SCR脫硝改造在125 MW燃煤機組的應(yīng)用

蔡晶晶，周亞東,吳　斌

(浙江海元環(huán)境科技有限公司，浙江　杭州　310051)

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化工機械

SCR脫硝改造在125 MW燃煤機組的應(yīng)用

蔡晶晶，周亞東,吳斌

(浙江海元環(huán)境科技有限公司，浙江杭州310051)

介紹了陜西某熱電廠2×125 MW機組SCR脫硝工藝的方案及改造。本文結(jié)合實際經(jīng)驗，介紹125 MW脫硝工程的設(shè)計方法及特點，采用高溫高塵方式布置，包括SCR反應(yīng)器的優(yōu)化布置、反應(yīng)器SCR本體的設(shè)計、催化劑的設(shè)計、氨區(qū)設(shè)計等。對遇到的問題進(jìn)行分析和提出相應(yīng)的對策，優(yōu)化了各工藝參數(shù)，使工藝得到進(jìn)一步完善，為系統(tǒng)正常調(diào)試、運行提供可靠保證，同時為中小燃煤鍋爐SCR脫硝工藝的工程應(yīng)用實踐提供參考。

125 MW；SCR脫硝；反應(yīng)器；CFD；催化劑

我國是能源消耗大國，而NOx的排放70%來自燃煤，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，火電仍占我國能源結(jié)構(gòu)中絕大部分[1]。NOx型的減排是我國“十二五”節(jié)能減排的新增任務(wù)，“十三五”將進(jìn)一步削減NOx的排放。同時，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)規(guī)定NOx的排放濃度為100 mg/Nm3以內(nèi)[2]。2015年12月國務(wù)院常務(wù)會議和環(huán)保部等三部委推進(jìn)的《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》決定全面實施燃煤電廠超低排放，規(guī)定NOx的排放濃度為50 mg/Nm3以內(nèi)[3-4]。

選擇性催化還原法(selective catalytic reduction,SCR)煙氣脫硝技術(shù)以其技術(shù)成熟、脫硝效率高、二次污染少等優(yōu)點在燃煤電廠獲得廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)階段我國電力行業(yè)NOx控制的主要手段。歐洲、日本、美國政府也將SCR技術(shù)作為主要的電廠控制NOx技術(shù)[5]。本文通過某熱電廠125 MW機組的工程實例，就燃煤電廠SCR脫硝改造的幾個典型問題進(jìn)行具體分析，并提出相應(yīng)對策，為中小型燃煤電廠SCR脫硝改造工程的應(yīng)用提供參考。

1　SCR脫硝工藝

選擇性催化還原法(selective catalytic reduction,SCR)的原理是一定溫度的煙氣通過SCR進(jìn)口煙道，與氨噴射格柵(AIG)注入的氨氣充分混合后進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下將NOx還原為N2和H2O，煙氣再到空氣預(yù)熱器。還原劑氨氣的來源有液氨、氨水和尿素等。催化劑材料一般為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，適合的溫度范圍為320～420℃。SCR的化學(xué)反應(yīng)如下：

(1)

(2)

2　工程概況

陜西某自備熱電廠發(fā)電機組容量為2×125 MW，配置2臺480 t/h的煤粉爐。SCR脫硝采用高溫高塵方式布置，催化劑采用2+1布置方式。SCR反應(yīng)器采用雙煙道雙SCR反應(yīng)器形式設(shè)計，設(shè)計參數(shù)詳見表1。

表1　設(shè)計參數(shù)

3　SCR脫硝改造方案及對策

3.1SCR區(qū)設(shè)計方案

本工程采用高溫高灰SCR布置，根據(jù)爐膛、省煤器、空預(yù)器等運行溫度，省煤器出口溫度為385℃，是催化劑的有效反應(yīng)溫度，因此將SCR反應(yīng)器布置在二級省煤器出口與空預(yù)器入口之間。本工程SCR系統(tǒng)煙道布置特點是：雙煙道雙反應(yīng)器高灰段無旁路雙出口煙道布置方式。由于現(xiàn)場的場地問題，經(jīng)過優(yōu)化布置后，將SCR反應(yīng)器布置在空預(yù)器上方，單個SCR反應(yīng)器的尺寸為5887 mm×8002 mm，其布置圖詳見圖1。

圖1　SCR結(jié)構(gòu)布置圖

3.2結(jié)構(gòu)加固

由于改造項目沒有預(yù)留場地，SCR框架設(shè)置在原鍋爐空預(yù)器支架結(jié)構(gòu)上部，共增加5層平臺。需要對原結(jié)構(gòu)(包括基礎(chǔ)和支架結(jié)構(gòu))進(jìn)行全面的實地調(diào)查，并采取相應(yīng)的加固方案。

原有煙道支架采用獨立柱基基礎(chǔ)，持力層為圓礫層。經(jīng)勘查和計算后，原有獨立土建基礎(chǔ)無需另外進(jìn)行加固。新增的SCR結(jié)構(gòu)選型與原鍋爐空預(yù)器鋼架的結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，采用桁架式，并用有限元分析軟件進(jìn)行整體建模計算。通過建模計算，對原鍋爐空預(yù)器鋼架進(jìn)行局部加固改造，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.3CFD優(yōu)化設(shè)計

從以往工程情況來看，如SCR反應(yīng)器設(shè)計不當(dāng)，使塔內(nèi)的煙氣濃度、速度等分布不均，極易引起催化劑中毒、磨損以及較高氨逃逸等問題。對SCR反應(yīng)器的外形結(jié)構(gòu)、入口煙道尺寸、導(dǎo)流板的設(shè)置情況及煙道轉(zhuǎn)彎直徑等需針對具體工程進(jìn)行個性化設(shè)計。因此，采用計算流體力學(xué)技術(shù)(CFD)的方法進(jìn)行分析、預(yù)測。

利用CFD仿真模擬進(jìn)行研究，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，具體方案為：為滿足催化劑層速度、濃度分布要求，AIG至反應(yīng)器入口煙道彎頭處加裝了導(dǎo)流板，反應(yīng)器入口罩進(jìn)行了重新設(shè)計。對重新設(shè)計的導(dǎo)流板的形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、數(shù)量以及安裝位置、安裝角度等基本參數(shù)在計算機上進(jìn)行CFD仿真模擬計算后，得出優(yōu)化方案。導(dǎo)流板具體安裝位置圖見圖2。

圖2　優(yōu)化方案導(dǎo)流板位置示意圖(紅色為導(dǎo)流板)

BMCR工況下SCR系統(tǒng)總體的速度分布特性數(shù)值模擬結(jié)果見圖3?？偟目磥?，在系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎處和擴口處合理加裝導(dǎo)流板后，較好的控制了速度的流向，沒有出現(xiàn)較大的速度偏差，流場在結(jié)構(gòu)上達(dá)到了較理想的程度。

圖3　BMCR工況下SCR系統(tǒng)內(nèi)流線圖

3.4催化劑的設(shè)計

催化劑層為2+1層布置，初裝2層，預(yù)留1層備用。這樣可既以達(dá)到預(yù)定的脫硝效率，又為日后提高的脫硝標(biāo)準(zhǔn)提供預(yù)留空間。該鍋爐粉塵濃度為25.243 g/m3，適合采用蜂窩式SCR催化劑，材料由V2O5、WO3、TiO2等組成。這種類型的催化劑模塊化、相對質(zhì)量比較輕、比表面積大等優(yōu)點。催化劑部分參數(shù)如表2所示。

表2　催化劑參數(shù)

3.5氨區(qū)設(shè)計方案

本工程采用液氨來制備還原劑，液氨儲存、制備、供應(yīng)系統(tǒng)按2臺鍋爐的液氨使用量設(shè)計和施工。液氨由液氨槽車送至液氨儲存區(qū)，卸氨壓縮機將槽車內(nèi)的液氨壓至液氨儲罐儲存。液氨儲罐內(nèi)的液氨則利用罐內(nèi)自身的壓力或液氨泵送至液氨蒸發(fā)槽，通過廠區(qū)來的蒸汽換熱后蒸發(fā)為氨氣，通過氣氨緩沖罐來穩(wěn)定至一定壓力后，經(jīng)管道送至脫硝系統(tǒng)。液氨儲罐的容量為2×50 m3，材質(zhì)采用16 MnDR。

整個廠區(qū)只有冷卻塔及水池的左側(cè)的空地適合布置氨區(qū)，但這片空地還有一根電線桿，左下方上空還有110 kV架空線路經(jīng)過。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160-2008)規(guī)定，需要確保電線桿和110 kV架空線路到氨區(qū)最近的設(shè)備間距為塔桿的1.5倍，詳見氨區(qū)布置圖(圖4)。

圖4　氨區(qū)布置圖

4　改造后性能測試

煙氣凈化系統(tǒng)投運后，順利通過了168 h的試運行考核，考核的主要參數(shù)見表3，指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求并滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

表3　性能測試結(jié)果

5　結(jié)　論

通過對陜西某熱電廠125 MW機組SCR脫硝工藝方案及改造的介紹，分析該工程中遇到的問題，如何在改造期間采取CFD優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計、催化劑的選擇、氨區(qū)合理布置等相關(guān)問題，是脫硝改造需要關(guān)注的重點問題。用實踐工程應(yīng)用來證實不僅能達(dá)到良好的設(shè)計效果，而且能使得工藝得到進(jìn)一步完善，為系統(tǒng)正常調(diào)試運行提供可靠保證。

[1]李勝光.火電廠SCR煙氣脫硝氨氣氣化系統(tǒng)模型辨識與方案設(shè)計[D].天津：天津大學(xué),2011.

[2]GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]國務(wù)院常務(wù)會議[OL].http://www.gov.cn/guowuyuan/2015-12/02/content_5019050.htm.

[4]環(huán)境保護部,國家發(fā)展和改革委員會,國家能源局.全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案[OL].http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm.

[5]袁燕明,熊凱,廖偉輝.SCR煙氣脫硝綜合改造在600MW機組的應(yīng)用[J].中國高新科技企業(yè),2014(23):52-55.

Application of SCR Denitration Transformation in 125 MW Coal-fired Units

CAI Jing-jing,ZHOU Ya-dong,WU Bin

(Haiyuan Environment Science & Technology Co.,Ltd.,Zhejiang Hangzhou 310051,China)

The scheme and the modification of SCR denitration process of 2×125 MW unit in one power plant of Sanxi were introduced.Aimed to combine practical experience,the design features of 125 MW denitration and optimization were described,including the layout optimization of SCR reactor,the design of the SCR reactor body and the design of catalyst.Through the analysis of the problems,the process would be further improved and the operation can be more reliable.It provided engineering practice reference for the denitration process of middle-sized and small coal-fire boilers SCR.

125 MW; SCR denitration; reactors; CFD; catalyst

蔡晶晶(1983-)，女，工程師，主要從事煙氣脫硫脫硝除塵工作。

X701.7

B

1001-9677(2016)011-0187-03