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火电厂脱硝尿素热解系统在高温旁路烟道改造中的升级建议

北极星环保网来源:科技经济与资源环境 张永强等2019/5/14 9:09:33我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝尿素 尿素热解 SCR

北极星环保网讯:旁路烟道垂直段内衬或者直接采用 304 材质制作,用作充当脱硝尿素热解系统的绝热分解室,并在垂直段上部合理布置尿素溶液喷射器,实现尿素热解,可以完全替代原有尿素热解系统,并与原有系统实现并联,互为备用,节省电加热器的电耗,使原有尿素热解系统备用状态下电加热器不耗电,大大降低了脱硝系统厂用电率,且运行稳定,极大地减少了检修频率。建议计划和已改造高温烟气旁路的电厂对脱硝热解系统升级改造。

1 系统概述

随着国家对环保要求越发严格,对节能改造越发鼓励重视,目前火力发电厂全负荷脱硝已然成为未来改造趋势 , 京津冀地区已经率先进行了改造。采用在锅炉转向室区域增加高温旁路烟道装置,以提升反应器温度,达到低负荷(全负荷)阶段脱硝的效果相对改造成本较低,且技术日趋成熟。而在此改造中,旁路烟道垂直段内衬或者直接采用 304 材质制作,用作充当脱硝尿素热解系统的绝热分解室,并在垂直段上部合理布置尿素溶液喷射器,实现尿素热解,可以完全替代原有尿素热解系统,并与原有系统实现并联,互为备用,节省电加热器的电耗,使原有尿素热解系统备用状态下电加热器不耗电,大大节约了脱硝系统厂用电率。经过对升级改造的尿素热解系统的调试和调研,升级后的系统故障率极低,运行近 2 年的机组,升级后的热解系统从未影响环保指标,且运行稳定,极大地减少了检修频率。

2 尿素热解系统升级改造的优势

受电加热器特性的影响,热解炉出口温度响应滞后时间在20 分钟以上。而电加热器在运行调节过程中发生加热元件超温跳闸现象频发,尤其夏季室外温度较高,造成脱硝系统退出运行,氮氧化物超标。而此问题始终没有能够彻底解决的良好方案,给电厂运行维护带来极大的难度,影响环保指标。旁路热解脱硝则完全取代电加热器,旁路入口烟温来自锅炉转向室,

温度可达 550℃—600℃,热解用烟气量可用旁路入口挡板进行调节至 3000Nm3/h 左右即可满足。经对升级后唐山热电厂调研,该厂2号机组于2017年6月完成旁路烟气改造和脱硝热解升级,经 168 小时试运后,系统运行稳定,至今没有脱硝跳闸发生,节能效果良好。

3 改造方案

电厂采用高温烟气旁路改造方案实现全负荷(低负荷)脱硝,基本原理是从锅炉转向室(锅炉水平烟道至低过上方)处开孔引出烟气,至 SCR 反应器入口烟道,在省煤器出口加装烟气挡板,旁路入口烟道装设烟气挡板,锅炉 2 侧各一路烟气旁路,与反应器对应,在低负荷时调节烟气挡板使烟气通过旁路直接进入SCR反应器,提升反应器温度,达到脱硝条件。300MW 机组的旁路烟道竖直段至少 9 米,将竖直段烟道内衬或者改造成304材质,在竖直段上部合理布置脱硝尿素溶液喷射器,使尿素热解在烟气旁路内进行,热解后的尿素直接进入反应器完成脱硝。负荷升高后可通过调节烟气挡板减小旁路烟气量,脱硝热解系统继续投入使用。烟气旁路入口烟温 550℃—600℃,出口烟温 500℃左右,反应器入口温度310℃—350℃。热解升级改造可在烟气旁路改造过程进行。对已改烟气旁路电厂,可增加竖直段烟道改造、混合器(导流装置)。

4 设备布置

尿素热解系统升级需在两侧旁路烟道附近增设计量分配模块,并将原有尿素循环管路与新增尿素管路串联成大循环,在旁路烟道上新增 3—4 支喷射器,将新增控制设备上传 DCS 画面,实现自动 / 手动操作。

5 改造的主要工作

高温烟气旁路改造、与原有尿素循环系统串联管道改造、增设计量分配模块和喷射器、DCS 部分工作。

6 效果分析

经济效益分析:300MW 机组原脱硝尿素热解系统采用热 风 源 电 加 热 器 加 热, 热 风 量 5000—6000Nm3/h, 电 加 热器功率 600k W/h。经改造后,采用高温旁路烟道热解,节省电加热器电耗。热解用烟气量与电加热器加热一次风量几乎相当,对锅炉效率影响小于 0.1%,脱硝厂用电率可降低 1%。按年利用小时按 6500 小时计算,年节约用电量为600k W×6500h=3.9×106k W·h, 电 价 按 上 网 电 价 0.5 元 /k W·h 计算,则单台机组的加热耗电费用为 3.9×106k W·h×0.5元 /k W·h=195 万元 / 年。按单台机组脱硝热解升级改造投资约:热解升级改造 120 万 + 烟道改造 140 万(由于本方案建议改造高温烟气旁路项目对脱硝热解进行升级,故不计算烟气旁路改造费用,旁路竖直段采用 304 材质及改造费用已计)=260 万元,投资回收期约为 1.4 年。

其他分析:电加热器故障发生率较高,跳闸后脱硝系统退出运行,造成氮氧化物排放指标超标,甚至有些电厂对脱硝热解电加热器加装了备用加热器,增加设备投资和检修量,虽能保障环保指标,但并没有节能效果,给运行维护增加了难度。升级改造后的脱硝热解系统可长期稳定运行,降低了厂用电率,便于运行维护,且升级改造后的脱硝热解系统与原热解系统可以互为备用,对环保指标有了进一步的保障。

7 结语

全负荷(低负荷)脱硝已然成为国家加强环保监管的趋势,而随着工业企业对节能的逐渐重视,建议计划和已改造高温烟气旁路的电厂对脱硝热解系统升级改造。

延伸阅读:

电厂尿素热解和水解工艺研究

大型燃煤机组脱硝尿素水解工艺说明(含与尿素热解对比)

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