SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究

SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究
徐威
【摘要】在以尿素为还原剂的选择性催化还原(SCR)脱硝系统中,热解炉前电加热器耗电量大.为降低电耗,某电厂在640 MW机组脱硝改造中将电加热器系统改造为旁路做备用,增加高温烟气加热器,利用高温烟气对热一次风进行加热,所用高温烟气(约650 ℃、6 000 m3/h(标准状态))从高温再热器后、低温再热器前的水平烟道引出.分析研究了这一技术路线,并对改造效果进行变负荷性能试验. 数据分析结果表明,此项改造技术可行,且实施方便、运行良好,高温烟气加热器完全可取代电加热器,因而可降低机组厂用电率,节省电厂供电成本.
【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2017(050)001
【总页数】4页(P177-180)
【关键词】燃煤电厂;SCR烟气脱硝;尿素热解;电加热器;高温烟气加热器
【作者】徐威
【作者单位】中电华创电力技术研究有限公司,上海 200086
【正文语种】中文
【中图分类】TM621;TK172
目前燃煤机组烟气脱硝多采用SCR法，还原剂制备主要采用液氨蒸发和尿素热解技术[1-3]。

尿素热解的优势在于其系统运行的安全性与稳定性，不足是运行能耗高[4-5]。

以 600 MW 机组为例，SCR烟气脱硝尿素热解的热一次风电加热器功
率即达908 kW。

如果以锅炉低压再热器前的烟气替代电加热器对热一次风进行加热，即可解决尿素热解电耗高的问题。

此举对机组运行能耗指标的提高具有实际意义[6-7]。

目前，SCR脱硝系统最常见的尿素制氨方法就是热解法，尿素热解的工艺流程如
图1所示。

首先，由斗式提升机将尿素输送到含有除盐水的溶解罐，溶解得到质
量分数为50%的尿素溶液。

尿素溶液经输送泵输送到尿素溶液储罐，再经给料泵、尿素溶液计量分配装置和雾化喷枪进入热解炉；稀释风经热解炉前加热器加热后，进入热解炉，为尿素的热解提供热量以及将热解后的产物输送到SCR反应器。

为
减少加热器能量损耗，稀释风一般采用经空气预热器（空预器）加热后的一次风（下文简称热一次风）。

尿素溶液经雾化加热后热解，生成的NH3由稀释风携带，进入SCR反应器，在催化剂作用下与NOx进行反应[8]。

2.1 机组概况
某电厂640 MW机组配套锅炉采用哈尔滨锅炉有限公司设计生产的型号为 HG-1970/25.4-YM7超临界压力变压直流煤粉炉。

烟气脱硝系统设2台SCR反应器，采用高温高尘型布置，位于炉后省煤器与空预器之间。

反应器的截面长×宽为10
m×14 m。

反应器内催化剂按照“2＋1”模式布置，备用层在最下方。

每台反应器每层催化剂上方布置5只膜片式声波吹灰器，在省煤器出口烟道扩口、垂直烟
道的进出口转弯处及反应器顶部入口分别设置了烟气导流板。

该机组SCR还原剂
采用尿素热解法制备，工艺流程同前文所述。

以下介绍该机组尿素热解法制氨系统采用高温烟气加热器替代电加热器的改造方案及其实施效果。

2.2 改造方案及其实施
电厂借助机组小修停机的机会，于2015年7月对上述640 MW机组进行技术改造，将高温烟气加热器系统接入烟气系统中，并于同年10月正式启用。

经过技术改造，将热解炉前电加热器系统作为旁路，另安装高温烟气加热器，从高温再热器
后、低温再热器前的水平烟道，取一定量约650℃的高温烟气作为高温烟气加热器气源。

在高温烟气通道的出口，设置调节烟气门和关断烟气门，用于调节以及截断高温烟气。

在调节烟气门和关断烟气门之后，高温烟气与热一次风在烟气加热器中进行热交换，高温烟气经放热后（温度≤400℃）排入相邻侧空预器入口。

在烟气加热器的进出口烟道上，设置烟气门以进行系统隔离。

根据设计，烟气加热器在工作时所需高温烟气量约为6 000 m3/h（标准状态，下文凡与体积相关的数值均已换算到标准状态），对于总烟气量约2× 106m3/h的锅炉而言，影响基本可以忽略。

为防止积灰，高温烟气加热器采用管式、立式布置，高温烟气从加热器顶部引入，在管子内部垂直向下流动，避免加热器积灰。

热一次风经滤网并由加热器底部引入（粉尘含量较低），从上部排出。

经长期运行实践验证，高温烟气加热器内部管路积灰沉降不严重，因而未设置独立的吹灰装置。

高温烟气加热器入口和出口烟道阻力分别约300 Pa和500 Pa，加热器本身烟气阻力约500 Pa，即高温烟气加热器烟气系统总阻力约1 000 Pa。

锅炉烟气从低温再热器出口至省煤器出口烟气阻力约1 000 Pa，从省煤器出口至空预器入口烟气阻力约810 Pa（脱硝装置总阻力）；从高温再热器出口至空预器入口总阻力约1 800 Pa以上。

就整个加热器烟气系统而言，接出点与接入点之间的压差达到1 800 Pa以上，大于加热器系统烟气阻力，因此加热器能通过调节阀调节烟气流量以平衡并联的2支路烟气阻力，无需设置增压风机。

热解炉热源改造未对原风烟系统及设备进行大的变动，仅在原热解炉电加热器前的一次风道增设了一路旁路管道，从空预器出来的热一次风经过此旁路管道进入高温烟气加热器，与高温烟气进行换热，升温后的热一次风随后进入热解炉对尿素溶液进行热解（见图2）。

此改造保留了原热解炉的电加热系统，同时在旁路管道上设置了手动阀门，用于切换电加热器与高温烟气加热器，使系统运行更加安全可靠。

将电加热器改造为高温烟气加热器，稳定运行后，对系统设计参数值进行校验，包
括加热效果和沿程阻力值的核算。

将采用电加热器的系统参数（见表1）与采用高温烟气加热器的系统参数（见表2）进行对比分析，可知采用高温烟气加热器能满足SCR脱硝系统要求，具有实用性；高温烟气加热器取代电加热器后节省了厂用
电量，对电厂的厂用电率指标有一定贡献，具有经济性。

由表1可知，在638、591、428、352 MW负荷下，热一次风量均值为6 971
m3/h，电加热器在运行中的电流均值为1 054 A，此时功率为980 kW左右，按设计脱硝系统年运行小时数6 500 h计算，年耗电量6.37×106kW·h。

热一次风
从均值286℃经过电加热器加热后均值为548℃，风温均提升到设计值460℃以上，此时热解炉出口温度在363℃左右。

改造后热解炉投运高温烟气加热器，在579、558、466、333 MW负荷下，高温烟气调节门开度均设为100%，即在高温烟气加热器最大出力情况下，测试其是否满足设计要求。

由表1、2数据对比可知，在试验过程中，机组从90%负荷到约50%负荷的情况下，热解炉电加热器均未投入，经高温烟气加热器加热后，热一
次风温度从均值288℃提升到设计值460℃以上，均值为562℃，热解炉出口温
度在361℃左右，高于SCR反应器入口温度要求，基本实现了电加热器的功能，
证明了高温烟气加热器在变负荷后、稳定运行工况下，能满足热解炉的热解需求。

变负荷期间，在线监测系统对NOx进行监测，未发生超标情况。

热一次风和高温烟气通过高温烟气加热器时的阻力损失，实测值低于设计值，满足设计要求。

此外，在改造完成后半年间的连续运行过程中，高温烟气加热器进口和出口的压力差值一直在设计范围内，没有出现因高温烟气加热器积灰导致压差超标的情况。

截至2016年4月，该高温烟气加热器工作情况良好，进出口的热一次风和烟气的压力值在连续工作状态下满足设计要求（见图3和图4）；烟囱出口NOx排放浓度（监测值）一直处于合格范围内，并没有因部分高温烟气未经脱硝处理直接排入空预器而显著增大，即NOx满足排放要求；锅炉主蒸汽参数等与未改造前比较，
也未出现明显变化，满足正常运行要求，证明了该技术的可靠性。

按设计年脱硝运行小时数6 500 h计（电加热器平均功率980 kW），采用高温烟气加热器后年耗电量节省6.37×106kW·h，降低了机组厂用电率，达到了节能降耗的目的。

按上网电价0.40元/（kW·h）计算，每年可节省耗电费用254万元，采用高温烟气加热器取代电加热器，改造成本约600万元，3年内即可收回改造成本。

本文研究结果表明，SCR烟气脱硝尿素热解系统采用高温烟气加热器取代热解炉前电加热器，对热一次风进行加热，技术可行，节电效果明显。

该技术在改造上施工简单，且可保留原有电加热器系统作为备用，因而可确保SCR脱销系统的安全可靠，为电厂SCR脱硝尿素热解工艺的节能降耗开辟了一个新的途径。

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