熱解制氨法煙氣脫硝電氣設計方案分析

□崔春雷 張 帆 冀世毅

隨著社會經濟的快速發展，我國的大氣污染物排放不斷增長，以氮氧化物(NOX)等為主的區域性酸雨污染嚴重，很多地區的環境質量有惡化的趨勢，嚴重影響到我國經濟和社會的健康發展。在此背景下，國家環境保護總局加強了環境標準體系建設，確立了環境質量標準、污染物排放標準等十四個大類的環境標準體系，正式把《環境工程技術規范》納入環境體系標準體系，并編制了《火電廠煙氣脫硝工程技術規范——選擇性催化還原法》。

一、SCR技術工藝特點［1，2］

(一)SCR反應原理。選擇性催化還原技術(SCR)作為世界煙氣脫硝領域的主流技術，是通過在催化劑(鐵、釩、鎘、鈷或鉬等堿性金屬)上游煙氣中噴入氨或者其它合適的還原劑，利用催化劑將煙氣中的NOX轉化為對環境無害的氮氣和水。NH3具有選擇性，只與NOX發生反應，基本不與O2反應，所以稱為選擇性催化還原。其主要化學反應如下［1］:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(二)SCR布置方式。選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝，一爐兩個反應器，還原劑儲存、配制等為公用系統。整個SCR煙氣脫硝系統分為兩大部分，即SCR反應器和氨制備、存儲及供應系統。SCR反應器布置可分為以下兩種［2，3］:高含塵布置:SCR反應器位于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。低含塵布置:SCR布置在煙氣脫硫系統和煙囪之間。

(三)還原劑氨的制取方法。在SCR系統中穩定可靠的制氨系統在整個SCR系統中是不可或缺的，制氨一般有尿素、純氨、氨水三種方式。

二、脫硝低壓配電系統設計

(一)國家環保標準對電氣專業的要求。《HJ 562火電廠煙氣脫硝工程技術規范》和《HJ 563火電廠煙氣脫硝工程技術規范選擇性非催化還原法》對脫硝電氣系統作如下規定［1，2］:一是低壓廠用電電壓等級、中性點接地方式與廠內主體工程一致。二是SCR區電源宜并入鍋爐MCC段。還原劑區電源益引自廠區公用電源。采用雙電源進線。三是控制電源宜采用交流控制。當直流電源引接方便時，也可考慮采用直流電源。四是宜根據自身情況確定是否采用保安電源和UPS。五是二次控制宜設置在機組單元控制室。

(二)設計方案一。某脫硝工程中絕熱分解室是低壓部分最大的負荷。鍋爐部分的PC或MCC已經沒有如此大的變壓器剩余容量和備用間隔來給它配電。同時，從脫硝系統應設立獨立的配電系統考慮，設立專門的脫硝變壓器為其配電。這樣，兩個機組共設兩臺脫硝變壓器，兩段脫硝PC段。在SCR區可供安放變壓器的配電間位置，只能放在反應器下的28m高度的平臺上。空間位置是有限的，因而脫硝變壓器只能考慮在附近其他廠房的配電間內安放。SCR區和溶液制備區是兩處不同的區域，間隔較遠，分別設立MCC為其負荷集中供電。按二級負荷配電要求考慮，應采用雙電源進線。由此可以得到低壓系統的設計方案一:采用動力中心(PC)與電動機控制中心(MCC)的供電方式。每個機組設1個脫硝PC段，共設2個PC段;每個機組設一個SCR區MCC段，共設2個;設1個溶液制備區MCC段，為公用部分。兩個脫硝PC段采用單母線分段接線，中間設母聯開關。設兩臺脫硝變壓器，兩臺變壓器互為暗備用。變壓器和PC段開關柜設在SCR區附近的配電間內。MCC均采用雙電源進線。由脫硝PC A、B段分別提供一路電源，兩路電源采用單刀雙投隔離開關實現電源切換。SCR區MCC可設在反應器下方的平臺上，溶液制備區MCC設在溶液制備區的配電間內。由于距離鍋爐較近，保安及UPS電源以及應急照明電源由鍋爐配電系統提供。

(三)設計方案二。鑒于某工程電除塵改造和脫硝同步實施，可以利用電除塵改造時拆除的兩臺電除塵變壓器作為本脫硝的低壓負荷電源。同時，脫硝PC段也可以利用原電除塵PC段的開關柜。這樣在經濟性上就有了很大的改觀，同時也解決了PC段安放位置的問題。但是原電除塵變壓器的容量為2，000 kVA，而每段脫硝PC初步估算有1，400 kW，這樣就無法讓兩臺變壓器實現互為暗備用的作用。于是考慮再新增一臺2，000 kVA的備用變壓器，為兩臺工作變壓器提供明備用電源。備用變壓器電源擬引自脫硫10kV段。原電除塵PC段已經各有一面母聯斷路器柜，因此只增加一臺低壓變壓器。

圖1 設計方案一:低壓配電系統圖

圖2 設計方案二:低壓配電系統圖

圖3 設計方案三:脫硝PC段布置圖

(四)設計方案三。用電除塵備變兼做脫硝備變，不再新增脫硝備變。相比其他，這個方案是最為經濟的。配電系統圖如圖3所示。

(五)方案比選。上述列出了三種低壓配電方案，其中設計方案一是最為理想化的，但是結合電廠改造的實際情況，不具有可實施性。設計方案二和三是具備可實施性的。它們各自存在優缺點，可以從運行工況和經濟角度進行分析。設計方案二:設脫硝備用變壓器提供明備用電源，脫硝備變引自脫硫10kV段原增壓風機回路。優點:除塵段和脫硝段都有獨立的備用變壓器，在運行的時候不受各自的影響。缺點:備用變壓器引自脫硫10kV段，如果脫硫系統檢修，將無法給#1、#2機組脫硝系統提供明備用電源，機組單元性較差。經濟性和施工難度較方案三差，多出一臺變壓器的預算;同時由于電除塵配電室位于除灰綜合樓11m層，如果在配電間增加一臺變壓器的話，安放位置處的樓板的荷載需要重新計算，特殊情況需采取加固措施。

設計方案三:電除塵備變兼做脫硝備變，不新增備變。優點:脫硝運行將不受電廠脫硫系統的影響。經濟性好，施工方便，配電間幾乎不要任何改動，只需要對PC段回路進行一定的改造。缺點:電除塵備變為除塵和脫硝共用，相互之間存在影響。當兩套系統都故障時將無法同時提供備用電源。當備變故障時，某個機組的脫硝和除塵都失去備用電源。運行風險比方案二要大一些。綜上所述，兩個方案各有各自的優缺點，設計院應該將詳細的對比分析給業主，由業主方作出選擇。最終確定為方案三。

三、結語

可以看出，在工期比較緊張的情況下，采用經濟性好、工程量小的方案是首要的選擇。而設計方也需從電廠的實際情況出發，提出多種方案，以求找到最好的解決辦法。最終方案在MCC盤柜和其他方案一樣的情況下，通過對PC段配電系統的改進和分析，最終做到只需增加兩面PC柜就可以達到目的。最大程度上減少了工程量，對于工程進度的貢獻有著很大的意義。

熱解制氨法是較為復雜的脫硝方法。掌握其設計技巧對于其他脫硝工程都有很好的指導和借鑒意義。但是，由于脫硝并不是一個單獨的個體，是在鍋爐系統的基礎上進行添加，也需要電廠其他系統的改造與之相配合。因此只有全面掌握和了解這些系統才是做好脫硝設計的關鍵。

［1］火電廠煙氣脫硝工程技術規范［S］.HJ 562-2010

［2］火電廠煙氣脫硝工程技術規范選擇性非催化還原法［S］.HJ 563-2010

［3］火電廠煙氣脫硝工程施工驗收技術規程［S］.DL/T 5257-2010