媽灣電廠脫硝系統熱解爐啟動優化

摘 要：隨著國家環保政策對火力發電廠大氣污染物排放標準要求越來越高。火力發電廠超低排放將作為強制標準執行，分析了機組啟動階段影響脫硝系統及時投運的因素。針對其中尿素溶液熱解爐的優化啟動提出了較好的解決思路，確保脫硝系統能夠盡快投入運行。

關鍵詞：熱風爐；點火；并列運行；SCR反應器

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0261-02

1 媽灣電廠脫硝系統原理簡介

媽灣電廠采用的是SCR選擇性催化劑還原煙氣脫硝技術，屬于干法脫氮技術之一。媽灣電廠采用尿素熱解法脫硝技術。尿素是一種白色或者淺黃色的結晶體，吸濕性強，易溶于水。因為尿素運輸、儲存方便，無需考慮安全和危險性，故逐漸在脫硝系統中得到較廣泛應用。尿素的分子式是尿素的分子式是CO（NH2）2，在高溫高壓（160～240℃，2.0MPa）或者高溫常壓（350～650℃，0.1MPa）條件下，C-N鍵斷裂分解為H2O、NH3和CO2。

其主要化學還原反應如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O及4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O其反應產物為對環境無害的水和氮氣，但只有在800℃以上的條件下才具備足夠的反應速度，在工業應用是需安裝相關反應的催化劑，在催化劑的作用下其反應溫度降低至280～400℃左右，鍋爐省煤器后溫度正好處于這一范圍內，這為鍋爐脫硝提供了有利條件。SCR催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（>450℃）時催化劑會加速老化；當溫度在300℃左右時，在同一催化劑的作用下，另一副反應也會發生。2SO2+O2→2SO3及NH3+H2O+SO3→NH4HSO4即生成氨鹽，該物質粘性大，易粘結在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運行。因此，只有在催化劑環境的煙氣溫度在300～410℃之間時方允許噴射氨氣進行脫硝。

尿素顆粒儲備及溶解系統是全廠公用系統，主要目的是將尿素顆粒用除鹽水溶解成40～60%質量濃度的尿素溶液并儲存在尿素溶液儲罐。尿素溶液經尿素循環泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入熱解爐，熱一次風經電加熱器或熱風爐進一步提高溫度至400℃左右將霧化后的尿素溶液在熱解爐內分解生成NH3、H2O和CO2，分解產物與稀釋空氣混合均勻產生濃度小于5%的氨氣，并由氨噴射系統噴入安裝在省煤器后的脫硝反應器系統。

2 脫硝系統機組啟動過程投運的影響因素

機組啟、停階段對于環保參數的控制顯得尤為重要。媽灣電廠對停機過程環保參數控制經過不斷總結和優化及操作員水平的日益提高，不管是機組備用停機或者檢修停機，對于環保參數的控制都非常好，完全可以做到停機過程全程達到超低排放標準。但機組啟動階段，只要脫硝系統沒有投入，環保參數就達不到超低排放標準。要確保脫硝系統尿素噴槍的投入，必須達到兩個條件：①SCR反應器入口煙氣煙溫，必須達到催化劑反應環境的煙氣溫度300℃以上；②熱解爐出口加熱到320℃以上。將熱解爐加熱到滿足脫硝系統尿素噴槍投入運行顯得至關重要，目前困擾運行及檢修人員的主要問題就是熱風爐的點火問題，有時會嚴重影響脫硝系統的投入時機。

3 尿素熱解系統的構成

媽灣電廠各臺爐脫硝系統建設初期，將熱一次風進一步加熱到400℃是通過電加熱器完成。電加熱在使用過程中，存在以下幾點不足：①機組啟動過程中對熱解爐加熱速度較慢；②脫硝系統運行過程中，因熱一次風含灰塵會使電加熱積灰導致電加熱傳熱效果差，滿足不了熱解爐加熱需要，電加熱出口溫度高保護跳閘，脫硝系統被迫停運，且無法在線進行清除積灰；③電加熱投自動方式控制，熱解爐出口氨風溫度波動較大，控制性能較差。

在媽灣電廠鍋爐點火系統由燃油系統改為天燃氣點火系統后，利用機組大小修機會將脫硝系統進行了改造。熱一次風的加熱熱源改為燃燒天燃氣的熱風爐，電加熱系統保留作為熱風爐故障時的備用。經過近兩年的運行，存在一個較為突出的問題，就是熱風爐點火故障率高，導致脫硝系統投入推遲，影響環保參數超低排放合格率。目前檢修部門經過一系列的改造及采取措施，點火成功率明顯提高。但熱風爐的點火問題一直是機組啟動過程中困擾檢修、運行人員的一個突出問題。熱風爐及電加熱系統圖如圖1。

4 熱風爐與電加熱短時并列運行的可行性

4.1 目前的系統運行情況

熱風爐與電加熱器并聯接入系統，熱風爐與加熱器只能保持一路運行且通過熱風爐及電加熱出口氣動截止閥實現相互閉鎖。當使用電加熱時，熱風爐出、入口氣動截止門保持關閉狀態；檢修在處理熱風爐點火故障時只能解除相關保護通過熱風爐出口DN200排空管進行試點火或者將電加熱停運再試投熱風爐，但機組正常運行中電加熱停運意味著脫硝系統退出。

4.2 電加熱與熱風爐短時并列運行的風險評估

因電加熱與熱風爐在系統中是完全并列的，熱風爐出入口截止門即使在開啟狀態，因入口壓力始終高于出口壓力，不至于擔心會倒流或者影響熱風爐點火；同樣道理，熱風爐試點火如果不成功，噴入的少量天然氣也是在電加熱后并入系統，且電加熱出口壓力始終低于入口壓力，不會進入電加熱本體，不存在安全隱患。

5 熱風爐與電加熱并列運行的實施方案

熱風爐與電加熱短時并列運行，無需進行系統改造，只需要熱工進行邏輯修改，將熱風爐與電加熱出口氣動截止閥相互閉鎖條件解除，允許運行人員進行操作。具體操作流程如下：

（1）安排電氣人員測量電加熱絕緣并送電，保持良好備用狀態。

（2）機組并網前，啟動一次風機后，進行熱風爐點火操作，如點火成功則保持熱風爐運行，逐步對熱解爐進行加熱達到320℃以上，滿足脫硝系統尿素噴槍投入條件。

（3）熱風爐點火成功后運行人員需控制好熱風爐熱一次風入口調門開度和天然氣調門開度，待溫度達到350℃后再逐步開大熱風爐熱一次風調門。

（4）當發現熱風爐點火不成功后，將電加熱投入運行并控制好電流，保證熱解爐逐步升溫至320℃以上。此時為確保電加熱有足夠的熱一次風通過，運行人員需要將熱風爐熱一次風入口調門關閉，熱風爐出口截止門可以保持關閉。并及時聯系檢修人員處理熱風爐點火故障。

（5）檢修處理熱風爐故障過程中電加熱一直保持運行，待檢修需要試投熱風爐時，由于點火階段熱風爐熱一次風調門開度在10%左右開度，不會造成電加熱過熱，不會大幅影響電加熱的加熱效果。所以熱風爐試點火時適當開啟熱風爐熱一次風入口調門及熱風爐出、入口截止氣動門，不試則及時關閉。

（6）當檢修處理點火故障后，如果熱風爐試點火成功，則逐漸開大熱風爐入口熱一次風調門并調整天然氣流量，同時緩慢關小電加熱熱一次風門并減小電加熱電流，逐步并入熱風爐運行及退出電加熱運行。如試點火仍不成功，故障暫時解決不了，則保持電加熱運行，只要脫硝系統SCR入口煙溫達到308℃以上及熱解爐出口溫度達到320℃以上，脫硝系統就可及時投入運行，并將熱風爐進行隔離。

（7）檢修人員將熱風爐故障處理好后，運行人員緩慢操作，可以保證脫硝系統在運行情況下，將熱風爐并入運行并逐步退出電加熱運行，實現無擾切換，不影響脫硝系統的正常運行。

6 電加熱與熱風爐短時并列運行實施效果

在機組啟動階段，發現熱風爐點火故障立即投入電加熱運行，熱解爐的加熱過程不受影響，待熱風爐故障處理好后，將熱風爐點火啟動逐步并入系統運行，電加熱系統逐步退出運行，實行無擾切換。機組正常運行過程中，脫硝系統電加熱器自改造成熱風爐后一直未使用，從系統考慮一直處于備用狀態，但電加熱是否能夠正常工作一直不清楚，如果實現熱風爐及電加熱短時并列，脫硝系統正常運行過程中，電加熱器可以安排定期工作試運，保證電加熱處于良好備用狀態。熱風爐作為主設備運行，有缺陷需要檢修，可以切換至電加熱運行，保證機組運行時脫硝系統能夠始終不退出運行。

7 結束語

在機組啟動階段，將尿素溶液熱解爐加熱到320℃以上滿足脫硝系統投入條件是關鍵。電加熱與熱風爐在機組啟動階段短時并列方案，可以確保脫硝系統在機組負荷達到要求時脫硝系統投入運行，縮短氮氧化物超標時間。

參考文獻

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[2]呂浩軍，程延武，陽 璐.SCR脫硝技術介紹與分析.能源研究與管理，2014（02）.

[2]脫硝天然氣加熱器改造方案.西安天立能源環保工程技術有限公司.

收稿日期：2018-8-4