超超臨界鍋爐SCR脫硝工藝及其調試
摘要:在介紹望亭電廠超超臨界鍋爐脫硝系統工藝特點的基礎上,重點對其調試技術進行了分析和研究,并對脫硝系統國產化提出了思路。
關鍵詞:超超臨界鍋爐,脫硝系統,特點,調試
望亭電廠位于江蘇省蘇州市相城區望亭鎮東北,其“上大壓小”2 ×660MW機組采用上海鍋爐廠首次生產的超超臨界一次中間再熱直流Π 型 1 991 t/h鍋爐。電廠同步建設了SCR 煙氣脫硝裝置和濕法煙氣脫硫系統。
望亭電廠SCR項目由中國華電工程(集團)有限公司環保分公司總承包,采用日本三菱重工株式會社轉讓技術,工程于2008208213開工。
1 SCR脫硝工藝
望亭電廠SCR脫硝工藝流程見圖1。
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圖1 望亭電廠SCR脫硝工藝流程 |
2 SCR脫硝工藝特點
2. 1 催化劑
目前用于燃煤電廠SCR 法煙氣脫硝的催化劑主要有3種類型:蜂窩式、平板式和波紋板式。蜂窩式催化劑因其單位體積的有效表面積大,且達到相同脫硝效果所需的催化劑量較少而被廣泛應用,市場占有率在60%～70%。
望亭電廠SCR裝置采用日本三菱株式會社生產的蜂窩式催化劑,催化劑為2層正常層和1層附加層。正常層總體積和附加層體積均為254. 6m3。其性能參數見表1。
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望亭電廠鍋爐設計煤種為淮南煤,其特性見表 2,對應該煤種的催化劑活性曲線見圖2。
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圖2 催化劑活性隨運行時間變化曲線 |
2. 2 脫硝劑
脫硝劑一般采用尿素、純氨或氨水。使用尿素最安全,但其投資、運行費用為三者中最高;純氨的運行、投資費用最低,但其存儲安全性要求較高;氨水介于兩者之間。由于純氨法應用廣泛,貯運量小, 有利于系統布置,同時鑒于國外的應用情況和電廠現有的管理水平,望亭電廠脫硝工程采用純氨系統。在鍋爐BMCR工況下,脫硝裝置進口NOx 質量濃度為450mg/m3 (本文煙氣量均為標準狀態值)時,氨耗量為309 kg/h,純氨以2 800元/ t計,氨消耗費用約476萬元/ a。
3 SCR脫硝系統調試
SCR煙氣脫硝系統的調試主要包括冷態調試和熱態調試,并按氨區和硝區分別進行調試。
3. 1 冷態調試
(1)氨區的冷態調試主要包括如下內容:氨區系統跟蹤檢查,確保系統中的所有設備安裝無誤;閥門及測點調試,確保所有測點顯示準確,閥門就地 (遠方)操作正常,反饋正確;氨區轉機設備試運,氨區排污泵試運(由于卸料壓縮機不允許空轉,只進行了卸料壓縮機電機的試運) ;氨區設備吹掃,用壓縮空氣吹掃至硝區氨氣管道與混合器的接口;氨區承壓設備的水壓試驗,水壓試驗壓力為設計壓力的 1. 2～1. 3倍。在水壓試驗時發現的漏點要及時進行處理,處理完后再次進行水壓試驗,直至系統嚴密不漏,能夠保壓30min以上;水壓試驗后,再對系統進行氣密性試驗。氣密性試驗壓力為系統的設計壓力。試驗時要用肥皂水對系統內所有法蘭、閥門的盤根和門桿、儀表接口等處進行全面檢查,并對泄漏處進行處理,直至系統能夠保壓30min以上;對氨區的噴淋水系統進行噴淋試驗,確保各噴淋閥動作準確,噴淋正常。
(2)硝區的冷態調試。硝區的冷態調試內容包括:硝區設備的跟蹤檢查;閥門及測點調試,確保所有測點顯示準確,閥門就地(遠方)操作正常,反饋正確;稀釋風機試運,試運時要把注氨格柵分支的手動門關閉,拆開1～2個注氨格柵手動門前的法蘭作為排放口,在管道吹掃干凈后回裝;檢查注氨格柵噴嘴,打開注氨格柵手動門,啟動稀釋風機,檢查每一個注氨格柵噴嘴是否暢通,對不出氣的噴嘴要進行處理;煙氣分析儀的調試;脫硝吹灰蒸汽管道吹掃及吹灰器試運;脫硝干除灰系統調試。
3. 2 熱態調試
氨區的熱態調試過程主要包括液氨罐首次利用卸料壓縮機裝載液氨,以及氨氣的首次制備。重點要對液氨蒸發器的溫度自動控制及氨緩沖罐的壓力自動控制進行參數調整,確保上述參數控制準確。硝區的調試主要包括:
(1)機組負荷穩定在90%以上,測量注氨格柵前煙氣的溫度、氧量、流量及NO濃度,根據測量結果初步計算出每個注氨格柵需要的氨流量。
(2)調整完注氨格柵每個分支的流量之后,在煙氣溫度滿足要求的情況下,往煙氣中注氨,進行脫硝。脫硝效率達到設計值后,在SCR出口用網格法測量NOx 的分布,根據測量結果對注氨格柵相應的分支流量進行進一步的調整。
(3)投入注氨流量“自動”控制,對控制參數作進一步調整,確保注氨流量自動控制準確、靈敏。
(4)脫硝吹灰器的熱態投運。
在上述工作完成后,需要對整個脫硝系統的運行參數進行全面的檢查和進一步的調整,使脫硝系統各運行參數正常,符合設計要求。
4 脫硝系統調試中應注意的問題
(1)由于注氨格柵的噴嘴比較小,在注氨格柵通入空氣前,必須確保注氨格柵各分支手動門前的管道已經吹掃干凈,并且要在通風的情況下進入內部,檢查每個噴嘴是否暢通無堵塞。
(2)由于氨是一種親水化合物,因此,在進行氨區設備管道水壓試驗時,要確保系統中的水能夠徹底排凈。對于不能排凈水的設備,不得參與水壓試驗。為了保證將水徹底排干凈,在排水結束后,應再用壓縮空氣把系統中殘留的水吹掃干凈。
(3)根據我國《壓力容器安全技術監察規程》的要求,在水壓試驗結束后,氨區設備管道必須進行氣密性試驗。氣密性試驗合格后才可以向系統注氨。由于氣密性試驗壓力為設計壓力( 2. 2MPa) ,而電廠的壓縮空氣壓力只有0. 7～0. 8MPa,所以要提前準備好高壓氮氣或者排氣壓力能滿足氣密性試驗的空氣壓縮機。為了節省氣密性試驗的時間,可以先利用壓縮空氣升壓至0. 7～0. 8MPa,然后再利用其他方法繼續升壓。氣密性試驗要分段進行,每一個階段都要用肥皂水對系統進行全面檢查,對有泄漏的地方立即處理,然后再進行升壓。
(4)由于氨氣和空氣混合易引燃爆炸,所以,首次進氨前必須按照要求把系統中的空氣用氮氣置換到氧的體積分數為1% ～2%; 進氨時先通入氣態氨,檢查系統無泄漏后再啟動卸料壓縮機通入液氨。卸氨結束后應用氮氣把卸氨管道吹掃干凈。
(5)首次往煙氣中通入氨氣前,要先完成注氨格柵各分支流量的預調整;另外,首次通入氨氣的量不宜多,只要達到通入氨氣后SCR反應器出口的煙氣分析儀表有變化,再緩慢增加注入的氨氣量,直至脫硝效率達到設計值。
(6)氨與煙氣中的SO3 反應可生成硫酸銨鹽, 該化合物易黏結在空氣預熱器的換熱面上,造成空預器堵塞及換熱性能下降。因此,在調試過程中,要注意氨逃逸率,在氨逃逸率較高時,必須降低脫硝效率,以使氨逃逸率恢復至正常水平。
(7)氨是一種危險的化學品,在調試過程中要熟悉相關事故的處置方法。另外,現場調試必須配備必要的防護用品及便攜式氨氣泄漏檢測儀。
(8)稀釋風機產生的稀釋風不但起稀釋氨氣的作用,同時還可防止A IG噴嘴堵塞。因此,無論是否噴氨,在鍋爐引風機投運前,先投運稀釋風機;當鍋爐引風機停運后,方可停運稀釋風機。
(9)要實現SCR系統優化運行,則要求SCR反應塔頂部入口截面上的煙氣速度分布最大允許偏差為10%～15% ,煙氣溫度分布最大允許偏差為10 ～15 ℃ , NH3 / NOx 摩爾比分布的最大允許偏差為 5%～10%。
5 結語
SCR法是目前國際上應用最廣泛的脫硝方法。國內電廠也主要以SCR脫硝為主。煙氣脫硝是一個新的課題,建議有關研究、運行及試驗單位在催化劑中毒機理、催化劑體積計算、脫硝系統阻力計算、氨耗量計算、A IG設計方法、脫硝系統調試和運行維護、性能測試、SCR反應器及催化劑模塊安裝、SCR 系統控制邏輯等方面進行更加深入的研究,以加快 SCR技術國產化和自主知識產權化。
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