工艺技术_热电厂脱硝尿素热解工艺及运行维护经验培训课件

华能北京热电有限责任公司HUANENGBEIJINGCO GENERATIONCO LTD 华能北京热电厂脱硝尿素热解工艺及运行维护经验 目录 华能北京热电厂一期工程总装机容量845MW 四台锅炉均为德国巴布科克设计 在初设时就考虑了氮氧化物的排放设置了低氮燃烧器 因此在很长一段时间 北京热电厂的排放始终可以满足地方标准 但随着北京市环保要求的提高 电厂大气污染物的排放浓度 已不能全部满足北京市排放标准 同时 随着北京2008年绿色奥运会的要求 北京市政府将我厂烟气脱硝工程列入了2008年奥运会前的倒排工期折子工程 为此 我厂从2005年底 开始进行烟气脱硝技术的调研工作 并根据文件要求 电厂1 4号炉烟气脱硝工程于2006年2月开始筹备 至2007年12月正式投入运行 脱硝装置采用选择性催化还原脱硝 SCR 工艺 脱硝效率90 脱硝工程改造简介 烟道立体模型 导流板2 导流板1 导流板3 喷氨格栅 静态混和器 导流板4 导流板5 整流器 催化剂 省煤器入口 流程示意 热解炉 脱硝工程改造简介 SCR反应器内部吹灰器的配置及运行情况针对锅炉烟气中飞灰粒度比较细且粘度较高的特点 为避免催化剂堵灰影响催化剂的使用寿命 SCR反应器采用 蒸汽吹灰 声波吹灰 联合吹灰模式 其中 1 2炉每层催化剂布置了3支国产时林声波吹灰器 3 4炉每层催化剂布置了2支进口的GE声波吹灰器 声波吹灰器气源来自全厂杂用压缩空气系统并设置必要的过滤装置 在每台炉的每层催化剂上游布置了3支耙杆式电动蒸汽吹灰器 蒸汽吹灰器汽源来自每台炉的蒸汽吹灰联箱 根据吹灰器的蒸汽参数要求 在电动阀门后安装一个减压阀 减压阀与吹灰器之间的蒸汽管道 并安装必要的疏水阀和采取保温措施 所有吹灰器的控制接入机组DCS系统 进行程序控制 相比较而言 耙式蒸汽吹灰器的吹灰间隔较长 它主要用于飞灰含量或粘性相对较高的环境 解决已经形成的飞灰堵塞 但其高空安装与固定比较困难 声波式吹灰器的吹灰间隔仅有几分钟 它可以使飞灰漂浮在烟气中 预防堵塞的形成 不存在吹灰死角 且具有空间要求小 维护方便以及对催化剂的磨损弱等优点 但对于已经积存在金属表面的灰没有太大作用 声波吹灰器采用连续运行方式 蒸汽吹灰器采用间断运行方式 每8小时吹灰一次 脱硝工程改造简介 脱硝装置投运对空预器传热元件的影响2007年将1号炉1号空预器低温换热元件更换为搪瓷元件 其余空预器低温端换热元件未进行更换 脱硝装置投运4年来 无论是搪瓷元件还是普通波纹板换热元件的积灰腐蚀情况都未明显加剧 分析原因主要有以下两方面 SCR反应器后氨逃逸量很小 运行中将SCR反应器后氨逃逸控制在3ppm以下 锅炉燃用低硫煤 硫分 0 5 烟气中SO2 SO3含量低 SCR反应器后烟气中生成的硫酸氢氨量较少 脱硝工程改造简介 催化剂性能测试SCR脱硝装置本体及其辅助系统由清华同方环境有限公司设计 供货 安装及调试 所选用的核心设备催化剂由清华同方采购国外成熟产品 1 4锅炉催化剂采用奥地利Corme公司生产的蜂窝式催化剂 2 3锅炉采用日本日立公司生产的板式催化剂 试运期对1 2号炉脱硝装置进行了性能测试 结果显示两种催化剂性能均能达到设计要求 催化剂管理 脱硝工程改造简介 脱硝工程改造简介 脱硝工程改造简介 相关系统改造由于脱硝系统加装在省煤器和空气预热器之间 原有引风机前的烟气系统阻力增加了1100Pa 1200Pa 为了克服阻力 保证锅炉100 负荷正常运行 电厂将原锅炉引风机进行了改造 增加引风机压头 同时为了保证改造后引风机前的烟道系统及其设备的安全 由华北电力设计院对我厂脱硝系统后至引风机前的烟道和设备进行了其强度校核 得出的结论是原有烟道强度能满足脱硝改造后的系统压力变化要求 但电除尘器的内部部分钢结构必须增加其强度 为此 浙江诸暨电除尘设备厂家提出了有关内部加固方案 由电除尘器厂家具体实施完成此项工作 在整个脱硝系统设计之初 电厂就针对脱硝实际运行状况 督促承建单位在设计时要考虑今后系统检修维护和试验测量的便利性 所有烟道在适当位置均配有足够数量和大小的人孔门 清灰孔 以便于烟道 包括膨胀节和挡板门 的维修和检查以及清除积灰 另外 人孔门与烟道壁分开保温 以便于开启 在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处等 以及根据提供的其他烟气流动模型研究结果要求的地方 设置导流板 为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内 充分考虑了烟道系统的热膨胀 热膨胀通过膨胀节进行补偿 烟道在适当位置配有足够数量的测试孔 目录 尿素热解工艺介绍 1 SCR工艺的确定目前看国内主要脱硝工艺主要有SCR SNCR和混合法几种工艺 考虑到SNCR工艺脱除效率较低 加之北京市大气污染物排放标准较高 因此我厂脱硝采用SCR法烟气脱硝工艺 由清华同方环境有限责任公司引进意大利TKC公司技术 与意大利TKC公司进行配合设计 每台锅炉根据锅炉原有烟道情况 在省煤器和空气预热器之间分别安装了两台反应器 每个反应器采用3 1布置 进入喷氨隔栅的氨气通过10组喷氨阀组进入反应器入口烟道的烟气中 含有氨气的烟气通过静态混合器充分混合后进入催化剂入口整流器 整流器将氨气烟气混合气体进行整流后均匀进入反应器的第一层催化剂 接着进入第二和第三层催化剂 在各层催化剂的表面氨气和氮氧化物反应生成氮气 从而达到脱除氮氧化物的目的 具体反应原理如下 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O 1 6NO2 8NH3 7N2 12H2O 2 尿素热解工艺介绍 2 还原剂的确定脱硝还原剂主要集中在液氨 氨水和尿素三种材料 从经济性分析来看 液氨无疑是最好的 尿素次之 氨水最差 而从安全性来考虑 尿素最好 氨水次之 而液氨最差 由于北京热电厂地处首都 又在城市之内 安全无疑是初步设计时考虑最多的因素 因此我们选择了尿素作为脱硝系统还原剂 尿素热解工艺介绍 3 制氨工艺的确定初步设计时我厂经过长期调研选择了尿素热解系统作为还原剂分解方式 与水解法工艺相比 热解法尿素制氨工艺具有如下特点 尿素溶液的浓度可达40 50 经过特殊的喷嘴雾化后喷入热解室 热解室内只有气体与雾化液滴 温度约300 500 压力为常压 热解室内的热量来源于天然气或柴油的燃烧 对负荷变化的响应快 只需5 10秒 对热解室内气体流场的分布及控制水平的设计要求较高 喷入烟道的氨气混合物温度约为300 对SCR入口烟气温度的影响很小 从场地情况来看 液氨和氨水系统的占地面积最大 尿素系统的用地面积最小 从固定投资投资 征地与系统投资 来看 氨水 热解法尿素制氨与水解法尿素制氨的氨区建设投资最高 液氨最低 从年度运行费用来看 氨水的运行费用最高 次之为水解法尿素制氨 液氨法最低 热解法尿素制氨工艺只比液氨法略高 从对烟气温度的影响看 热解法尿素制氨的影响最小 从系统响应性能考虑 水解法尿素制氨工艺最慢 从安全性角度考虑 热解法尿素制氨工艺最安全 因此综合考虑系统的安全性与场地因素 选择采用热解法尿素制氨工艺 尿素热解工艺介绍 4 设备流程华能北京热电厂4台锅炉共用一个还原剂储存与供应系统 还原剂为尿素热解所得到的氨气 并考虑为二期4 300MW机组的SCR系统预留空间位置和容量 尿素溶液制备 储存与供应系统由国电龙源设计 供货 安装及调试 还原剂绝热分解及计量分配由国电龙源选用美国FuelTech公司的NOxOUTULTRA 尿素热解制氨技术 由美国FuelTech公司提供有关设备 国电龙源负责安装调试 尿素热解法制氨系统包括尿素储仓 尿素溶解罐 尿素溶液混合泵 尿素溶液储罐 尿素溶液循环泵 计量和分配装置 绝热分解室 内含喷射器 燃烧器 稀释风机 稀释风加热系统等 尿素粉末储存于储仓 由螺旋给料机输送到溶解罐里 用除盐水将固体尿素溶解成50 质量浓度的尿素溶液 通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐 尿素溶液经由供液泵 计量与分配装置 雾化喷嘴等进入绝热分解室 稀释空气经加热后也进入分解室 雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解 生成的分解产物为NH3 H2O和CO2 分解产物由氨喷射系统进入锅炉脱硝烟道 流程示意 热解炉 尿素热解工艺介绍 尿素筒仓设置1只尿素筒仓 93m3 筒仓容量按4台机组满负荷3天运行设计 每天24小时 尿素筒仓为碳钢制造 并配检修起吊设备 尿素通过给料机输送到尿素溶解罐 筒仓设计成锥形底立式罐 锥形 斗部有不小于60 的斜度 顶部有3 的坡面 在筒仓的顶部有密封的防尘检查 进入门 同时配备防止尿素吸潮 架桥及堵塞装置 以及布袋过滤器 在筒仓出口设有取样口和取样装置 以便化验和控制尿素的品质 尿素热解工艺介绍 尿素溶解罐设置一只尿素溶解罐 体积为20m3 在溶解罐中 用除盐水或冷凝水制成40 50 的尿素溶液 当尿素溶液温度过低时 蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度 防止特定浓度下的尿素结晶 溶解罐除设有水流量和温度控制系统外 还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环 使化学剂更好的混合 溶解罐由304L不锈钢制造 内衬防腐材料 罐体保温 容器为中凹底部 圆锥型底的立式304SS容器 容器用支脚支撑 尿素热解工艺介绍 尿素溶液储罐设置两只尿素溶液储罐 总容量按4台机组满负荷运行5天 每天24小时 用量设计 每个罐的体积为150m3 罐体材料采用FRP 内衬乙烯树脂涂层 使用热水加热 储罐为立式平底结构 基础为现浇钢筋砼混凝土结构 露天放置时四周须加有隔离箱体 储罐是依据电厂所在地区可能出现的最恶劣天气温度 地震带 风力以及清洁等情况所设计 尿素热解工艺介绍 尿素溶液泵尿素溶液泵为不锈钢本体碳化硅机械密封的离心泵 两台泵一运一备 并列布置 此外 溶液泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环 以获得更好混合 尿素热解工艺介绍 尿素溶解罐设置一只尿素溶解罐 体积为20m3 在溶解罐中 用除盐水或冷凝水制成40 50 的尿素溶液 当尿素溶液温度过低时 蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度 防止特定浓度下的尿素结晶 溶解罐除设有水流量和温度控制系统外 还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环 使化学剂更好的混合 溶解罐由304L不锈钢制造 内衬防腐材料 罐体保温 容器为中凹底部 圆锥型底的立式304SS容器 容器用支脚支撑 尿素热解工艺介绍 热解室热解室利用燃用柴油的燃烧器作为热源 来完全分解要传送到氨喷射系统的尿素 热解室是一个加固的管道或反应器 在所要求的温度下 热解室提供了足够的停留时间以确保尿素到氨的100 转化率 热解室从其进口开始算起 依据尿素的分解所需的体积来确定其容积的大小 热空气将通过燃烧器控制装置以维持适当的尿素分解温度 尿素经过一个提供完全分配的喷射器注入到热空气中 尿素的添加量是基于作为前馈信号的反应剂需求量来决定的 负荷跟踪性要适应锅炉负荷变化要求 系统将在管道出口处提供空气 氨气混合物 燃烧器是一个完全独立的柴油燃烧器 燃烧器装置由一个燃烧器 电子点火导引装置和一台火焰扫描仪组成 这些设备由一个经认可的燃烧器管理系统组合起来 控制燃烧器的燃烧 燃烧器安装了一个系统出口热电偶以便控制管道出口温度 尿素热解工艺介绍 热解室热解室采用预先定制 分部运送的方式运到现场安装 一个完整的热解室由出入口连接法兰 内部绝热 带燃烧器管理系统的燃烧器导引装置和温度控制 烟气压力控制 烟道内混合器以及氨 空气混合物的流量 压力以及温度的控制和过程指示等组成 热解室喷射组件设计安装在热解室上 喷射器布置在热解室的周围 喷射器将根据在热解室内获得合适的尿素雾化和分布所需要的流量和压力 来确定其大小和特性 喷射器装置能阻挡任何高温气体回流到空气中并提供吸气口 喷射器组完全由不锈钢制造 喷射器将通过热解室侧面的入口孔插入 每一喷射器组件包括用于插入调整的调节器 用于化学剂和雾化空气的快速接头 热解室尺寸和重量为 7 5m 高 x2m 直径 9 000kg 尿素热解工艺介绍 稀释风机稀释风机提供足够的空气量将氨气充分稀释 氨 空气混合物中的氨体积含量小于5 每台锅炉设两台高压离心式鼓风机 一运一备 为尿素热解提供助燃空气 并用于氨的稀释 稀释风机能适应锅炉40 100 BMCR负荷下的正常运行 并留有一定裕度 风量裕度不低于10 风压裕度不低于20 尿素热解工艺介绍 5 制氨性能参数在烟气脱硝系统的效率不低于90 氨的逃逸率不大于3 L L的条件下 每台锅炉的SCR系统的设计氨需求量为142kg h 要求单台尿素热解制氨系统的出力应备有不少于15 的裕量 尿素热解制氨系统的分解产物中应不含有对SCR装置产生不良影响的物质 尿素热解率100 进入绝热分解室的尿素溶液浓度为40 50 分解产物中的NH3浓度不超过5 绝热分解室出口分解产物的温度不超过400 且不低于260 AIG接口压力不小于4kPa 温度约为260 345 尿素热解工艺介绍 5 制氨性能参数尿素热解制氨装置的可用率在最终验收前不低于99 还原剂耗量 工艺水耗量 电耗量 燃料耗量在设计工况下应达到最少 装置 含防腐材料 服务寿命保证不少于30年 所有隔热表面最高温度 50 厂址区域环境条件下 四台炉的最大氨耗总量 尿素热解工艺介绍 6 运行适应性要求为与锅炉的运行模式相协调 尿素热解制氨装置的设计必须确保在启动方式上的快速投入与停止 在负荷调整时有良好的适应特性 尿素热解制氨系统能在锅炉40 100 BMCR负荷条件下持续 安全地运行 并满足脱硝系统的氨需求量 尿素热解制氨系统的供氨量应能适应锅炉的负荷变化速度 当接到紧急停机命令时 系统具有在15至30秒内将氨供应从142kg h 100 容量 削减到0kg h的能力 并且不会造成氨浓度超过电厂最大事故限值 尿素热解制氨系统不允许有氨气的泄漏 在某一设备故障停运时 例如泵等 尿素系统具有供应相应所需氨气量的能力 氨气生产能力不会减少到每台炉142kg h 100 容量 以下 尿素热解工艺介绍 7 运行适应性要求阶跃负荷变化 负荷 50 BMCR5 BMCR 分钟负荷 50 BMCR10 BMCR 分钟负荷等变率 70 100 负荷范围内上升速度5 BMCR 分钟50 70 负荷范围内上升速度3 BMCR 分钟小于50 负荷范围内上升速度 2 BMCR 分钟尿素热解制氨系统可利用率应大于99 使用寿命约30年 大修期为5年 目录 脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法 1 热解炉内部有白色的结晶物试运行期间 发现热解炉内部有白色的结晶物 大量的结晶物沉积在热解炉底部 造成热解炉堵塞 无法正常运行 脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法 通过大量的试验 分析总结出热解炉内部结晶的原因如下 尿素溶液雾化用压缩空气品质差造成尿素喷枪的雾化喷嘴堵塞 使尿素溶液无法充分雾化 尿素液滴在热解炉内不能充分分解 未分解的尿素溶液附着在热解炉壁 降温后形成固体结晶物 雾化空气的品质以及合适的压力是保证尿素溶液由喷枪喷出后能充分雾化 充分热解最为主要的因素之一 因此设计工艺推荐使用较为干净的压缩空气 过滤 冷干 去油 作为雾化空气 当采用含有较多油污和杂质的压缩空气时 非常容易造成空气流量计及其下游管路以及喷枪喷嘴的堵塞 系统长时间在雾化空气压力和流量不满足设计工况情况的运行 造成了雾化不够充分 尿素液滴过大 不能在热解炉直段进行有效分解 从而会造成尿素在水平段的结晶 另外 雾化空气在没有压力或者压力很低的情况下 尿素溶液会进入喷枪内雾化空气腔内 高温的情况下尿素溶液很快烧结 从而造成喷枪的喷嘴局部堵塞 导致尿素雾化效果下降 甚至于完全堵塞 脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法 热解炉内温度场分布不均 使尿素分解后重新结合出现结晶 在热解系统投运期间 若热解炉分解区域及其下游出现冷点区 热风无法连续抵达应该达到的的位置或死角 尿素喷枪的运行方式不合理或单只尿素喷枪流量过大造成 热解炉内部温度场分布不均 促成另外位置的冷点区域 在冷点区域的尿素会将分解后重新结合成尿素出现结晶 热解系统在超过设计负荷下运行 造成热解炉内部温度下降 降低到尿素分解温度以下 这可能有两种情况 a 所配制的尿素溶液的浓度过多偏离设计值 b 热解炉运行时尿素溶液量超过系统最大设计出力 华能北京热电厂尿素热解系统设计采用50 的尿素溶液 如果尿素溶液浓度太高 热解超过50 的尿素则供热不足 易造成残余不分解的尿素堵塞 如果尿素溶液浓度偏低 溶液中过多的水会造成燃烧器在全出力下不能够分解满负荷的尿素溶液 从而容易导致热解炉内温度偏低 造成尿素结晶 尿素热解系统最大出力都是根据SCR系统的最大氨需量设计的 当系统在超过其设计负荷的情况下运行 会造成尿素溶液喷射量过大 尿素雾化液滴和燃烧器参数不能满足全部尿素的分解要求 系统运行时超过系统最大设计出力 相对的尿素热解热量不足 会造成尿素结晶 脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法 燃烧器出力不足 热解系统不满足喷射要求的情况进行尿素溶液的喷射 持续数小时 这会导致尿素溶液的严重结晶 需要特别指出的是 尿素溶液结晶的产生和发展是一个逾演愈烈的递增过程 一旦存在尿素结晶因素并持续运行时 由于结晶的积累 会导致流场热流分配的破坏 结晶物会在某一个时间骤然猛增 严重的时候 会在很短的时间内堵塞整个热解炉尾管 对喷枪没有进行定期的检查 系统在雾化空气压力 流量不够 雾化空气较脏的情况下 对堵塞的尿素喷枪没有进行及时清理 出现喷枪雾化空气管烧穿 这种情况下空气从破损位置喷出 对DC内流场严重破坏 该喷枪的尿素溶液未经雾化而直接喷入热解炉内 这种情况下 热解炉会在很短的时间造成大量尿素沉积结晶 脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法 根据以上的分析 就避免尿素热解系统结晶 提出以下处理措施 尿素溶液雾化用压缩空气采用无油压缩空气 并配置干燥器 保证雾化空气清洁 压缩空气压力达到设计要求 0 4MPa 确保配置的尿素溶液浓度达到设计值 严格按照系统设计要求运行 切忌在热解炉内部温度不满足要求的情况下喷入尿素溶液 运行巡检时 必须对MDM模块的雾化空气运行状态进行检查 如出现管路堵塞或压力不够 及时采取措施予以解决 运行监盘时要注意雾化空气报警情况 出现流量低报警时 及时退出该尿素喷枪运行 定期对尿素喷枪进行雾化试验 观察雾化效果 保证尿素喷枪雾化良好 每天对尿素