华能北京热电厂脱硝尿素热解工艺及运行维护经验

华能北京热电有限责任公司HUANENGBEIJINGCO-GENERATIONCO.,LTD.华能北京热电厂脱硝尿素热解工艺及运行维护经验目录脱硝工程改造简介一尿素热解工艺介绍二脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法三相关节能改造四华能北京热电厂一期工程总装机容量845MW，四台锅炉均为德国巴布科克设计，在初设时就考虑了氮氧化物的排放设置了低氮燃烧器，因此在很长一段时间，北京热电厂的排放始终可以满足地方标准，但随着北京市环保要求的提高，电厂大气污染物的排放浓度，已不能全部满足北京市排放标准，同时，随着北京2008年绿色奥运会的要求，北京市政府将我厂烟气脱硝工程列入了2008年奥运会前的倒排工期折子工程，为此，我厂从2005年底，开始进行烟气脱硝技术的调研工作，并根据文件要求，电厂1-4号炉烟气脱硝工程于2006年2月开始筹备，至2007年12月正式投入运行。脱硝装置采用选择性催化还原脱硝（SCR）工艺，脱硝效率90%。脱硝工程改造简介烟道立体模型导流板2导流板1导流板3喷氨格栅静态混和器导流板4导流板5整流器催化剂省煤器入口流程示意空气空气预热器锅炉烟囱混合/给料泵SCR反应器柴油稀释风机尿素筒仓溶解罐HFDPCV溶液罐MDMAIG稀释风尿素喷枪热解炉脱硝工程改造简介SCR反应器内部吹灰器的配置及运行情况-针对锅炉烟气中飞灰粒度比较细且粘度较高的特点，为避免催化剂堵灰影响催化剂的使用寿命，SCR反应器采用“蒸汽吹灰+声波吹灰”联合吹灰模式。其中#1、2炉每层催化剂布置了3支国产时林声波吹灰器，#3、4炉每层催化剂布置了2支进口的GE声波吹灰器，声波吹灰器气源来自全厂杂用压缩空气系统并设置必要的过滤装置；在每台炉的每层催化剂上游布置了3支耙杆式电动蒸汽吹灰器，蒸汽吹灰器汽源来自每台炉的蒸汽吹灰联箱。根据吹灰器的蒸汽参数要求，在电动阀门后安装一个减压阀，减压阀与吹灰器之间的蒸汽管道，并安装必要的疏水阀和采取保温措施。所有吹灰器的控制接入机组DCS系统，进行程序控制。相比较而言，耙式蒸汽吹灰器的吹灰间隔较长，它主要用于飞灰含量或粘性相对较高的环境，解决已经形成的飞灰堵塞，但其高空安装与固定比较困难。声波式吹灰器的吹灰间隔仅有几分钟，它可以使飞灰漂浮在烟气中，预防堵塞的形成，不存在吹灰死角，且具有空间要求小、维护方便以及对催化剂的磨损弱等优点，但对于已经积存在金属表面的灰没有太大作用。声波吹灰器采用连续运行方式；蒸汽吹灰器采用间断运行方式，每8小时吹灰一次。脱硝工程改造简介脱硝装置投运对空预器传热元件的影响-2007年将1号炉1号空预器低温换热元件更换为搪瓷元件（其余空预器低温端换热元件未进行更换），脱硝装置投运4年来，无论是搪瓷元件还是普通波纹板换热元件的积灰腐蚀情况都未明显加剧，分析原因主要有以下两方面：①SCR反应器后氨逃逸量很小（运行中将SCR反应器后氨逃逸控制在3ppm以下）；②锅炉燃用低硫煤（硫分＜0.5%），烟气中SO2、SO3含量低，SCR反应器后烟气中生成的硫酸氢氨量较少。脱硝工程改造简介催化剂性能测试-SCR脱硝装置本体及其辅助系统由清华同方环境有限公司设计、供货、安装及调试。所选用的核心设备催化剂由清华同方采购国外成熟产品，#1、4锅炉催化剂采用奥地利Corme公司生产的蜂窝式催化剂，#2、3锅炉采用日本日立公司生产的板式催化剂。试运期对1、2号炉脱硝装置进行了性能测试，结果显示两种催化剂性能均能达到设计要求。催化剂管理脱硝工程改造简介脱硝工程改造简介脱硝工程改造简介相关系统改造-由于脱硝系统加装在省煤器和空气预热器之间，原有引风机前的烟气系统阻力增加了1100Pa——1200Pa，为了克服阻力，保证锅炉100%负荷正常运行，电厂将原锅炉引风机进行了改造，增加引风机压头。同时为了保证改造后引风机前的烟道系统及其设备的安全，由华北电力设计院对我厂脱硝系统后至引风机前的烟道和设备进行了其强度校核，得出的结论是原有烟道强度能满足脱硝改造后的系统压力变化要求。但电除尘器的内部部分钢结构必须增加其强度。为此，浙江诸暨电除尘设备厂家提出了有关内部加固方案，由电除尘器厂家具体实施完成此项工作。-在整个脱硝系统设计之初，电厂就针对脱硝实际运行状况，督促承建单位在设计时要考虑今后系统检修维护和试验测量的便利性，所有烟道在适当位置均配有足够数量和大小的人孔门、清灰孔，以便于烟道（包括膨胀节和挡板门）的维修和检查以及清除积灰。另外，人孔门与烟道壁分开保温，以便于开启。在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处等，以及根据提供的其他烟气流动模型研究结果要求的地方，设置导流板。为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，充分考虑了烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。烟道在适当位置配有足够数量的测试孔。目录脱硝工程改造简介一尿素热解工艺介绍二脱硝系统运行中遇到的主要问题及解决办法三脱硝系统节能改造四尿素热解工艺介绍1、SCR工艺的确定-目前看国内主要脱硝工艺主要有SCR、SNCR和混合法几种工艺，考虑到SNCR工艺脱除效率较低，加之北京市大气污染物排放标准较高，因此我厂脱硝采用SCR法烟气脱硝工艺。由清华同方环境有限责任公司引进意大利TKC公司技术，与意大利TKC公司进行配合设计。每台锅炉根据锅炉原有烟道情况，在省煤器和空气预热器之间分别安装了两台反应器，每个反应器采用3+1布置，进入喷氨隔栅的氨气通过10组喷氨阀组进入反应器入口烟道的烟气中，含有氨气的烟气通过静态混合器充分混合后进入催化剂入口整流器，整流器将氨气烟气混合气体进行整流后均匀进入反应器的第一层催化剂，接着进入第二和第三层催化剂，在各层催化剂的表面氨气和氮氧化物反应生成氮气，从而达到脱除氮氧化物的目的。具体反应原理如下：-4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）-6NO2+8NH3→7N2+12H2O（2）尿素热解工艺介绍2、还原剂的确定-脱硝还原剂主要集中在液氨、氨水和尿素三种材料，从经济性分析来看，液氨无疑是最好的，尿素次之，氨水最差。而从安全性来考虑，尿素最好，氨水次之，而液氨最差。由于北京热电厂地处首都，又在城市之内，安全无疑是初步设计时考虑最多的因素，因此我们选择了尿素作为脱硝系统还原剂。尿素热解工艺介绍3、制氨工艺的确定-初步设计时我厂经过长期调研选择了尿素热解系统作为还原剂分解方式。与水解法工艺相比，热解法尿素制氨工艺具有如下特点：尿素溶液的浓度可达40~50%，经过特殊的喷嘴雾化后喷入热解室；热解室内只有气体与雾化液滴，温度约300~500℃，压力为常压；热解室内的热量来源于天然气或柴油的燃烧；对负荷变化的响应快，只需5~10秒；对热解室内气体流场的分布及控制水平的设计要求较高；喷入烟道的氨气混合物温度约为300℃，对SCR入口烟气温度的影响很小。从场地情况来看，液氨和氨水系统的占地面积最大，尿素系统的用地面积最小；从固定投资投资（征地与系统投资）来看，氨水、热解法尿素制氨与水解法尿素制氨的氨区建设投资最高，液氨最低；从年度运行费用来看，氨水的运行费用最高，次之为水解法尿素制氨，液氨法最低，热解法尿素制氨工艺只比液氨法略高；从对烟气温度的影响看，热解法尿素制氨的影响最小；从系统响应性能考虑，水解法尿素制氨工艺最慢；从安全性角度考虑，热解法尿素制氨工艺最安全。因此综合考虑系统的安全性与场地因素，选择采用热解法尿素制氨工艺。尿素热解工艺介绍4、设备流程-华能北京热电厂4台锅炉共用一个还原剂储存与供应系统，还原剂为尿素热解所得到的氨气。并考虑为二期4×300MW机组的SCR系统预留空间位置和容量。尿素溶液制备、储存与供应系统由国电龙源设计、供货、安装及调试。还原剂绝热分解及计量分配由国电龙源选用美国FuelTech公司的NOxOUTULTRA®尿素热解制氨技术，由美国FuelTech公司提供有关设备，国电龙源负责安装调试。尿素热解法制氨系统包括尿素储仓、尿素溶解罐、尿素溶液混合泵、尿素溶液储罐、尿素溶液循环泵、计量和分配装置、绝热分解室(内含喷射器、燃烧器)、稀释风机、稀释风加热系统等。尿素粉末储存于储仓，由螺旋给料机输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，稀释空气经加热后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为NH3、H2O和CO2，分解产物由氨喷射系统进入锅炉脱硝烟道。流程示意混合/给料泵SCR反应器柴油稀释风机尿素筒仓溶解罐HFDPCV溶液罐MDMAIG稀释风尿素喷枪热解炉尿素热解工艺介绍尿素筒仓-设置1只尿素筒仓（93m3），筒仓容量按4台机组满负荷3天运行设计（每天24小时）。尿素筒仓为碳钢制造，并配检修起吊设备。尿素通过给料机输送到尿素溶解罐。-筒仓设计成锥形底立式罐，“锥形”斗部有不小于60°的斜度，顶部有3°的坡面，在筒仓的顶部有密封的防尘检查/进入门。-同时配备防止尿素吸潮、架桥及堵塞装置，以及布袋过滤器。-在筒仓出口设有取样口和取样装置，以便化验和控制尿素的品质。尿素热解工艺介绍尿素溶解罐-设置一只尿素溶解罐，体积为20m3。在溶解罐中，用除盐水或冷凝水制成40～50%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好的混合。-溶解罐由304L不锈钢制造，内衬防腐材料，罐体保温。容器为中凹底部、圆锥型底的立式304SS容器，容器用支脚支撑。尿素热解工艺介绍尿素溶液储罐-设置两只尿素溶液储罐，总容量按4台机组满负荷运行5天（每天24小时）用量设计，每个罐的体积为150m3。罐体材料采用FRP，内衬乙烯树脂涂层。使用热水加热。-储罐为立式平底结构，基础为现浇钢筋砼混凝土结构，露天放置时四周须加有隔离箱体。储罐是依据电厂所在地区可能出现的最恶劣天气温度、地震带、风力以及清洁等情况所设计。尿素热解工艺介绍尿素溶液泵-尿素溶液泵为不锈钢本体碳化硅机械密封的离心泵，两台泵一运一备，并列布置。此外，溶液泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。内容单位设计参数出口压力MPa0.16功率kW1流量m3/h4尿素热解工艺介绍尿素溶解罐-设置一只尿素溶解罐，体积为20m3。在溶解罐中，用除盐水或冷凝水制成40～50%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好的混合。-溶解罐由304L不锈钢制造，内衬防腐材料，罐体保温。容器为中凹底部、圆锥型底的立式304SS容器，容器用支脚支撑。尿素热解工艺介绍热解室-热解室利用燃用柴油的燃烧器作为热源，来完全分解要传送到氨喷射系统的尿素。热解室是一个加固的管道或反应器，在所要求的温度下，热解室提供了足够的停留时间以确保尿素到氨的100%转化率。-热解室从其进口开始算起，依据尿素的分解所需的体积来确定其容积的大小。热空气将通过燃烧器控制装置以维持适当的尿素分解温度。尿素经过一个提供完全分配的喷射器注入到热空气中。尿素的添加量是基于作为前馈信号的反应剂需求量来决定的，负荷跟踪性要适应锅炉负荷变化要求。系统将在管道出口处提供空气/氨气混合物。-燃烧器是一个完全独立的柴油燃烧器。燃烧器装置由一个燃烧器、电子点火导引装置和一台火焰扫描仪组成。这些设备由一个经认可的燃烧器管理系统组合起来，控制燃烧器的燃烧。燃烧器安装了一个系统出口热电偶以便控制管道出口温度。尿素热解工艺介绍热解室-热解室采用预先定制、分部运送的方式运到现场安装。一个完整的热解室由出入口连接法兰、内部绝热、带燃烧器管理系统的燃烧器导引装置和温度控制、烟气压力控制，烟道内混合器以及氨/空气混合物的流量、压力以及温度的控制和过程指示等组成。-热