鄧輝鵬

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160）

湖北西塞山電廠煙氣脫硝工程技術(shù)分析

鄧輝鵬

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160）

介紹了湖北華電西塞山發(fā)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(tǒng)配置、設(shè)備選型和技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了西塞山電廠在煙氣脫硝系統(tǒng)配置和設(shè)備選型上的經(jīng)驗(yàn)，為同類型電廠的脫硝工程設(shè)計(jì)提供了參考。

煙氣脫硝；選擇性催化還原工藝；流場(chǎng)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(fā)電有限公司一期工程裝備2×330 MW機(jī)組分別于2004年7月和12月投入商業(yè)運(yùn)行。鍋爐由武漢鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)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(zhì)量濃度750 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），改造后NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）。

湖北華電西塞山發(fā)電有限公司二期裝備2× 680 MW機(jī)組，其中，＃3機(jī)組于2010年12月投入商業(yè)運(yùn)行，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱技術(shù)設(shè)計(jì)制造的HG2098/26.15－YM3型鍋爐，燃燒系統(tǒng)采用MACT技術(shù)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(zhì)量濃度為400 mg/m3，改造后需要將NOx排放質(zhì)量濃度降至100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）以下。＃4機(jī)組為新建機(jī)組，脫硫、脫硝和除塵設(shè)施需同時(shí)投運(yùn)，投運(yùn)時(shí)NOx排放質(zhì)量濃度需保證在100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）以下。

1.2 煙氣條件

一期機(jī)組省煤器出口煙氣條件見(jiàn)表1。二期機(jī)組省煤器出口煙氣條件見(jiàn)表2。

表1 一期機(jī)組省煤器出口煙氣條件

備注φ（H2O）/%6.04標(biāo)態(tài)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)/BMCR濕基φ（O2）/%3.95標(biāo)態(tài)，濕基φ（N2）/%75.39標(biāo)態(tài)，濕基φ（CO2）/%14.63標(biāo)態(tài)，濕基ω（NOx）/（mg·m－3）750標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（SO2）/（mg·m－3）5105～6724標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（煙塵）/（mg·m－3）49.4標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量ω（SO3）/（mg·m－3）50～68標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量

表2 二期機(jī)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(shí)，在55%～100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）負(fù)荷范圍內(nèi)，SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為750mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），性能考核試驗(yàn)時(shí)的脫硝效率不低于90%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前，脫硝效率不低于88%，且NOx排放質(zhì)量濃度不超過(guò)100 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），BMCR工況下單臺(tái)機(jī)組的液氨耗量260 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

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

催化劑的機(jī)械壽命不小于10年，化學(xué)壽命不小于3年（24000 h），在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

1.3.2 二期性能保證

初裝2層催化劑時(shí)，在鍋爐55%～100%BMCR鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi)，SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度為400 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），性能考核試驗(yàn)時(shí)的脫硝效率不低于83%。在催化劑質(zhì)量保證期期滿之前，脫硝效率不低于80%，且NOx排放質(zhì)量濃度不超過(guò)100mg/m3，BMCR工況下單臺(tái)機(jī)組的液氨耗量275 kg/h，脫硝裝置出口煙氣中的氨的質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

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

催化劑的機(jī)械壽命不小于10年，化學(xué)壽命不小于3年（24000h），在化學(xué)壽命內(nèi)能有效保證系統(tǒng)脫硝效率及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 流場(chǎng)模擬

為模擬脫硝煙道和SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣的流動(dòng)情況、溫度場(chǎng)分布情況和煙氣組分混合情況，項(xiàng)目采用了數(shù)值流場(chǎng)模擬并結(jié)合1∶10的比例模型實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流動(dòng)、煙氣內(nèi)組分混合、積灰等流場(chǎng)情況的方式，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)煙道和反應(yīng)器設(shè)計(jì)做了適當(dāng)優(yōu)化，并設(shè)置了多組煙氣導(dǎo)流板。

2.2 催化劑

湖北西塞山發(fā)電有限公司一期2×330 MW機(jī)組的煙氣脫硝改造煙氣條件較為惡劣（高灰、高硫），煙塵質(zhì)量濃度達(dá)到49.4 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），對(duì)催化劑的抗堵灰能力要求較高，選擇了抗堵灰能力強(qiáng)的平板式催化劑，反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計(jì)為4.6 m/s。

湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680MW機(jī)組脫硝入口煙塵質(zhì)量濃度為38.8 mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6% O2），脫硝粉塵質(zhì)量濃度小于40mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6% O2），從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇了18×18孔蜂窩式催化劑，反應(yīng)器催化劑迎風(fēng)面流速設(shè)計(jì)為5m/s。

目前，項(xiàng)目投運(yùn)近3年，脫硝系統(tǒng)不僅能夠保證可靠的脫硝效率，也未出現(xiàn)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(xiàng)目選擇了聲波吹灰器，既避免了蒸汽吹灰對(duì)催化劑壽命的影響，也大大減小了檢修操作平臺(tái)。至今為止，停機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)催化劑上表面非常干凈，沒(méi)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(jī)房，沒(méi)有預(yù)留脫硝的空間，脫硝反應(yīng)器只能布置在鍋爐的兩側(cè)。由于布置方式特殊，脫硝入口水平煙道長(zhǎng)度超過(guò)了15 m，垂直煙道18 m，最后通過(guò)1個(gè)90°彎頭接入反應(yīng)器。由于脫硝入口煙道很長(zhǎng)，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(shè)置3個(gè)灰斗，灰斗下方設(shè)置星型給料機(jī)和水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機(jī)內(nèi)。脫硝出口至空預(yù)器入口的煙道也有約30 m長(zhǎng)，為避免煙道積灰，在脫硝出口煙道上也設(shè)置了2個(gè)灰斗和星型給料機(jī)及水力沖渣裝置，積灰被沖到電廠撈渣機(jī)內(nèi)。至今為止，灰斗和輸灰裝置均運(yùn)行良好，未出現(xiàn)輸灰困難的情況。

湖北西塞山發(fā)電有限公司二期2×680 MW機(jī)組脫硝改造，以原有省煤器出口煙道膨脹節(jié)為分界線，在膨脹節(jié)后接入1段約3.5 m的水平煙道，水平煙道上設(shè)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(shè)置1個(gè)彎頭接入反應(yīng)器。由于西塞山二期脫硝入口煙道長(zhǎng)度適中，且入口煙道下方為脫硝反應(yīng)器出口煙道，位置緊湊，沒(méi)有空間設(shè)置脫硝入口煙道的灰斗，僅在脫硝入口煙道下部設(shè)置了檢修人孔，如果水平煙道上有積灰可以在正常檢修時(shí)進(jìn)行清理。

2.5 氨區(qū)

液氨儲(chǔ)存、制備系統(tǒng)布置于獨(dú)立的液氨儲(chǔ)存區(qū)，統(tǒng)一考慮西塞山電廠4臺(tái)機(jī)組的液氨儲(chǔ)存和供應(yīng)需求。氨站的液氨儲(chǔ)存能力為187 t，設(shè)置3臺(tái)120 m3液氨儲(chǔ)罐。氨站裝置由液氨卸車、液氨儲(chǔ)罐區(qū)、液氨氣化輸送3個(gè)工序組成。氨站裝置采用蒸汽加熱蒸發(fā)方式對(duì)脫硝裝置供氣氨，供氨量最大可達(dá)到1200kg/h，滿足4臺(tái)爐氨耗量。裝置流程自動(dòng)化程度高，除卸車時(shí)段外其他時(shí)段均可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)充分考慮了保障裝置連續(xù)安全生產(chǎn)備用措施，3臺(tái)液氨儲(chǔ)罐互為備用。為保證連續(xù)不間斷生產(chǎn)，液氨蒸發(fā)器采用2開(kāi)1備，在保證連續(xù)生產(chǎn)的同時(shí)可定期對(duì)氣氨蒸發(fā)及輸送系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)。有可能發(fā)生氣氨泄漏的區(qū)域全部設(shè)置有氨泄漏檢測(cè)器，可在發(fā)生泄漏時(shí)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

2.5.1 液氨儲(chǔ)罐

氨站設(shè)置3臺(tái)臥式液氨儲(chǔ)罐，根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，液氨儲(chǔ)罐屬于3類壓力容器。氨區(qū)儲(chǔ)罐容量按照4臺(tái)鍋爐BMCR工況下每天運(yùn)行24 h連續(xù)運(yùn)行7 d的消耗量考慮，每個(gè)儲(chǔ)罐公稱容積120 m3，設(shè)備外形尺寸?3200 mm×15400 mm。

2.5.2 卸氨壓縮機(jī)

所選用卸氨壓縮機(jī)流量1 m3/min（標(biāo)態(tài)），2臺(tái)互為備用，往復(fù)式壓縮機(jī)出口設(shè)安全閥。

2.5.3 液氨蒸發(fā)器

氣氨用量1060 kg/h（4臺(tái)鍋爐），考慮110%的設(shè)計(jì)裕度，氨供應(yīng)能力按照1200 kg/h設(shè)計(jì)。設(shè)置3臺(tái)蒸發(fā)器，每臺(tái)按照600 kg/h進(jìn)行選型，2開(kāi)1備，采用蒸汽加熱。

2.5.4 氨氣緩沖槽

設(shè)置3套氨氣緩沖槽（分別對(duì)應(yīng)一、二期機(jī)組），2運(yùn)1備。從蒸發(fā)器來(lái)的氨氣進(jìn)入氨氣緩沖槽，通過(guò)調(diào)壓閥減壓到一定壓力，再通過(guò)氨氣輸送管線送到鍋爐側(cè)的脫硝系統(tǒng)。氨氣緩沖槽應(yīng)能為SCR系統(tǒng)穩(wěn)定供應(yīng)氨氣，且能避免蒸發(fā)槽操作不穩(wěn)定所帶來(lái)的影響，每套緩沖槽設(shè)置有安全閥保護(hù)。

2.5.5 氨氣稀釋槽

氨區(qū)應(yīng)設(shè)置1臺(tái)氨氣稀釋槽，有槽頂淋水和槽側(cè)進(jìn)水，水槽液位應(yīng)由滿溢流管控制。液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)各處排出的氨氣由管線匯集，從稀釋槽底部進(jìn)入，通過(guò)分散管將氨氣分散入稀釋槽水中，利用大量水來(lái)吸收安全閥排放的氨氣。氨氣稀釋槽上方設(shè)氨氣泄露檢測(cè)儀，當(dāng)氨泄漏濃度過(guò)大時(shí)，實(shí)現(xiàn)氨氣稀釋槽內(nèi)的自動(dòng)加水和排水。

2.5.6 事故應(yīng)急池

本項(xiàng)目設(shè)置1個(gè)容積500m3的事故應(yīng)急池，儲(chǔ)罐事故泄漏產(chǎn)生的污水排入事故應(yīng)急池。氨區(qū)事故應(yīng)急池中主要污染物為氨水，pH值達(dá)不到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求6～9。事故狀態(tài)下首先對(duì)應(yīng)事故急池內(nèi)的污水進(jìn)行人工取樣，再采用玻璃電極法測(cè)pH值，采用鈉氏試劑比色法或蒸餾滴定法測(cè)試氨水濃度，根據(jù)測(cè)定的氨水濃度和廢水的總量，投入鹽酸對(duì)事故應(yīng)急池內(nèi)的廢水進(jìn)行中和，當(dāng)pH值降至6～9時(shí)，再由事故應(yīng)急池泵入廠內(nèi)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）脫硝系統(tǒng)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(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)數(shù)模和物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化煙道及反應(yīng)器設(shè)計(jì)，在彎頭和反應(yīng)器入口等處設(shè)計(jì)煙氣導(dǎo)流板。

（2）以40 mg/m3的粉塵質(zhì)量濃度為分界點(diǎn)，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(yīng)項(xiàng)目煙氣特點(diǎn)的催化劑形式。

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

（4）根據(jù)煙道的長(zhǎng)度、布置形式和飛灰濃度，西塞山電廠一期脫硝改造工程設(shè)置了SCR反應(yīng)器出入口灰斗，二期脫硝改造工程沒(méi)有設(shè)置灰斗。

（5）根據(jù)西塞山電廠情況設(shè)置了全廠公用的液氨儲(chǔ)存、制備與供應(yīng)系統(tǒng)，既降低了成本，也便于電廠的統(tǒng)一管理和維護(hù)。

（本文責(zé)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(fā)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