熱解制氨法煙氣脫硝電氣設(shè)計(jì)方案分析

□崔春雷 張 帆 冀世毅

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的大氣污染物排放不斷增長，以氮氧化物(NOX)等為主的區(qū)域性酸雨污染嚴(yán)重，很多地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量有惡化的趨勢，嚴(yán)重影響到我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的健康發(fā)展。在此背景下，國家環(huán)境保護(hù)總局加強(qiáng)了環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，確立了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等十四個(gè)大類的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系，正式把《環(huán)境工程技術(shù)規(guī)范》納入環(huán)境體系標(biāo)準(zhǔn)體系，并編制了《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范——選擇性催化還原法》。

一、SCR技術(shù)工藝特點(diǎn)［1，2］

(一)SCR反應(yīng)原理。選擇性催化還原技術(shù)(SCR)作為世界煙氣脫硝領(lǐng)域的主流技術(shù)，是通過在催化劑(鐵、釩、鎘、鈷或鉬等堿性金屬)上游煙氣中噴入氨或者其它合適的還原劑，利用催化劑將煙氣中的NOX轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害的氮?dú)夂退?。NH3具有選擇性，只與NOX發(fā)生反應(yīng)，基本不與O2反應(yīng)，所以稱為選擇性催化還原。其主要化學(xué)反應(yīng)如下［1］:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(二)SCR布置方式。選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝，一爐兩個(gè)反應(yīng)器，還原劑儲(chǔ)存、配制等為公用系統(tǒng)。整個(gè)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)分為兩大部分，即SCR反應(yīng)器和氨制備、存儲(chǔ)及供應(yīng)系統(tǒng)。SCR反應(yīng)器布置可分為以下兩種［2，3］:高含塵布置:SCR反應(yīng)器位于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。低含塵布置:SCR布置在煙氣脫硫系統(tǒng)和煙囪之間。

(三)還原劑氨的制取方法。在SCR系統(tǒng)中穩(wěn)定可靠的制氨系統(tǒng)在整個(gè)SCR系統(tǒng)中是不可或缺的，制氨一般有尿素、純氨、氨水三種方式。

二、脫硝低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣專業(yè)的要求?！禜J 562火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范》和《HJ 563火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法》對(duì)脫硝電氣系統(tǒng)作如下規(guī)定［1，2］:一是低壓廠用電電壓等級(jí)、中性點(diǎn)接地方式與廠內(nèi)主體工程一致。二是SCR區(qū)電源宜并入鍋爐MCC段。還原劑區(qū)電源益引自廠區(qū)公用電源。采用雙電源進(jìn)線。三是控制電源宜采用交流控制。當(dāng)直流電源引接方便時(shí)，也可考慮采用直流電源。四是宜根據(jù)自身情況確定是否采用保安電源和UPS。五是二次控制宜設(shè)置在機(jī)組單元控制室。

(二)設(shè)計(jì)方案一。某脫硝工程中絕熱分解室是低壓部分最大的負(fù)荷。鍋爐部分的PC或MCC已經(jīng)沒有如此大的變壓器剩余容量和備用間隔來給它配電。同時(shí)，從脫硝系統(tǒng)應(yīng)設(shè)立獨(dú)立的配電系統(tǒng)考慮，設(shè)立專門的脫硝變壓器為其配電。這樣，兩個(gè)機(jī)組共設(shè)兩臺(tái)脫硝變壓器，兩段脫硝PC段。在SCR區(qū)可供安放變壓器的配電間位置，只能放在反應(yīng)器下的28m高度的平臺(tái)上?？臻g位置是有限的，因而脫硝變壓器只能考慮在附近其他廠房的配電間內(nèi)安放。SCR區(qū)和溶液制備區(qū)是兩處不同的區(qū)域，間隔較遠(yuǎn)，分別設(shè)立MCC為其負(fù)荷集中供電。按二級(jí)負(fù)荷配電要求考慮，應(yīng)采用雙電源進(jìn)線。由此可以得到低壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案一:采用動(dòng)力中心(PC)與電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)的供電方式。每個(gè)機(jī)組設(shè)1個(gè)脫硝PC段，共設(shè)2個(gè)PC段;每個(gè)機(jī)組設(shè)一個(gè)SCR區(qū)MCC段，共設(shè)2個(gè);設(shè)1個(gè)溶液制備區(qū)MCC段，為公用部分。兩個(gè)脫硝PC段采用單母線分段接線，中間設(shè)母聯(lián)開關(guān)。設(shè)兩臺(tái)脫硝變壓器，兩臺(tái)變壓器互為暗備用。變壓器和PC段開關(guān)柜設(shè)在SCR區(qū)附近的配電間內(nèi)。MCC均采用雙電源進(jìn)線。由脫硝PC A、B段分別提供一路電源，兩路電源采用單刀雙投隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)電源切換。SCR區(qū)MCC可設(shè)在反應(yīng)器下方的平臺(tái)上，溶液制備區(qū)MCC設(shè)在溶液制備區(qū)的配電間內(nèi)。由于距離鍋爐較近，保安及UPS電源以及應(yīng)急照明電源由鍋爐配電系統(tǒng)提供。

(三)設(shè)計(jì)方案二。鑒于某工程電除塵改造和脫硝同步實(shí)施，可以利用電除塵改造時(shí)拆除的兩臺(tái)電除塵變壓器作為本脫硝的低壓負(fù)荷電源。同時(shí)，脫硝PC段也可以利用原電除塵PC段的開關(guān)柜。這樣在經(jīng)濟(jì)性上就有了很大的改觀，同時(shí)也解決了PC段安放位置的問題。但是原電除塵變壓器的容量為2，000 kVA，而每段脫硝PC初步估算有1，400 kW，這樣就無法讓兩臺(tái)變壓器實(shí)現(xiàn)互為暗備用的作用。于是考慮再新增一臺(tái)2，000 kVA的備用變壓器，為兩臺(tái)工作變壓器提供明備用電源。備用變壓器電源擬引自脫硫10kV段。原電除塵PC段已經(jīng)各有一面母聯(lián)斷路器柜，因此只增加一臺(tái)低壓變壓器。

圖1 設(shè)計(jì)方案一:低壓配電系統(tǒng)圖

圖2 設(shè)計(jì)方案二:低壓配電系統(tǒng)圖

圖3 設(shè)計(jì)方案三:脫硝PC段布置圖

(四)設(shè)計(jì)方案三。用電除塵備變兼做脫硝備變，不再新增脫硝備變。相比其他，這個(gè)方案是最為經(jīng)濟(jì)的。配電系統(tǒng)圖如圖3所示。

(五)方案比選。上述列出了三種低壓配電方案，其中設(shè)計(jì)方案一是最為理想化的，但是結(jié)合電廠改造的實(shí)際情況，不具有可實(shí)施性。設(shè)計(jì)方案二和三是具備可實(shí)施性的。它們各自存在優(yōu)缺點(diǎn)，可以從運(yùn)行工況和經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)方案二:設(shè)脫硝備用變壓器提供明備用電源，脫硝備變引自脫硫10kV段原增壓風(fēng)機(jī)回路。優(yōu)點(diǎn):除塵段和脫硝段都有獨(dú)立的備用變壓器，在運(yùn)行的時(shí)候不受各自的影響。缺點(diǎn):備用變壓器引自脫硫10kV段，如果脫硫系統(tǒng)檢修，將無法給#1、#2機(jī)組脫硝系統(tǒng)提供明備用電源，機(jī)組單元性較差。經(jīng)濟(jì)性和施工難度較方案三差，多出一臺(tái)變壓器的預(yù)算;同時(shí)由于電除塵配電室位于除灰綜合樓11m層，如果在配電間增加一臺(tái)變壓器的話，安放位置處的樓板的荷載需要重新計(jì)算，特殊情況需采取加固措施。

設(shè)計(jì)方案三:電除塵備變兼做脫硝備變，不新增備變。優(yōu)點(diǎn):脫硝運(yùn)行將不受電廠脫硫系統(tǒng)的影響。經(jīng)濟(jì)性好，施工方便，配電間幾乎不要任何改動(dòng)，只需要對(duì)PC段回路進(jìn)行一定的改造。缺點(diǎn):電除塵備變?yōu)槌龎m和脫硝共用，相互之間存在影響。當(dāng)兩套系統(tǒng)都故障時(shí)將無法同時(shí)提供備用電源。當(dāng)備變故障時(shí)，某個(gè)機(jī)組的脫硝和除塵都失去備用電源。運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)比方案二要大一些。綜上所述，兩個(gè)方案各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)院應(yīng)該將詳細(xì)的對(duì)比分析給業(yè)主，由業(yè)主方作出選擇。最終確定為方案三。

三、結(jié)語

可以看出，在工期比較緊張的情況下，采用經(jīng)濟(jì)性好、工程量小的方案是首要的選擇。而設(shè)計(jì)方也需從電廠的實(shí)際情況出發(fā)，提出多種方案，以求找到最好的解決辦法。最終方案在MCC盤柜和其他方案一樣的情況下，通過對(duì)PC段配電系統(tǒng)的改進(jìn)和分析，最終做到只需增加兩面PC柜就可以達(dá)到目的。最大程度上減少了工程量，對(duì)于工程進(jìn)度的貢獻(xiàn)有著很大的意義。

熱解制氨法是較為復(fù)雜的脫硝方法。掌握其設(shè)計(jì)技巧對(duì)于其他脫硝工程都有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。但是，由于脫硝并不是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體，是在鍋爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行添加，也需要電廠其他系統(tǒng)的改造與之相配合。因此只有全面掌握和了解這些系統(tǒng)才是做好脫硝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

［1］火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范［S］.HJ 562-2010

［2］火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法［S］.HJ 563-2010

［3］火電廠煙氣脫硝工程施工驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程［S］.DL/T 5257-2010