的支持結(jié)構(gòu)，同時也能夠滿足支撐梁的變形撓度要求。另外，還對一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，比如說設(shè)計非框架柱截面時采用了分段的方式以及在催化劑支撐層位置處設(shè)置了支撐等。通過空間結(jié)構(gòu)的整體協(xié)調(diào)的工作，所有構(gòu)件共同來承擔(dān)外部的荷載，橫向加強筋布置和支撐布置也都更加合理了，也優(yōu)化了很多構(gòu)件的截面。

2.3 煙道加固肋設(shè)計

在進(jìn)行這項設(shè)計工作時，根據(jù)要求我們應(yīng)采用橫向加固肋參與道體剛度、強度和穩(wěn)定性的計算方法，這樣橫向加固肋的間距可能就是1m左右，并且在煙道的內(nèi)部還要布置很多內(nèi)撐桿，一定程度上會影響煙氣流場。因此，為優(yōu)化這項工作，我們應(yīng)采用縱向加固肋和橫向加固肋共同參與道體計算的方法，也就增大了橫向加固肋的間距，不會對煙氣流場產(chǎn)生影響。

3 660MW燃煤機組SCR脫硝工程的技術(shù)研發(fā)趨勢

3.1 建立流場模型的試驗基地

在開發(fā)脫硝技術(shù)的過程中，不管是煙氣脫硝技術(shù)還是低氮氧化物的燃燒技術(shù)，流場計算以及實物模型的試驗工作所發(fā)揮的作用是極其關(guān)鍵的。所以，我們應(yīng)建立一個設(shè)施齊全的流場模型的試驗基地，隨著脫硝工程的不斷建設(shè)，我們的實踐經(jīng)驗將會更加的豐富，從而提高煙氣流場計算工作的準(zhǔn)確性，也提升了試驗?zāi)M的技術(shù)水平。

3.2 認(rèn)真的收集和研究脫硝工程的運行資料

與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國的煙氣脫硝技術(shù)還較為落后，并且脫硝工程的機組能夠持續(xù)運行的時間也不長，手頭上現(xiàn)有的機組運行的資料和數(shù)據(jù)也不多，而在設(shè)計脫硝系統(tǒng)和催化劑時，我們基本都是借鑒國外的工程經(jīng)驗，因此我們必須認(rèn)真的收集相關(guān)脫硝工程的運行資料和數(shù)據(jù)，來保證我們選擇的設(shè)計方法是具有很強的適應(yīng)性的。

3.3 重視催化劑國產(chǎn)化的研發(fā)工作

目前，我國所使用的催化劑的原材料都還是要依賴進(jìn)口的，并沒有實現(xiàn)真正意義上的催化劑國產(chǎn)化的目標(biāo)。所以，我們應(yīng)在科學(xué)合理的利用國外催化劑研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，也要緊跟國內(nèi)的催化劑方面的相關(guān)研究成果，在實現(xiàn)了催化劑國產(chǎn)化的同時，更要實現(xiàn)原材料以及生產(chǎn)過程中的國產(chǎn)化。

3.4 設(shè)立脫硝技術(shù)專題，成立脫硝技術(shù)研發(fā)小組

通常情況下，我國的燃煤機組SCR脫硝工程幾乎都集中在電力行業(yè)中，同時其主要對象也都是300MW以上的燃煤機組，其中660MW的燃煤機組居多。因此，在我國脫硝工程項目越來越多的背景下，我國的脫硝工程技術(shù)也必將涉及到其他的行業(yè)和領(lǐng)域中，比如說垃圾焚燒爐中加裝SCR或是循環(huán)流化床鍋爐加裝SNCR。

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