第二天第4节 典型烟气脱硝案例-华能北京热电厂SCR工程

华能北京热电厂一期烟气脱硝案例•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工程，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•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）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还原剂选择液氨(NH399%)•最低的运输费用•最少的存储空间•危险氨水(NH329.7%，在美国典型是19%)•较高的运输和存储费用•较高能量消耗尿素•无危险•可用为固体运输，喷射前混合•较高的运输和存储费用•昂贵•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。因此从经济性分析来看，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。•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。在初设时经过调研，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；与水解法工艺相比，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；从对烟气温度的影响看，热解法尿素制氨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；因此综合考虑系统对NOx响应调整与现场布置等因素，最终选择采用热解法尿素制氨工艺。尿素热解系统原理及设计参数原理：CO(NH2)2NH3+HNCO尿素氨异氰酸HNCO+H2ONH3+CO2异氰酸水氨二氧化碳设计性能及设备参数:①设计氨气量20~142kg/h，可以为机组各种工况提供SCR充足的氨气量。②出口氨气浓度小于5%，安全有保证。③启动速度比较快，负荷跟踪能力比较强，自动化程度高（在我厂坚持下取消了就地PLC控制方式，全部进DCS控制）。④热解室本体高17米，直径2.3米，室内运行温度在450~600度。300℃~650℃300℃~650℃尿素热解法脱硝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目录华能北京热电厂脱硝系统简介一电厂脱硝主要系统及设备介绍二电厂脱硝日常运行及维护工作介绍三电厂脱硝系统存在的主要问题及整改四脱硝工程改造简介1、脱硝尿素公用系统华能北京热电厂4台锅炉共用一个尿素储存与供应系统，尿素公用系统由国电龙源设计、供货、安装及调试。热解制氨及其配套系统选用美国FuelTech公司的尿素热解制氨技术。尿素热解法公用系统包括尿素储仓、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、热解炉(内含喷射器、燃烧器)系统等。尿素储存于储仓，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。脱硝工程改造简介尿素溶解系统脱硝工程改造简介脱硝工程改造简介•尿素筒仓设置1只尿素筒仓，为碳钢制造，筒仓容量按4台机组满负荷3天运行设计，并配检修起吊设备，尿素通过计量罐输送到尿素溶解罐。筒仓成锥形底立式罐，“锥形”斗部斜度不小于60°，顶部有3°的坡面，在筒仓的顶部有密封的防尘检查门。筒仓配备防止尿素吸潮、架桥及堵塞等装置。筒仓配有布袋过滤器，洁净气中最大含尘量不超过50mg/Nm3。在筒仓的卸料口装有关断装置和卸料装置，筒仓出口依靠两道闸板门控制尿素输送量同时可以避免堵料。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。脱硝工程改造简介•尿素溶解罐系统设置一个尿素溶解罐，体积为20m3。在溶解罐中，用除盐水制成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尿素颗粒从储罐底部向侧部进行循环，使尿素溶液得到更好的混合。溶解罐由304L不锈钢制造，内衬防腐材料，罐体保温。•尿素混合泵尿素混合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，混合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。脱硝工程改造简介尿素循环供应系统脱硝工程改造简介•尿素溶液储罐设置两只尿素溶液储罐，为立式平底结构。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。罐体材料采用不锈钢，内衬乙烯树脂涂层，使用蒸汽加热来维持储罐内尿素溶液的温度正常。脱硝工程改造简介•尿素溶液循环系统尿素溶液循环系统可以使尿素溶液不断的在计量/分配装置和储罐之间循环。可以过滤尿素溶液以保证喷射装置的稳定运行；补充溶液输送途中损失的热量以防还原剂结晶；提供内部冗余系统以保证持续不间断的运行。每套尿素溶液循环装置包括两台带变频器调节电机的多级离心泵、在线过滤器、在线加热器及所有用于循环及尿素溶液储存系统本地/远程控制和监测的压力、温度、流速、液位等仪表。装置主要部件为不锈钢。脱硝工程改造简介尿素热解系统脱硝工程改造简介•计量/分配装置计量/分配装置主要是用于精确测量，并独立控制输送到每个喷射器的尿素溶液，布置在热解室附近。该装置通过使用一个独立控制阀来为进入热解室的喷射器提供尿素溶液，并始终响应电厂DCS提供的尿素溶液需求信号并提供本地控制箱。分配模块通过5个独立的流量和区域压力控制阀门来控制通往对应喷射器的尿素和雾化空气的喷射量。空气和尿素量通过这个装置来进行调节以得到适当的气/液比，并最终得到最佳的SCR所需还原剂量。计量装置通过接受脱硝效率信号或是反应器出口Nox信号，来调节热解所制的氨量。脱硝工程改造简介•热解炉•利用热源来完全分解要传送到氨喷射系统的尿素溶液，在所要求的温度下，热解炉提供足够的停留时间以确保尿素到氨的100%转化。•热解炉从其进口开始算起，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氨需求量来决定，负荷跟踪性较好，系统将在管道出口处提供空气/氨气混合物。•一个完整的热解炉由出入口连接法兰、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。脱硝工程改造简介•热解炉燃烧器燃烧器是一个完全独立的柴油燃烧器。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。脱硝工程改造简介•热解炉喷射组件设计安装在热解炉本体上。喷射器均匀的布置在热解炉的周围。喷射器将根据在热解炉内获得合适的尿素雾化和分布所需要的流量和压力，来确定其大小和特性。所设计的喷射器装置能阻挡任何高温气体回流到空气中并提供吸气口。•喷射器组完全由不锈钢制造。喷射器将通过热解炉侧面的入口孔插入。每一喷射器组件包括用于插入调整的调节器、用于尿素溶液和雾化空气的快速接头。尿素喷枪的喷射试验，用以确定喷枪工作是否正常。脱硝工程改造简介2、脱硝烟气及反应系统烟气系统包括从锅炉省煤器出口至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至空预器入口之间的连接烟道。其主要流程如下：来自锅炉省煤器的未脱硝烟气→SCR系统入口→喷氨格栅→烟气/氨静态混合器→导流板→整流装置→催化剂层→净烟气→SCR反应器出口→空气预热器入口。在整个烟气系统当中，主要的设备有反应器、喷氨系统、催化剂及其辅助吹灰系统等。脱硝工程改造简介反应器及烟气系统脱硝工程改造简介•SCR反应器本体及催化剂反应器在锅炉40~100%负荷下能正常运行，能满足烟气温度不高于400℃的情况下长期运行，为保持催化剂表面清洁配置了“蒸汽吹灰＋声波吹灰”的联合吹灰装置。催化剂设置为四层，三用一备。根据工况条件、催化剂的活性、用量进行SCR反应器内催化剂的设计，在设计工况条件下氨的逃逸率＜3ppm，SO2氧化生成SO3的转化率＜1%。催化剂模块之间及模块内元件之间设计有效防止烟气短路的密封系统，模块间及模块与反应器内壁之间使用焊接密封钢片，模块内元件间的密封材料为陶瓷纤维，寿命不低于催化剂的寿命，各台反应器的每层催化剂层都安装有可拆卸的测试块，每层有8个测试块，均匀布置。脱硝工程改造简介•氨喷射系统•氨喷射格栅的作用是将氨与空气的混合物注入烟道，喷射格栅上的氨喷嘴在烟道截面上均匀分布（每台反应器配置200个喷嘴），母管、支管及喷嘴内的氨/空气流量应尽可能均匀，以使SCR反应器入口NH3/NOx摩尔比的最大偏差不大于平均值的±5%，每根氨与空气混合物的注入管道上设置一个碟阀，烟道截面被分成多个小区，每个小区内的氨喷射量通过对应的碟阀独立调节，每台反应器配有10个碟阀。•静态混合器设置在氨喷射区下游，可以使氨与烟气充分混合。脱硝工程改造简介•氨喷射系统•氨喷射系统的作用是使氨与空气混合物喷入烟道后，可在较短的距离内与烟气中的NOx充分混合，并能手动调节烟道截面上的氨浓度分布。静态混合器喷氨格栅吹灰器设置•吹灰及控制系统•SCR反应器采用“蒸汽吹灰+声波吹灰”联合吹灰模式。每层（#1、2炉国产时林设备，每层布置3个；#3、4炉进口GE设备，每层2个）声波吹灰器和3个蒸汽吹灰器，预留层留有接口。脱硝系统的启动1、尿素溶解系统的启动①尿素储仓料位正常。②溶解箱注水。③投蒸汽加热溶解水。④启动搅拌器，水温度达到55℃时，启动尿素下料功能组。⑤启动尿素混合泵，投入再循环方式。⑥尿素溶液浓度满足设计要求时，将溶液供应至尿素溶液储罐。脱硝系统的启动设计尿素采用轨吊吊装目前采用斗式提升机脱硝系统的启动2、尿素溶液循环系统的启动启动尿素循环泵，待溶液回流至循环箱正常后，投入变频器自动，设定背压控制方式检查尿素循环泵运行正常，将尿素溶液储罐加热蒸汽电动门投入自动方式。脱硝系统的启动3、SCR反应器通烟：①缓慢开启SCR反应器出口挡板，防止反应器内积灰大量进入空