湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術分析

鄧輝鵬

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術分析

鄧輝鵬

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

介紹了湖北華電西塞山發電有限公司一期（2×330 MW）和二期（2×680 MW）煙氣脫硝工程的系統配置、設備選型和技術特點，總結了西塞山電廠在煙氣脫硝系統配置和設備選型上的經驗，為同類型電廠的脫硝工程設計提供了參考。

煙氣脫硝；選擇性催化還原工藝；流場模擬；平板式催化劑；蜂窩式催化劑

1 概述

1.1 工程概況

湖北華電西塞山發電有限公司一期工程裝備2×330 MW機組分別于2004年7月和12月投入商業運行。鍋爐由武漢鍋爐股份有限公司設計制造，配套貧煤四角切圓燃燒鍋爐，鍋爐燃用河南陜西混合貧煤，改造前NOx排放質量濃度750 mg/m3（標態，干基，6%O2），改造后NOx排放質量濃度降至100 mg/m3（標態，干基，6%O2）。

湖北華電西塞山發電有限公司二期裝備2× 680 MW機組，其中，＃3機組于2010年12月投入商業運行，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進日本三菱技術設計制造的HG2098/26.15－YM3型鍋爐，燃燒系統采用MACT技術的新型低NOx燃燒器，燃用陜西黃陵煙煤與河南貧煤的混合煤種，改造前NOx排放質量濃度為400 mg/m3，改造后需要將NOx排放質量濃度降至100 mg/m3（標態，干基，6%O2）以下。＃4機組為新建機組，脫硫、脫硝和除塵設施需同時投運，投運時NOx排放質量濃度需保證在100 mg/m3（標態，干基，6%O2）以下。

1.2 煙氣條件

一期機組省煤器出口煙氣條件見表1。二期機組省煤器出口煙氣條件見表2。

表1 一期機組省煤器出口煙氣條件

備注φ（H2O）/%6.04標態，項目設計參數/BMCR濕基φ（O2）/%3.95標態，濕基φ（N2）/%75.39標態，濕基φ（CO2）/%14.63標態，濕基ω（NOx）/（mg·m－3）750標態，干基，6%氧量ω（SO2）/（mg·m－3）5105～6724標態，干基，6%氧量ω（煙塵）/（mg·m－3）49.4標態，干基，6%氧量ω（SO3）/（mg·m－3）50～68標態，干基，6%氧量

表2 二期機組省煤器出口煙氣條件

1.3 性能保證

1.3.1 一期性能保證

初裝2層催化劑時，在55%～100%鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）負荷范圍內，SCR反應器入口NOx質量濃度為750mg/m3（標態，干基，6%O2），性能考核試驗時的脫硝效率不低于90%。在催化劑質量保證期期滿之前，脫硝效率不低于88%，且NOx排放質量濃度不超過100 mg/m3（標態，干基，6%O2），BMCR工況下單臺機組的液氨耗量260 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質量濃度不大于2.28 mg/m3（標態，干基，6%O2），SO2/SO3轉化率小于1%。

煙氣脫硝SCR系統的整體阻力不大于920 Pa，安裝備用層催化劑后的脫硝系統阻力不大于1100 Pa，最低連續噴氨溫度305℃，最高連續噴氨溫度420℃。

催化劑的機械壽命不小于10年，化學壽命不小于3年（24000 h），在化學壽命內能有效保證系統脫硝效率及各項技術指標。

1.3.2 二期性能保證

初裝2層催化劑時，在鍋爐55%～100%BMCR鍋爐負荷范圍內，SCR反應器入口NOx質量濃度為400 mg/m3（標態，干基，6%O2），性能考核試驗時的脫硝效率不低于83%。在催化劑質量保證期期滿之前，脫硝效率不低于80%，且NOx排放質量濃度不超過100mg/m3，BMCR工況下單臺機組的液氨耗量275 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質量濃度不大于2.28 mg/m3（標態，干基，6%O2），SO2/SO3轉化率小于1%。

煙氣脫硝SCR系統的整體阻力不大于820 Pa，安裝備用層催化劑后的脫硝系統阻力不大于1000 Pa，最低連續噴氨溫度320℃，最高連續噴氨溫度427℃。

催化劑的機械壽命不小于10年，化學壽命不小于3年（24000h），在化學壽命內能有效保證系統脫硝效率及各項技術指標。

2 技術特點

2.1 流場模擬

為模擬脫硝煙道和SCR反應器內煙氣的流動情況、溫度場分布情況和煙氣組分混合情況，項目采用了數值流場模擬并結合1∶10的比例模型實驗來驗證反應器內的煙氣流動、煙氣內組分混合、積灰等流場情況的方式，根據模擬結果對煙道和反應器設計做了適當優化，并設置了多組煙氣導流板。

2.2 催化劑

湖北西塞山發電有限公司一期2×330 MW機組的煙氣脫硝改造煙氣條件較為惡劣（高灰、高硫），煙塵質量濃度達到49.4 mg/m3（標態，干基，6%O2），對催化劑的抗堵灰能力要求較高，選擇了抗堵灰能力強的平板式催化劑，反應器催化劑迎風面流速設計為4.6 m/s。

湖北西塞山發電有限公司二期2×680MW機組脫硝入口煙塵質量濃度為38.8 mg/m3（標態，干基，6% O2），脫硝粉塵質量濃度小于40mg/m3（標態，干基，6% O2），從技術經濟角度考慮，選擇了18×18孔蜂窩式催化劑，反應器催化劑迎風面流速設計為5m/s。

目前，項目投運近3年，脫硝系統不僅能夠保證可靠的脫硝效率，也未出現催化劑堵塞或積灰情況。

2.3 吹灰器

由于西塞山電廠粉塵的黏性不高，本項目選擇了聲波吹灰器，既避免了蒸汽吹灰對催化劑壽命的影響，也大大減小了檢修操作平臺。至今為止，停機檢查時發現催化劑上表面非常干凈，沒有積灰，證明了聲波吹灰器完全能夠滿足西塞山電廠脫硝裝置的吹灰要求。

2.4 灰斗

西塞山電廠一期2×330 MW鍋爐尾部是磨煤機房，沒有預留脫硝的空間，脫硝反應器只能布置在鍋爐的兩側。由于布置方式特殊，脫硝入口水平煙道長度超過了15 m，垂直煙道18 m，最后通過1個90°彎頭接入反應器。由于脫硝入口煙道很長，煙氣粉塵濃度高，為了避免煙道積灰，在脫硝入口垂直煙道下方設置3個灰斗，灰斗下方設置星型給料機和水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機內。脫硝出口至空預器入口的煙道也有約30 m長，為避免煙道積灰，在脫硝出口煙道上也設置了2個灰斗和星型給料機及水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機內。至今為止，灰斗和輸灰裝置均運行良好，未出現輸灰困難的情況。

湖北西塞山發電有限公司二期2×680 MW機組脫硝改造，以原有省煤器出口煙道膨脹節為分界線，在膨脹節后接入1段約3.5 m的水平煙道，水平煙道上設置了噴氨格柵，水平煙道后為1段傾斜煙道和垂直煙道，垂直煙道末端設置1個彎頭接入反應器。由于西塞山二期脫硝入口煙道長度適中，且入口煙道下方為脫硝反應器出口煙道，位置緊湊，沒有空間設置脫硝入口煙道的灰斗，僅在脫硝入口煙道下部設置了檢修人孔，如果水平煙道上有積灰可以在正常檢修時進行清理。

2.5 氨區

液氨儲存、制備系統布置于獨立的液氨儲存區，統一考慮西塞山電廠4臺機組的液氨儲存和供應需求。氨站的液氨儲存能力為187 t，設置3臺120 m3液氨儲罐。氨站裝置由液氨卸車、液氨儲罐區、液氨氣化輸送3個工序組成。氨站裝置采用蒸汽加熱蒸發方式對脫硝裝置供氣氨，供氨量最大可達到1200kg/h，滿足4臺爐氨耗量。裝置流程自動化程度高，除卸車時段外其他時段均可實現無人操作連續生產，設計充分考慮了保障裝置連續安全生產備用措施，3臺液氨儲罐互為備用。為保證連續不間斷生產，液氨蒸發器采用2開1備，在保證連續生產的同時可定期對氣氨蒸發及輸送系統進行檢修維護。有可能發生氣氨泄漏的區域全部設置有氨泄漏檢測器，可在發生泄漏時在第一時間發出警報信號。

2.5.1 液氨儲罐

氨站設置3臺臥式液氨儲罐，根據《壓力容器安全技術監察規程》，液氨儲罐屬于3類壓力容器。氨區儲罐容量按照4臺鍋爐BMCR工況下每天運行24 h連續運行7 d的消耗量考慮，每個儲罐公稱容積120 m3，設備外形尺寸?3200 mm×15400 mm。

2.5.2 卸氨壓縮機

所選用卸氨壓縮機流量1 m3/min（標態），2臺互為備用，往復式壓縮機出口設安全閥。

2.5.3 液氨蒸發器

氣氨用量1060 kg/h（4臺鍋爐），考慮110%的設計裕度，氨供應能力按照1200 kg/h設計。設置3臺蒸發器，每臺按照600 kg/h進行選型，2開1備，采用蒸汽加熱。

2.5.4 氨氣緩沖槽

設置3套氨氣緩沖槽（分別對應一、二期機組），2運1備。從蒸發器來的氨氣進入氨氣緩沖槽，通過調壓閥減壓到一定壓力，再通過氨氣輸送管線送到鍋爐側的脫硝系統。氨氣緩沖槽應能為SCR系統穩定供應氨氣，且能避免蒸發槽操作不穩定所帶來的影響，每套緩沖槽設置有安全閥保護。

2.5.5 氨氣稀釋槽

氨區應設置1臺氨氣稀釋槽，有槽頂淋水和槽側進水，水槽液位應由滿溢流管控制。液氨儲存及供應系統各處排出的氨氣由管線匯集，從稀釋槽底部進入，通過分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來吸收安全閥排放的氨氣。氨氣稀釋槽上方設氨氣泄露檢測儀，當氨泄漏濃度過大時，實現氨氣稀釋槽內的自動加水和排水。

2.5.6 事故應急池

本項目設置1個容積500m3的事故應急池，儲罐事故泄漏產生的污水排入事故應急池。氨區事故應急池中主要污染物為氨水，pH值達不到三級標準的要求6～9。事故狀態下首先對應事故急池內的污水進行人工取樣，再采用玻璃電極法測pH值，采用鈉氏試劑比色法或蒸餾滴定法測試氨水濃度，根據測定的氨水濃度和廢水的總量，投入鹽酸對事故應急池內的廢水進行中和，當pH值降至6～9時，再由事故應急池泵入廠內污水處理系統進行處理。

3 結束語

（1）脫硝系統煙氣的混合情況和均勻程度，直接影響脫硝效率和催化劑的壽命，脫硝改造設計時一定要根據數模和物模實驗結果優化煙道及反應器設計，在彎頭和反應器入口等處設計煙氣導流板。

（2）以40 mg/m3的粉塵質量濃度為分界點，西塞山電廠一期脫硝改造工程選擇了板式催化劑，二期脫硝改造工程選擇了蜂窩式催化劑，均按灰分濃度情況選擇了適應項目煙氣特點的催化劑形式。

（3）根據電廠粉塵的黏性不高，易于清除的特點，西塞山電廠一期和二期脫硝改造工程均選擇了對本項目性價比高的聲波式吹灰器。

（4）根據煙道的長度、布置形式和飛灰濃度，西塞山電廠一期脫硝改造工程設置了SCR反應器出入口灰斗，二期脫硝改造工程沒有設置灰斗。

（5）根據西塞山電廠情況設置了全廠公用的液氨儲存、制備與供應系統，既降低了成本，也便于電廠的統一管理和維護。

（本文責編：齊琳）

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1674－1951（2016）10－0063－03

鄧輝鵬（1980—），男，湖南郴州人，工程師，從事火力發電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵工程方面的工作（E-mail：denghp＠chec.com.cn）。

2016－01－07；

2016－08－23