SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究_徐威

第1期 收稿日期 2016 07 18 作者简介 徐威 1990 男 江苏常州人 硕士 从事电厂技术改造 科技创新等相关工作 E mail xuweincepu 摘要 在以尿素为还原剂的选择性催化还原 SCR 脱硝系统中 热解炉前电加热器耗电量大 为降低电 耗 某电厂在640 MW机组脱硝改造中将电加热器系统改造为旁路做备用 增加高温烟气加热器 利用高温 烟气对热一次风进行加热 所用高温烟气 约650 6 000 m3 h 标准状态 从高温再热器后 低温再热器 前的水平烟道引出 分析研究了这一技术路线 并对改造效果进行变负荷性能试验 数据分析结果表明 此 项改造技术可行 且实施方便 运行良好 高温烟气加热器完全可取代电加热器 因而可降低机组厂用电 率 节省电厂供电成本 关键词 燃煤电厂 SCR烟气脱硝 尿素热解 电加热器 高温烟气加热器 中图分类号 TM621 TK172 文献标志码 BDOI 10 11930 j issn 1004 9649 2017 01 177 04 S C R烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究 徐威 中电华创电力技术研究有限公司 上海200086 中 国 电 力 ELECTRIC POWER 第50卷 第1期 2017年1月 Vol 50 No 1 Jan 2017 0引言 目前燃煤机组烟气脱硝多采用SCR法 还原 剂制备主要采用液氨蒸发和尿素热解技术 1 3 尿 素热解的优势在于其系统运行的安全性与稳定性 不足是运行能耗高 4 5 以 600 MW机组为例 SCR烟气脱硝尿素热解的热一次风电加热器功率 即达908 kW 如果以锅炉低压再热器前的烟气替 代电加热器对热一次风进行加热 即可解决尿素 热解电耗高的问题 此举对机组运行能耗指标的 提高具有实际意义 6 7 1尿素热解工艺 目前 SCR脱硝系统最常见的尿素制氨方法 就是热解法 尿素热解的工艺流程如图1所示 首先 由斗式提升机将尿素输送到含有除盐水的 溶解罐 溶解得到质量分数为50 的尿素溶液 尿素溶液经输送泵输送到尿素溶液储罐 再经给 料泵 尿素溶液计量分配装置和雾化喷枪进入热 解炉 稀释风经热解炉前加热器加热后 进入热 解炉 为尿素的热解提供热量以及将热解后的产 物输送到SCR反应器 为减少加热器能量损耗 稀释风一般采用经空气预热器 空预器 加热后的 一次风 下文简称热一次风 尿素溶液经雾化加 热后热解 生成的NH3由稀释风携带 进入SCR 反应器 在催化剂作用下与NOx进行反应 8 2高温烟气加热器改造方案 2 1机组概况 某电厂640 MW机组 配套锅炉采用哈尔滨锅 炉 有 限 公 司 设 计 生 产 的 型 号 为HG 1970 25 4 YM7超临界压力变压直流煤粉炉 烟气脱硝系统 设2台SCR反应器 采用高温高尘型布置 位于 图1尿素热解工艺流程示意 Fig 1The urea pyrolysis process 节能与环保节能与环保 177 第50卷中 国 电 力 炉后省煤器与空预器之间 反应器的截面长 宽为 10 m 14 m 反应器内催化剂按照 2 1 模式布 置 备用层在最下方 每台反应器每层催化剂上 方布置5只膜片式声波吹灰器 在省煤器出口烟 道扩口 垂直烟道的进出口转弯处及反应器顶部 入口分别设置了烟气导流板 该机组SCR还原剂 采用尿素热解法制备 工艺流程同前文所述 以 下介绍该机组尿素热解法制氨系统采用高温烟气 加热器替代电加热器的改造方案及其实施效果 2 2改造方案及其实施 电厂借助机组小修停机的机会 于2015年7 月对上述640 MW机组进行技术改造 将高温烟 气加热器系统接入烟气系统中 并于同年10月正 式启用 经过技术改造 将热解炉前电加热器系 统作为旁路 另安装高温烟气加热器 从高温再 热器后 低温再热器前的水平烟道 取一定量约 650 的高温烟气作为高温烟气加热器气源 在 高温烟气通道的出口 设置调节烟气门和关断烟 气门 用于调节以及截断高温烟气 在调节烟气 门和关断烟气门之后 高温烟气与热一次风在烟 气加热器中进行热交换 高温烟气经放热后 温 度 400 排入相邻侧空预器入口 在烟气加热 器的进出口烟道上 设置烟气门以进行系统隔离 根据设计 烟气加热器在工作时所需高温烟气量 约为6 000 m3 h 标准状态 下文凡与体积相关的 数值均已换算到标准状态 对于总烟气量约2 106m3 h的锅炉而言 影响基本可以忽略 为防止 积灰 高温烟气加热器采用管式 立式布置 高 温烟气从加热器顶部引入 在管子内部垂直向下 流动 避免加热器积灰 热一次风经滤网并由加 热器底部引入 粉尘含量较低 从上部排出 经 长期运行实践验证 高温烟气加热器内部管路积 灰沉降不严重 因而未设置独立的吹灰装置 高温烟气加热器入口和出口烟道阻力分别约 300 Pa和500 Pa 加热器本身烟气阻力约500 Pa 即高温烟气加热器烟气系统总阻力约1 000 Pa 锅炉烟气从低温再热器出口至省煤器出口烟气阻 力约1 000 Pa 从省煤器出口至空预器入口烟气 阻力约810 Pa 脱硝装置总阻力 从高温再热器 出口至空预器入口总阻力约1 800 Pa以上 就整 个加热器烟气系统而言 接出点与接入点之间的 压差达到1 800 Pa以上 大于加热器系统烟气阻 力 因此加热器能通过调节阀调节烟气流量以平 衡并联的2支路烟气阻力 无需设置增压风机 热解炉热源改造未对原风烟系统及设备进行 大的变动 仅在原热解炉电加热器前的一次风道 增设了一路旁路管道 从空预器出来的热一次风 经过此旁路管道进入高温烟气加热器 与高温烟 气进行换热 升温后的热一次风随后进入热解炉 对尿素溶液进行热解 见图2 此改造保留了原 热解炉的电加热系统 同时在旁路管道上设置了 手动阀门 用于切换电加热器与高温烟气加热器 使系统运行更加安全可靠 3性能分析 将电加热器改造为高温烟气加热器 稳定运 行后 对系统设计参数值进行校验 包括加热效 果和沿程阻力值的核算 将采用电加热器的系统 参数 见表1 与采用高温烟气加热器的系统参数 见表2 进行对比分析 可知采用高温烟气加热 器能满足SCR脱硝系统要求 具有实用性 高温 烟气加热器取代电加热器后节省了厂用电量 对 电厂的厂用电率指标有一定贡献 具有经济性 由表1可知 在638 591 428 352 MW负 荷下 热一次风量均值为6 971 m3 h 电加热器 在运行中的电流均值为1 054 A 此时功率为980 kW左右 按设计脱硝系统年运行小时数6 500 h 计算 年耗电量6 37 106kW h 热一次风从均值 286 经过电加热器加热后均值为548 风温 均提升到设计值460 以上 此时热解炉出口温 度在363 左右 改造后热解炉投运高温烟气加热器 在579 558 466 333 MW负荷下 高温烟气调节门开 度均设为100 即在高温烟气加热器最大出力情 图2热解炉热源改造后系统流程示意 Fig 2The system process of the pyrolyzing furnace after heat source rebuilding 节能与环保节能与环保 178 第1期 况下 测试其是否满足设计要求 由表1 2数据 对比可知 在试验过程中 机组从90 负荷到约 50 负荷的情况下 热解炉电加热器均未投入 经高温烟气加热器加热后 热一次风温度从均值 288 提升到设计值460 以上 均值为562 热解炉出口温度在361 左右 高于SCR反应器 入口温度要求 基本实现了电加热器的功能 证 明了高温烟气加热器在变负荷后 稳定运行工况 下 能满足热解炉的热解需求 变负荷期间 在 线监测系统对NOx进行监测 未发生超标情况 热一次风和高温烟气通过高温烟气加热器时的阻 力损失 实测值低于设计值 满足设计要求 此 外 在改造完成后半年间的连续运行过程中 高 温烟气加热器进口和出口的压力差值一直在设计 范围内 没有出现因高温烟气加热器积灰导致压 差超标的情况 截至2016年4月 该高温烟气加热器工作情 况良好 进出口的热一次风和烟气的压力值在连 续工作状态下满足设计要求 见图3和图4 烟囱 出口NOx排放浓度 监测值 一直处于合格范围内 并没有因部分高温烟气未经脱硝处理直接排入空 预器而显著增大 即NOx满足排放要求 锅炉主 蒸汽参数等与未改造前比较 也未出现明显变化 满足正常运行要求 证明了该技术的可靠性 按 设计年脱硝运行小时数6 500 h计 电加热器平均 功率980 kW 采用高温烟气加热器后年耗电量 节省6 37 106kW h 降低了机组厂用电率 达到 了节能降耗的目的 按上网电价0 40元 kW h 计算 每年可节省耗电费用254万元 采用高温 烟气加热器取代电加热器 改造成本约600万元 3年内即可收回改造成本 4结语 本文研究结果表明 SCR烟气脱硝尿素热解 表1改造前热解炉投运电加热器后的系统参数 Table 1The system parameters of the pyrolysis furnace with electric heater 项目 负荷 MW 均值 638591428352 热一次风风量 m3 h 1 7 0217 1566 8006 9076 971 热一次风温度 302297278268286 热一次风经电加热后 温度 601590501502548 电加热器电流 A1 1991 2028729431 054 热解炉出口温度 356360372364363 表2热解炉投运高温烟气加热器后系统参数 Table 2The system parameters of the pyrolysis furnace with high temperature flue gas heater 项目设计值 负荷 MW 均值 579558466333 热一次风风量 m3 h 1 8 0007 5997 6017 5987 4037 550 高温烟气加热器热一次风阻力 Pa1 200536469553491512 热一次风温度 300294292289278288 高温烟气调节门开度 100100100100100 加热后的热一次风温度 460586573568519562 高温烟气流量 m3 h 1 7 0006 0955 8746 2575 7085 983 高温烟气加热器烟气进口温度 650621610610553599 高温烟气加热器烟气出口温度 370375370358334359 高温烟气加热器烟气阻力 Pa50020811914427125 热解炉出口温度 370357365353361 图3高温烟气加热器热一次风侧进出口压力168 h内 状态曲线 Fig 3The inlet and outlet hot primary air pressure of the high temperature flue gas heater in 168 h 徐威 SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究 节能与环保节能与环保 179 第50卷中 国 电 力 系统采用高温烟气加热器取代热解炉前电加热器 对热一次风进行加热 技术可行 节电效果明显 该技术在改造上施工简单 且可保留原有电加热 器系统作为备用 因而可确保SCR脱销系统的安 全可靠 为电厂SCR脱硝尿素热解工艺的节能降 耗开辟了一个新的途径 参考文献 1 TOKMAKOV I V ALAVI S THOMPSON D L Urea and urea nitrate decomposition pathways a quantum chemistry study J The Journal of Physical Chemistry 2006 110 8 2759 2770 2 郭伟 崔宁 尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用与优化 J 锅炉技术 2012 43 3 77 80 GUO Wei CUI Ning Application and optimization of urea pyrolysis to prepare ammonia SCR denitrification technology in power plant J Boiler Technology 2012 43 3 77 80 3 惠润堂 韦飞 闫世平 等 国产首套尿素水解装置在大型火电 厂的工业应用及技术优化 J 中国电力 2014 47 7 150 155 HUI Runtang WEI Fei YAN Shiping et al The industrial application and technical optimization of first domestically made urea hydrolysis unit in large power plants J Electric Power 2014 47 7 150 155 4 陈海彩 张军 沈乐 等 火电厂尿素热解和水解工艺研究 J 电力科学与工程 2014 30 6 16 19 CHEN Haicai ZHANG Jun SHEN Le et al Study of technology of urea pyrolysis and hydrolysis in thermal power plant J Electric Power Science and Engineering 2014 30 6 16 19 5 赵冬贤 刘绍培 吴晓峰 等 尿素热解制氨技术在SCR脱硝 中的应用 J 热力发电 2009 38 8 65 67 ZHAO Dongxian LIU Shaopei WU Xiaofeng et al Application of urea pyrolysis to prepare ammonia technology into SCR denitrification J Thermal Power Generation 2009 38 8 65 67 6 杨志忠 叶茂 宋晓宏 等 一种SCR脱硝还原剂尿素热解热 源供给装置 201320179396 1 P 2013 04 11 7 叶茂 杨志忠 晏顺娟 等 SCR烟气脱硝尿素热解用炉内气气 换热器技术研究 J 东方电气评论 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modified as a bypass system a high temperature flue gas heate