1000MW燃煤机组SCR脱硝系统设计.pdf

30 8 化 工 进 展 C H E M IC A L IN D U ST R Y A N D E N G IN E ER IN G PR ClG R E SS 2014 年第 33 卷增刊 1 IO00M W燃煤机组 SC R 脱硝 系统设计 胡 志光 朱 怡儒 华北电力大学环境科学与工程学院 河北 保定 07100O 摘 要 目前 国内火 电厂的大气污染 问题 日益严重 大容量燃煤机组 的脱硝 系统设 计还不够 完善 选择催化 还原 技术是 国际上应用最广泛最有效的烟气脱硝工 艺 该技术效 率高 无二次 污染 符合 国家及行 业规定 本 文结合 实际经验 介 绍 1000M W脱硝 工程 的设计 方法及特 点 采用两 台相 同 SC R 设备 同时运行 的方法 高温高 尘方式 布 置 包括反应 器 SC R 本体的设计 催化 剂的设计 氨 区设 计 为 IO00M W脱硝 系统 的设计提供参 考 关键词 选择催 化还 原 催化 剂 反应 器 模型 The desi gn of SC R D eN O system i n a I O00M W c oal fi red uni ts proj ec t HU Z h i g u a n g C olleg e of E n vi ron m ental Sc i enc e and E ng i neeri ng N o rth C hi na Z H UY i rH E lec tri c P ow er U ni versi ty B aod i ng 0 71000 H ebei C hi n a A b strac t A t present atm o sph eri c po llu ti on p rob lem of d om esti c c oal fi red p ow er plan t i s i n c reasi n gly seri ou s T h e larg e c apac i ty d en i trati on sy stem desi gn i n c oal fi red u ni ts i s not p erfec t en oug h y et S C R w i th hi g h effi c i en c y n o sec on dary polluti on and i n goo d c on fo rm i ty w i th the state and i n du stri al reg ulati on s i s the m ost w i dely u sed and th e m ost effi c i en t flue g as deni trati o n tec h n olog y i n the w orld T h i s pap er i s ai m ed to c om b i n e p rac ti c al exp eri en c e desc ri be th e desi g n features of 1000 M W d eni trati on an d o pti m i zati o n i nc lud i ng the desi gn of the SC R reac tor b od y an d the desi g n of c ataly st T w o parallel S C R equ i p m en ts are run ni n g si m u ltan eou sly at h i gh tem perature an d h i g h d ust c o ndi ti on It i s provi ded a referen c e for th e desi gn of den i trati o n sy stem i n IO 00MW c oal fi red un i ts K ey w ords SC R c atalyst reac tors m odel 近年来 我 国国 民经 济迅 速增 长 对 电能 的需 求 极 大增加 而我 国 的能源结 构是 以煤 炭 为主 作 为主要 的电源供应的燃煤 电厂逐年增加 与燃煤相 关的环境问题愈加突出 控制燃煤污染物排放是大 气 污染 控制 的主要任 务 火 电厂更 是大 气污 染控 制 的重 中之 重 我 国是 能 源 消 耗 大 国 而 氮 氧 化 物 的 排 放 70 来 自燃煤 我 国 发 电能 源 结 构 及 趋 势 见 表 1 由此 可见 在 未来 相 当长的一 段 时问 内 火 电仍 占 我 国能源 结构 中绝 大部 分l 目前 我 国 N o 的年 排 放 量 仅 次 于 美 国 随 着 国 民经 济 发展 和人 口增 长 我 国 N O 的排 放 量 将 继续稳 步增 长 N O 型 的减 排是 我 国 十二 五 节 能 减排 的 新 增 任 务 目前 火 电 行 业 SO 和 N O 的排放 量 占全 国排 放 总 量 的 4O 以上 能 否 完 成 N O 减 排任 务与燃 煤 电厂脱 硝 紧密相 关 引 同时根 据新 出 台的 火 电厂大气 污染 物 排放 标 准 G B 13223 2Ol1 我国 N O 排放标准 已经降 为 100m g m 随着氮氧化物排放标准的不断提 表 1 我 国 发 电 能 源 结 构 及 趋 势 第一作者及联 系人 胡 志 光 1958一 男 教 授 硕 士 生导 师 E m ai l h zg299l 126 c orn R 一 术一 一 技一 一 用一 一 应一 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 增刊 1 胡志光等 1000M W 燃煤机组 SC R 脱硝系统设计 高 在众 多脱 硝 方 法 中 选 择性 催 化 还 原 SCR 法 以其脱 硝效 率 高 技 术成 熟 几乎 无二 次 污染 等 优 点 在美 国 欧 洲 日本 的火 电厂 已经 得 到广 泛 应 用 I4 但 是 目前 中国 的脱 硝 市 场 还 不 够 完 善 运行和催化剂的价格过高 而这一缺点随着技术的 进 步 正 在不 断被 克服 本文 以某 1000M W机组为研究对象 根据锅 炉 的烟气 参数 设 计 SC R 反应 器及 氨系 统 1 某 1000MW电厂 的工 艺流 程和 设 计参 数 1 1 某 1OO0M W电厂脱 硝装 置 布置 某 1000M W超 临界 燃 煤 锅 炉 的 脱 硝 装 置 使 用 高尘 布 置 脱硝 工艺 流程 如 图 1 所 示 图 1 SC R 脱硝工艺流程 高尘布置方法使得 SC R 反应器在省煤器和空 气 预 热器 之 间 布 置 紧凑 节约 钢材 反 应 温度 在 280 450 之 间 这个 温度 符合 市 面上 已有 的催 化 剂温度范围 烟气不 需要加 热就可 以进行脱 硝反 应 节 约能源 1 2 SC R 脱硝 系统的设 计 参数 使用锅 炉为超 临界参 数 微油 点火 燃 油助 燃 固 态 排 渣 锅 炉 省 煤 器 的 出 口 烟 气 量 为 3817847 893rn h 烟 气 温 度 为 365 省 煤 器 出 口N O 含量为 550m g m 根据 2012 年 1 月 1 日 实 施 的排 放 标 准 N O 的排 放 限值 为 100m g m 为满 足新要 求 该 燃 煤 机 组 脱 硝 效 率 至 少 要 达 到 81 8 考虑 25 的裕 量 本 设 计要 达 到 的脱 硝 效率为 86 4 9 6 满足效率时 N 排放量为 75m g m 3 同时 SO 到 SO 的转化率小于 1 氨逃逸率小于 5m g L SC R 反 应 器 入 口烟 气 浓 度 如 表 2 所 示 过量 空气 系数 为 1 18 SC R 反应器 采 用 双 烟 道 双 SC R 反 应 器 形 式 设 计 单个 SC R 反 应器 尺 寸按 锅 炉 50 BM C R 最 小 工况 下 烟气 量 的要 求 设 计 一 台 SC R 设 备 处 理 的 烟 气量 为 1908923 946m h 设 计 压力 按 5800Pa 表 2 脱硝 系统入 口烟气参数 表 3 SCR 反应器本体参数 考虑 瞬时不 变形 承载 力不低 于 9800Pa 根据入 口烟气的流量及参数 从而确定反应器 的设 计参 数见 表 3 1 3 催 化剂 的设 计 采用 蜂 窝式 SC R 催 化剂 活 性 材 料 由 V o W O T i O 等 组 成 这 种 类 型 的 催 化 剂 模 块 化 相 对质 量 比较轻 长 度 易于控 制 比表 面 积大 回 收利用 率高 在 世 界 催 化 剂 市 场 占 60 以上 的份 额 应 用 比较 广泛 供应 商也 较 多 催 化剂 部 分 参 数 如 表 4 所 示 每 层 催 化 剂 有 9 9 个模块 每个模块有 8 8 个单元 每个催化 剂 单元 截 面 尺 寸 为 150m m 150m m 为 了减 轻 飞 灰 对催 化 剂 的磨损 采 用边缘 硬 化技术 催化 剂 层 为 2 1 层 布 置 初 装 2 层 预 留 1 层备用 这样可既以达到预定的脱硝效率 又为 日 表 4 催化剂参数表 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 化 工 进 展 2014 年第 33 卷 图 2 催 化 剂俯 视 图 I I I I I I l l l l l 工 i I 图 3催化剂侧视 图 后 提 高的脱 硝标 准提 供预 留空 间 催化 剂设 计 图 如 图 2 图 3 所示 2 液氨 系统及主要供 应 系统 2 1 喷氨 格栅 在脱 硝 过程 中 氨气 能否 与烟气 均与 混合 是 提 高 脱硝效 率 的重要 方法 之一 为了确保 氨气 与 烟气 混合均匀 本设计采用线性喷氨格栅 每个管道都 可 以根据 烟气 流量 和分 布来 调节 氨气 喷人 量 喷 射 系统 具有 良好 的抗 热变 形性 热膨 胀性 抗 震 性 和 耐磨 性 按车间储罐 中的液氨送 到蒸发器 中产 生气态 氨 气态氨被 空 气 稀 释后 经 氨 注射 栅 格 注 入 SCR 反 应 器 入 口前 的 烟 道 中 氨 喷 射 系 统 由 数 根 喷 管 构 成 每 根 喷 管 上 有 大 量 的 喷 嘴 将 氨 空 气 混 合 物 喷 人 烟 道 并 混 合 氨 空 气 混 合 物 和 烟气 使通过 烟 道 的 N H N O 比率 分 布均 匀 液氨 储 存 系 统 及 供 应 系 统 的 设 计 参 数 如 表 5 所 示 表 5 液 氨储存及供应 系统设计 参数 2 2 液氨储 罐 液氨储罐是 SC R 系统 中储存液氨 的设备 体 积 一般 为 锅 炉 B M C R 工 况 下 一 周 的 液 氨 消 耗 量 并且保证储罐上部至少有 l0 的汽化空 间 本设 计 中 有 两 台 SC R反 应 器 同 时 运 行 用 量 为 131691 84kg 液氨 储罐 容 量 按 照 脱 硝 反应 器 运 行 7 天 每 天 24h 的用 量 计 算 由 于 液 氨 消 耗 量 过 大 本工 程设 计 4 台 卧式液 氨储罐 每两个 液 氨储 罐 可供锅 炉 BM C R 工况 下 连 续 一 周 的氨 气 量 液 氨储罐采用常温压力储 存 液 氨储罐 主要技术参 数 容积 为 120m 尺 寸 为 3400m m 12000m m 设计 压 力 为 2 16M P a 设 计 温 度 为 一 1O 40 使用材料为 16M nD R 液氨储罐如图 4 6 图 4 液氨储罐结构 图 1 液位计 2一安全 阀 3 喷淋管线 4一 作业台 5一 温度计 6 压力计 7一罐体 8 支架 9一内部梯子 2 3 液 氨供给 设备 液氨 蒸发器 是将 液氨 蒸发 成氨 气 的装置 本 文 采用 卧式 液氨蒸 发器 蒸 汽流 量受 蒸发槽 自身水 浴 的温度 控制 调节 管 内为 液氨 管 外为 温水 浴 蒸 汽直 接喷 入水 中加 热至 40 以温 水 将 液氨 汽 化 并 加热 至 常温 液氨经过液氨蒸发器后形成氨气 进入氨气缓 冲槽 缓冲槽对氨气起到缓冲作用 保证氨气有稳 定 的压 力 液 氨 系统 各 排 放 处 所 排 出 的氨 气 经 管 线 汇 集 后 从稀释槽底部进入 通过分散管将氨气分散至 稀 释水 槽 中 用 大 量 水 吸 收安 全 阀排 放 出的 氨 气 液 氨稀 释槽 为 出 现 危 险 情 况 时 处 理 氨 排 放 的 设 备 槽中的稀释水需要周期性地更换 氨气属于易爆危险品 其爆炸范围是氨气与空 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 增刊 1 胡志光等 1000M W燃煤机 组 SC R 脱硝 系统设计 气 体积 比 为 15 28 因此 防 止 氨 气 泄 漏 以 及 氨气 与 空气混 合 保 持液氨 储存 及供 应 系统 的严 密性是 安 全生产 的关 键 基 于安 全考虑 该 系 统 的 液氨储罐 液氨蒸发器 氨气缓冲罐等设备全部安 装氮 气 吹扫管 线 在液 氨卸 料之 前 通过 氮气 吹 扫 管线对以上设备进行严格的系统严密性检查和氮气 吹扫 防止氨气泄 漏与 系统 中残余 空气混合造 成 危 险 2 4 吹灰 系统 根 据本 设 计 灰 份 的 特 性 采 用 D C一 75 型 声 波 吹 灰 器 按 每 一 层 催 化 剂 设 置 4 台 吹 灰 器 进 行 设计 声 波 吹灰器 频 率 为 75H z 有 效 辐 射 范 围前 方 为 12 16m 两侧 为 3 8m 每 次 吹扫时 间 间隔为 290s 每 次吹 扫维 持 时 间 为 10s 吹 灰 器 从 最上 层 开始吹扫 每层 4 个吹灰器同时运行 主要易损部 件为钛金属膜片 一般使用寿命为 5 年 声波吹灰 器 的缺 点 是噪声 较 大 需 在 反应器 外部 的吹灰 器 发 声部分做隔音处理 经过处理后可 以使噪声水平降 低到 75dB 以下l8J 3 结 论 我 国 目前 的脱 硝工 程多 数集 中在 电力 行业 随 着新 建 电 厂 装 机 容 量 越 来 越 大 SC R 脱 硝 系 统 设 计和建设未能跟上行业发展 仍处于起步阶段 不 够成熟 依据某 1000M W燃煤 电厂运行情 况 设 计 SC R 系统 的本体 和液 氨 系统 由 于 国 内 SC R 系 统 还 不 够 成 熟 以 理 论 联 系 实 际 为 宗 旨 为 1000M W的 SC R 脱硝系统提供参考 两台 SC R 设 备同时投运 采用高温高尘布置方案设计 由省煤 器 出 口分 为 两