老電廠加裝脫硝裝置探討

1、老電廠加裝脫硝裝置探討    摘要:介紹了老火力電廠加裝脫硝裝置的工藝流程,并對一些主要設(shè)備的布置要求及改造方式作了說明。老火力發(fā)電廠加裝脫硝裝置是必然趨勢,會(huì)像煙氣脫硫一樣得到廣泛推廣。關(guān)鍵詞:老火力發(fā)電廠;加裝脫硝裝置;布置要求;改造方式中圖分類號:TK 229.6; TK 228文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A隨著世界各國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快,SO2(二氧化硫),NOx(氮氧化物)已超過煙塵,成為大氣環(huán)境的第一大污染。我國現(xiàn)行的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對燃煤電廠NOx的控制主要是以低NOx燃燒為原則,與發(fā)達(dá)國家初期控制NOx的政策類同。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國,煤燃燒所

2、釋放的SO2占全國總排放量的87%,NOx占67%,粉塵占60%,CO2占71%,嚴(yán)重污染了環(huán)境,破壞了生態(tài)平衡。目前,煙氣脫硫和除塵已作為一項(xiàng)強(qiáng)制性規(guī)范在火力發(fā)電廠廣泛實(shí)施,而脫硝卻尚未執(zhí)行強(qiáng)制性規(guī)范,但就環(huán)保而言火力發(fā)電廠加裝脫硝是勢在必行的事?，F(xiàn)就某電廠600 MW機(jī)組加裝脫硝裝置作一下介紹。選擇性催化還原反應(yīng)SCR(Selective CatalystReduction)工藝流程:還原劑(氨)用罐裝卡車運(yùn)輸,以液體形態(tài)儲(chǔ)存于氨罐中;液態(tài)氨在注入SCR系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化;氣化的氨和稀釋空氣混合,通過噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中;充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中

3、催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng),去除NOx。簡易工藝流程圖見圖1所示。在原有預(yù)留脫硝裝置的前提下加裝脫硝裝置需要做的工作:加裝脫硝反應(yīng)器鋼結(jié)構(gòu)及平臺(tái)、加裝脫硝反應(yīng)器及煙道、改造脫硫最后一排鋼架的鋼結(jié)構(gòu)(如果需要)、改造省煤器與空預(yù)器之間的煙道、空預(yù)器改造、引風(fēng)機(jī)改造、加設(shè)電氣系統(tǒng)、改造及加設(shè)控制系統(tǒng)等1。1煙道和反應(yīng)器(1)考慮鍋爐主體工程設(shè)計(jì)時(shí),需預(yù)留煙氣脫硝裝置反應(yīng)器布置的空間,這是比較關(guān)鍵的。脫硝反應(yīng)器一般架設(shè)在引風(fēng)機(jī)的框架上,如引風(fēng)機(jī)框架已預(yù)留了脫硝反應(yīng)器的載荷,那脫硝煙道和反應(yīng)器鋼架就可直接在引風(fēng)機(jī)框架上架設(shè);如引風(fēng)機(jī)框架沒有預(yù)留脫硝反應(yīng)器載荷,則需要對引風(fēng)機(jī)框架進(jìn)行加固或從地面開始重新設(shè)置

4、鋼架以承受脫硝煙道及反應(yīng)器的載荷。一般鍋爐空預(yù)器內(nèi)置布置(也有空預(yù)器外置布置),煙氣脫硝裝置在鍋爐尾部省煤器出口至空預(yù)器入口之間,需統(tǒng)籌考慮SCR裝置及相關(guān)煙氣通道、平臺(tái)、步道的布置空間和荷載對鍋爐鋼架的影響。(2)鍋爐最后一排鋼架需進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,為脫硝系統(tǒng)的進(jìn)出口煙道留出位置,加裝SCR入口與出口煙道,一般SCR入口煙道處不考慮加裝灰斗。脫硝煙道的煙氣流速在15 m/s左右,且省煤器下已設(shè)灰斗,在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)充分考慮煙道內(nèi)煙氣的流態(tài),設(shè)計(jì)前會(huì)做好流態(tài)分析,保證不積灰;如加裝灰斗,還需加裝輸灰系統(tǒng),由于灰斗平臺(tái)距地面較高,投資費(fèi)用較大。根據(jù)最新的環(huán)保要求,SCR裝置是不允許設(shè)置旁路的,所以在改造時(shí)

5、就不用考慮這方面的要求了。(3)需補(bǔ)充設(shè)置沖洗系統(tǒng)(蒸汽吹灰),從鍋爐系統(tǒng)解決汽源,補(bǔ)充汽源可與鍋爐吹灰系統(tǒng)合用蒸汽源,鍋爐吹灰器上已有汽源,且SCR的用汽是間歇用汽,汽量不大,和鍋爐吹灰是錯(cuò)開運(yùn)行的,無需考慮獨(dú)立的氣源;如氣源不能滿足要求,可采用聲波吹灰器2。2空氣預(yù)熱器改造空預(yù)器改造是整個(gè)加裝脫硝裝置中比較關(guān)鍵的步驟,改造不好將影響整個(gè)脫硝的穩(wěn)定運(yùn)行。就空預(yù)器整體而言,加裝脫硝對空預(yù)器的支撐幾乎沒什么影響,只需更換換熱原件(需鍍搪瓷),吹灰器的改造按雙介質(zhì)吹灰器考慮(即高壓水和蒸汽),高壓水的水源采用有壓工業(yè)水直接進(jìn)入高壓水泵,通過高壓水泵來提供高壓沖洗水?？諝忸A(yù)熱器轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)需作一些局部

6、修改,空預(yù)器的改造不一定由原生產(chǎn)廠完成?，F(xiàn)已有多個(gè)項(xiàng)目的空預(yù)器改造不是由原供應(yīng)商完成的,如國投安徽宣城電廠有限公司(2×600 MW)、廣州珠江電力有限公司與廣州東方電力有限公司合資的廣州珠江電廠有限公司(4×300MW)等,運(yùn)行效果都比較好。以某電廠600 MW機(jī)組空預(yù)器改造為例介紹空預(yù)器改造內(nèi)容。2.1更換傳熱元件保留原熱段層傳熱元件(高度1 m, DU3波形);取消中段層傳熱元件(高度0.775 m,DU3波形);原中溫段和冷段傳熱元件合并為一層,更換為搪瓷表面?zhèn)鳠嵩?高度1.1 m, TC-1波形);轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)內(nèi)部取消柵架,將橫向隔板延伸到冷端,封閉不再使用的轉(zhuǎn)子側(cè)

7、面?zhèn)鳠嵩鼡Q門。2.2清洗裝置考慮長期運(yùn)行的清洗及適應(yīng)冷端傳熱元件層加深的需要,冷、熱端吹灰器改為雙介質(zhì)(蒸汽+高壓水)吹灰器,并配置高壓水泵系統(tǒng)。采用蒸汽作常規(guī)吹灰(冷端1.4 MPa,350,每班1次;熱端1.0 MPa,350,備用),高壓水作停機(jī)清洗介質(zhì)(15 MPa,普通工業(yè)水,可以在線單側(cè)清洗)。高壓水沖洗系統(tǒng)自帶供水裝置(包括高壓水泵、供水管道、閥門、控制裝置及附件等的集裝裝置),供方提供相應(yīng)的邏輯控制改造(單獨(dú)提供現(xiàn)場控制柜并接入DCS)。高壓沖洗水引自原鍋爐空預(yù)器沖洗水(9382 mH2O),一般就近從原空預(yù)器沖洗水管道上接管。高壓水泵一般放置在每臺(tái)爐反應(yīng)器中間3。預(yù)熱器前

8、后設(shè)計(jì)主要參數(shù)變化如表1,數(shù)據(jù)為每臺(tái)鍋爐用量。3省煤器有些電廠希望在低負(fù)荷時(shí)也運(yùn)行脫硝。正常情況下,催化劑的運(yùn)行溫度在320420,所以運(yùn)行脫硝需在省煤器旁加裝旁路。但是迄今為止,國內(nèi)沒有哪個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過,全世界也很少采用這種方法。省煤器加裝旁路只有在環(huán)保要求非常嚴(yán)的情況下才是必須步驟。加裝旁路的意義在于:鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),為保證脫硝反應(yīng)所需的溫度才啟動(dòng)旁路,平時(shí)并不需要;一般根據(jù)本工程的實(shí)際情況和國家環(huán)保對NOx排放的要求,在低負(fù)荷時(shí)NOx排放是完全能夠滿足環(huán)保要求的。4引風(fēng)機(jī)改造引風(fēng)機(jī)改造是加裝脫硝裝置的必要改造部分,主要用于克服加裝脫硝裝置后產(chǎn)生的阻力,一般近年建設(shè)的電廠,引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)都按照

9、加裝脫硝裝置,預(yù)留了基礎(chǔ)載荷以滿足加裝脫硝裝置要求。引風(fēng)機(jī)的選型按預(yù)留脫硝裝置選型,在加裝脫硝裝置后,引風(fēng)機(jī)需提升壓頭(一般提升1 kPa壓頭考慮,保守考慮則可提升1.2 kPa壓頭),流量基本保持不變,核算壓頭后由原引風(fēng)機(jī)廠家完成引風(fēng)機(jī)葉片及其附件的改造和更換,并由其提出引風(fēng)機(jī)電機(jī)的選型,更換電機(jī)及其附件、電機(jī)的高壓電纜。表2是某600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)改造前后有變化的對比表。5氨氣制備系統(tǒng)在氨氣制備系統(tǒng)中,首先面臨的是場地問題。選擇一塊合適的場地是重要條件,場地的選擇需參照相應(yīng)的規(guī)程,因?yàn)榘睔馐怯卸練怏w,所以要在總圖中考慮具體位置和交通、電力、化水等配套設(shè)施。如以常規(guī)600 MW機(jī)組考慮,按

10、350 mg/m3的NOx的含量,脫硝效率按80%考慮(氨耗量約220 kg/h),液氨的存儲(chǔ)時(shí)間按80%的脫硝效率7 d考慮,氨罐為2個(gè)80 m3;氨區(qū)面積在1 500 m2左右。廠區(qū)廢水處理系統(tǒng)需考慮氨區(qū)廢水的接受能力,水量不大(瞬時(shí)水量30 m3/h),間歇排放?？紤]氨區(qū)的氨氣化器采用蒸汽加熱,需考慮一路350 kg/h蒸汽汽源,如沒有蒸汽源,也可采用電加熱氣化器,但是運(yùn)行成本較高4。6配套電氣、熱工(1)需確定脫硝裝置加裝后增加用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)、容量,同時(shí)需確定脫硝裝置加裝后的原有電氣設(shè)備的改造。脫硝系統(tǒng)新增用電設(shè)備的電耗不是很大,加裝的電氣設(shè)備也不多,都由脫硝設(shè)計(jì)單位集成設(shè)計(jì)。脫硝

11、裝置負(fù)荷均為類負(fù)荷,一般在每臺(tái)機(jī)組脫硝反應(yīng)區(qū)域和氨氣制備區(qū)域設(shè)置就地馬達(dá)控制中心(MCC),采用雙電源進(jìn)線,一路工作,一路備用,兩路電源自動(dòng)切換。脫硝反應(yīng)區(qū)域電源一般取自電除塵工作PC段(動(dòng)力負(fù)荷中心),氨制備區(qū)域電源一般取自輸煤工作PC段或脫硫工作PC段。如氨氣制備區(qū)域采用電加熱,那么電負(fù)荷容量較大,則需考慮合適電源引接點(diǎn)5。脫硝裝置加裝后涉及到的原有電氣設(shè)備改造主要為引風(fēng)機(jī)供電回路。改造時(shí)需核算引風(fēng)機(jī)電機(jī)容量增加后高壓廠變?nèi)萘渴欠衲軡M足要求,高壓柜中真空斷路器(VCB)、電流互感器(CT)和電纜是否能滿足改造后正常運(yùn)行和保護(hù)要求,同時(shí)亦需要考慮到現(xiàn)場更改接線及安裝的方便。表3是某600 M

12、W機(jī)組引風(fēng)機(jī)改造前后電氣設(shè)備變化的對比表。(2)需確定脫硝裝置加裝后增加熱工的控制設(shè)備、點(diǎn)數(shù)、類型和控制方式。一般情況下空預(yù)器改造的控制還是納入原DCS控制系統(tǒng),增加的控制點(diǎn)數(shù)則利用原控制系統(tǒng)上DCS的備用點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置,原有的控制電纜也可綜合考慮后利用,以減少控制電纜的重復(fù)敷設(shè)。脫硝反應(yīng)區(qū)域系統(tǒng)的控制均采用DCS,可以考慮在脫硝區(qū)域設(shè)置就地遠(yuǎn)程IO機(jī)(輸入輸出卡件柜)或在機(jī)組DCS電子設(shè)備中增設(shè)IO機(jī)柜,反應(yīng)區(qū)域的控制均需納入機(jī)組控制系統(tǒng),由機(jī)組DCS操作員站完成對SCR裝置的啟/停控制、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整以及異常與事故工況的處理和故障診斷。就地設(shè)備、儀表與DCS的接口信號應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸,模

13、擬量信號為420 mA DC(直流)或熱電偶,開關(guān)量信號為無源接點(diǎn),信號接地統(tǒng)一在DCS機(jī)柜側(cè)接地。表4是某600 MW機(jī)組加裝脫硝后機(jī)組DCS需要增加的點(diǎn)數(shù)。表4中點(diǎn)數(shù)已含空預(yù)器吹灰器IO點(diǎn)數(shù)。氨氣制備區(qū)域的控制則考慮采用獨(dú)立的PLC控制(如果允許也可納入就近的DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制),與氨區(qū)布置統(tǒng)一考慮。同時(shí),納入機(jī)組DCS的公用控制網(wǎng)由機(jī)組公用控制網(wǎng)操作員站完成對整個(gè)氨氣制備區(qū)域的監(jiān)視和控制,自動(dòng)化水平達(dá)到“無人值守、定期巡檢”的能力。7結(jié)語總之,在原有預(yù)留脫硝裝置的前提下加裝脫硝裝置是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及的各個(gè)專業(yè)需緊密配合(包括原有系統(tǒng)的改造以及施工的時(shí)間對鍋爐停爐的影響等),以達(dá)成一致。參考文獻(xiàn)1鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社