火電廠脫硝稀釋風(fēng)優(yōu)化改造方案探索

引言

目前,脫硝裝置已經(jīng)成為國內(nèi)火電機組必備的環(huán)保設(shè)施,其中選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置應(yīng)用最為廣泛,其優(yōu)點是具有良好的選擇性,穩(wěn)定性強,脫硝效率高。該裝置常規(guī)安裝在鍋爐省煤器出口至空氣預(yù)熱器入口的煙道之間,其技術(shù)原理是在適當(dāng)溫度下(一般要求為280~400℃),還原劑(如NH3)通過催化劑層把NoC催化氧化為氮氣(N2)和水(H2o)。

其中,以液氨為還原劑的脫硝裝置設(shè)計中,空氣被電廠普遍采用作為氨與空氣混合系統(tǒng)中的稀釋風(fēng)來源,也有報道優(yōu)化后改用冷一次風(fēng)作為稀釋風(fēng),空氣的優(yōu)點為可就地取風(fēng),且對稀釋風(fēng)機各項性能指標(biāo)要求低,缺點是空氣溫度遠遠低于脫硝反應(yīng)器內(nèi)的煙氣溫度,由此會造成鍋爐熱量的損失和脫硝系統(tǒng)的溫降,同時,空氣的摻入增加了鍋爐系統(tǒng)煙氣量,給后續(xù)各煙氣處理設(shè)備增加了負擔(dān)。因此,稀釋風(fēng)采用空氣對整個機組系統(tǒng)而言不利于節(jié)能減排。

本文以廣東省某實現(xiàn)超低排放的常規(guī)300Mw燃煤機組電廠煙氣處理系統(tǒng)工藝流程為例,借鑒以尿素作為還原劑的脫硝裝置優(yōu)化改造理念,提出以煙氣回用方式作為脫硝稀釋風(fēng)的優(yōu)化改造方案,同時根據(jù)改造后的相關(guān)數(shù)據(jù)計算分析,用以論證節(jié)能效果,希望能為火電廠節(jié)能減排工作的開展做出一定貢獻。

1脫硝稀釋風(fēng)改造設(shè)想

以液氨作為脫硝裝置的氮氧化物還原劑,首先需要考慮的是液氨使用的安全性問題。在化學(xué)特性方面,純氨氣因遇熱、明火難以點燃而危險性較低,但氨和空氣混合物達到一定濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其他可燃性物質(zhì)存在,則危險性更高。氨的燃點是651℃,通常不易燃燒,當(dāng)其被加熱到651℃以上時會立刻燃燒。由此可見,氨氣在一定溫度以下,沒有達到爆炸濃度限值,且不遇明火的條件下不會發(fā)生爆炸危險,如果選用鍋爐尾部煙氣作為稀釋風(fēng),能夠滿足機組運行的安全要求。

某實現(xiàn)超低排放的常規(guī)300Mw燃煤機組電廠煙氣處理設(shè)施工藝流程為:鍋爐燃燒煙氣經(jīng)省煤器初次降溫后(約350℃)進入脫硝裝置(SCR),脫硝后煙氣進入空預(yù)器二次降溫(約130℃),然后進入靜電除塵器除塵,再經(jīng)引風(fēng)機送入回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器(GGH)三次降溫,而后依次經(jīng)脫硫塔、濕式電除塵器和GGH升溫,最后由煙囪排放(約80℃)。該電廠脫硝稀釋風(fēng)由稀釋風(fēng)機就地抽取空氣作為風(fēng)源,空氣送入氨一空氣混合器中與供氨系統(tǒng)提供的氨氣混合后進入SCR前煙道。

本文結(jié)合該電廠各流程處煙氣參數(shù),將稀釋風(fēng)按如下方案進行優(yōu)化改造(圖1),方案按照不同流程處煙氣特點的不同分為兩種:

(1)方案1:中溫高硫型,即直接取引風(fēng)機后、GGH前的煙氣作為脫硝稀釋風(fēng)。

(2)方案2:低溫型,即直接取GGH后凈煙氣作為脫硝稀釋風(fēng)。

2改造方案對比

上述稀釋風(fēng)優(yōu)化改造方案與空氣作為稀釋風(fēng)方式的優(yōu)缺點對比如表1所示。

由表1可以看出,改造設(shè)想的兩種方案,通過煙氣回用可以起到較好的節(jié)能降耗效果。其中,方案1因所取用煙氣處于引風(fēng)機出口處,具有較高壓頭,可取消現(xiàn)有稀釋風(fēng)機或?qū)⑵渥鳛閭溆蔑L(fēng)源,最具節(jié)能降耗潛質(zhì)。

此外,對于方案1,因作為稀釋風(fēng)的煙氣中So2含量高,在溫度低于200C時,其與氨氣混合后易生成硫酸銨或硫酸氫銨,存在堵塞噴氨格柵的風(fēng)險。為消除該風(fēng)險,可通過對進入混合器前的稀釋風(fēng)再加熱或混入一定量熱一次風(fēng)來提高風(fēng)溫,再加熱的方式則可選擇與空預(yù)器前端高溫?zé)煔鈸Q熱或電加熱等方式。

3系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

取該電廠在不同季節(jié)、不同負荷下相關(guān)運行參數(shù)作為計算依據(jù),對比改造前(稀釋風(fēng)來源空氣)和按方案1改造后(稀釋風(fēng)來源煙氣)煙氣參數(shù)的變化,計算結(jié)果如表2所示。

其中,溫度、壓力、煙氣量等主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取自電廠煙氣在線監(jiān)控系統(tǒng)(DCS),并假設(shè)改造前后各數(shù)據(jù)不變,其他計算數(shù)據(jù)按理想氣體狀態(tài),根據(jù)克拉伯龍方程及熱力學(xué)定律,以DCS凈煙氣參數(shù)為基礎(chǔ)反向計算得到;計算過程中因沒有實際煙氣的熱力學(xué)定壓熱容參數(shù),該數(shù)值按空氣參數(shù)選定。

從表2中計算結(jié)果可以看出,負荷為180Mw時,改造前冬季,SCR前煙溫因摻入空氣下降3.2C,煙氣量增加1.14%;改造前夏季,SCR前煙溫因摻入空氣下降3C,煙氣量增加1.1%;改造后夏季,SCR前煙溫因摻入熱煙氣僅下降1.7C,煙氣量增加0.87%,但此時引風(fēng)機后續(xù)設(shè)備風(fēng)量無增加。負荷為300Mw時,改造前冬季,SCR前煙溫因摻入空氣下降2.8C,煙氣量增加0.85%;改造前夏季,SCR前煙溫因摻入空氣下降2.6C,煙氣量增加0.83%;改造后夏季,SCR前煙溫因摻入熱煙氣僅下降1.3C,煙氣量增加0.61%,同樣引風(fēng)機后續(xù)設(shè)備風(fēng)量無增加。如按照引風(fēng)機后脫硫塔入口設(shè)計風(fēng)量100萬Nm3/h計算,扣除稀釋風(fēng)機采用空氣時給系統(tǒng)增加的風(fēng)量,則改造后相比改造前,實際自SCR后的系統(tǒng)風(fēng)量減少約0.55%。

由上可見,當(dāng)采用空氣作為稀釋風(fēng)時,機組負荷越低或空氣溫度越低,稀釋風(fēng)對SCR的溫降影響越大,而利用熱煙氣回用進行稀釋風(fēng)改造,能夠減少SCR溫降達1.3℃。如果把減少的溫降計入空預(yù)器吸熱溫度,即假設(shè)改造前后排煙溫度下降1.3℃,則改造后能夠提高鍋爐效率約0.05%。

此外,從表中計算結(jié)果還可以看出,改造前后SCR前煙氣氧含量和凈煙氣NoX濃度變化非常小,改造方案對SCR性能和污染物排放指標(biāo)的影響可以忽略,但實際因改造后SCR溫度提高、煙氣量降低,有利于煙氣處理設(shè)施性能的提高以及污染物排放濃度的降低。在設(shè)備能耗方面,改造后除可節(jié)省原有稀釋風(fēng)機電耗外,因流經(jīng)SCR及后續(xù)設(shè)備的煙氣量降低,每臺引風(fēng)機電耗同比也會降低至少1A,二者合計可節(jié)約電耗約40kw·h/h。

4結(jié)論

本文通過數(shù)據(jù)計算和對比分析發(fā)現(xiàn),對于300Mw機組,當(dāng)采用空氣作為稀釋風(fēng)時,機組負荷越低或空氣溫度越低,稀釋風(fēng)對SCR的溫降影響越大。利用經(jīng)脫硝、除塵后的引風(fēng)機出口段熱煙氣回用作為脫硝反應(yīng)器稀釋風(fēng)具有可行性,且改造后夏季時SCR前煙氣量可降低0.22%,自SCR后實際系統(tǒng)總風(fēng)量可減少0.55%:改造方案能夠提高SCR系統(tǒng)溫度1.3℃,有利于提升煙氣處理設(shè)施性能,鍋爐效率可提高約0.05%。此外,改造后可停用原有稀釋風(fēng)機,同步降低引風(fēng)機出力,二者合計可節(jié)約電耗約40kw·h/h。