SCR煙氣脫硝系統冷風加熱改造技術研究

郝哲晶

(大唐長春第二熱電有限責任公司，吉林 長春 130030)

1 設備概況

近年來，國家對大氣環境保護的管控力度越來越大，連續發布了一系列法律法規。要求國內燃煤電廠達到超低排放標準，煙氣中的氮氧化物排放量不大于50 mg/Nm3[1-3]。大唐長春第二熱電有限責任公司1號爐于1991年投產，鍋爐型號為HG-670/140-YM14。3、4號機組于2005年投產，5號機組于2007年投產，6號機組于2010年投產，3-6號爐型號為HG-670/13.7-YM9，是超高壓高溫、一次中間再熱、單汽包燃煤自然循環鍋爐，與200 MW汽輪發電機組成單元制機組，整體呈“Π”型布置。鍋爐前部為燃燒室，采用膜式水冷壁，燃燒室上部布置了全輻射式前屏過熱器，爐膛出口布置了半輻射式后屏過熱器。水平煙道由斜坡水冷壁和側包墻管道組成，水平煙道布置了對流過熱器和再熱器段，頂棚和水平煙道兩側及轉向室布置了頂棚和包墻過熱器，鍋爐后部為豎井煙道，豎井煙道內布置了再熱器冷段、H型省煤器、回轉式預熱器、SCR煙氣脫硝系統。2014—2015年進行脫硝改造，配套安裝尿素水解脫硝系統，采用熱稀釋風噴氨方式，稀釋風源取自回轉式空氣預熱器出口熱風道，氨氣經熱稀釋風稀釋后通過噴氨格柵分支管道射入尾部煙道內，與煙氣中的氮氧化物進行化學反應實現煙氣中的脫硝作用。按照國家超低排放標準要求，在2016—2018年進行超低排放改造，增加備用層催化劑及相關配套設備，改造完成后氮氧化物排放量符合超低排放標準。鍋爐的主要參數見表1。

表1 設計燃料特性

2 脫硝系統

1-6號機組采用高灰型選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，以尿素水解產生氨氣制備還原劑，其中尿素儲存、制備與供給系統母管管路已經建成。每臺鍋爐設2臺SCR反應器，布置在鍋爐省煤器出口與空預器煙氣入口之間，不設反應器旁路和省煤器旁路，SCR區域采用緊身封閉。脫硝催化劑采用蜂窩式，按“2+1”模式布置，備用層在最上層。經超低排放改造后，即在原預留層安裝新一層催化劑。每臺機組在備用層增加8臺聲波吹灰器、4臺蒸汽吹灰器及相應管道附件及控制部分。增加脫硝出口連通煙道。解決鍋爐燃燒后的煙氣流量甲、乙側分配不均，實現聯箱分流式煙風道。增加備用層催化劑壓力及溫度測量裝置并引入DCS系統。重新確定氨逃逸測點位置，同時氨逃逸測點改為多點測量方式。SCR煙氣脫硝系統采用水解工藝，尿素與除鹽水混合進入水解器內，利用蒸汽對尿素進行熱解生產熱解氣，熱解氣由氨氣與水蒸氣組成，熱解氣與稀釋熱風混合進入氨氣管道，通過噴氨格柵分支管道射入煙道內，熱解氣中的氨氣與煙氣中的氮氧化物反應，從而達到消除煙氣中的氮氧化物目的。

3 SCR煙氣脫硝系統存在問題

由于機組長時間運行，煙氣對預熱器的密封片磨損嚴重，導致預熱器漏風率增大，造成預熱器熱風中的含灰量增加。SCR煙氣脫硝系統所需要的稀釋熱風取自預熱器熱風出口風道，稀釋熱風中的含灰量較多，極易與水解器生產的水蒸氣混合，導致脫硝噴氨系統管道的彎頭、縮徑管道、聯箱、噴氨格柵等部位堵灰嚴重，造成脫硝系統稀釋風量減小，進入煙道內的供氨不均等問題。氨氣管道堵塞嚴重時，導致脫硝效率下降，迫使投入氨氣量增加，造成尿素耗量增加，甚至出現環保超標風險，嚴重時環保參數超標可能造成機組被迫停運事故。管道堵塞情況見圖1、圖2。

圖1 脫硝噴嘴堵塞情況

圖2 噴氨格柵分支管道堵塞情況

4 冷風加熱技術

在SCR煙氣脫硝系統的原稀釋風系統基礎上增加一套純凈風冷風煙氣加熱系統，稀釋風機入口風源取自室內，并設置一層篩網，防止雜物進入稀釋風系統中，堵塞噴氨滴管。稀釋風機出口設計一條新管路，將室內風經Φ325×7 mm的聯絡母管再分4路Φ219×6 mm送入SCR出口煙道中進行換熱混合，室內風設計加熱至260～320 ℃，再經Φ377×7 mm的管路送回至稀釋風機出口母管中，與原稀釋風出口管道連接。氨氣經與加熱后的稀釋風稀釋后一同送入SCR脫硝A、B側噴氨格柵中，實現脫硝作用。新系統與原系統為并列關系，可實現獨立運行功能。當任一系統故障時，可切換至另一系統運行，改造后DCS操作系統操作方式不變。換熱管迎風面加裝防磨角鋼，換熱管采用Q235材質，可以滿足管材防磨要求，磨損壽命大于5年，使用壽命大于8年。改造后將冷風加熱系統作為熱稀釋風的主要運行方式，原有的系統作為備用方式運行，2種系統可以自由切換，有效提高了稀釋風系統的可靠性。通過改造，實現了純凈風輸送氨氣功能，避免脫硝系統積灰堵塞問題發生，降低人員勞動強度和作業安全風險，提高設備安全性、穩定性，滿足環保參數要求[4-5]。冷風加熱系統見圖3。

圖3 冷風加熱系統

5 改造后運行效果

機組經過1年的運行時間，通過脫硝稀釋風冷風加熱系統改造后，一是脫硝系統的設備缺陷明顯下降，有效降低人員勞動強度和作業安全風險；二是可以避免脫硝系統管道、彎頭堵塞問題，實現無塵噴氨，提高脫硝系統安全性、穩定性；三是在一定程度上解決了脫硝噴氨不均勻的問題，使進入煙道內氨氣分配更合理，有效提高了脫硝效率；四是通過消除稀釋風含灰量問題，優化脫硝反應，降低尿素耗量；五是通過在脫硝出口布置煙氣換熱器吸熱，進而實現降低排煙溫度目的；六是對鍋爐余熱回收提出了新方法，可有效推廣。

6 結論

a.結合排煙溫度高的爐型特點，有效對煙氣余熱進行回收，煙氣加熱系統還會緩解排煙溫度問題，使脫硝稀釋風冷風煙氣加熱系統改造一舉兩得。安裝管式換熱器，空預器入口煙溫可降低6 ℃，排煙溫度降低2 ℃，鍋爐效率增加0.1個百分點。

b.冷風加熱技術改造完成后，機組SCR煙氣脫硝系統運行穩定，經查閱運行參數，甲乙側稀釋風量可長期維持在2000 Nm3/h，噴氨格柵測溫正常，最低溫度大于120 ℃，噴氨格柵堵塞問題得到根本解決，人員巡視檢查和維護工作量大幅度減少，脫硝系統安全性、穩定性得到提升，環保風險進一步降低，可為存在類似問題的同類型機組提供借鑒。