2×660 MW机组SCR脱硝还原剂尿素替代液氨技术改造.pdf

10doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.01.003应用能源技术2023年第1 期（总第30 1 期）2660 MW机组 SCR脱硝还原剂尿素替代液氨技术改造高炼治（贵州盘江电投发电有限公司，贵州盘州553531)摘要：锅炉SCR脱硝技术中尿素替代液氨技术是一种新型的SCR脱硝技术,通过将尿素溶液作为还原剂，代替传统的液氨，实现烟气中氮氧化物的高效还原。为此文中设计并实施了一套安全可靠的尿素替代液氨技术改造方案。通过改造SCR脱硝系统的供应和喷射装置，实现了尿素溶液的替代使用。实验结果表明，尿素替代液氨技术具有安全性高、成本低、改造简单等优势，同时降低氮氧化物排放方面具有良好的效果。关键词:SCR；尿素；尿素水解工艺；制氨中图分类号：X773SCR Denitration Reduction Agent Urea Replaces LiquidAmmonia Technology Transformation in 2 660 MW Unit(Guizhou Panjiang Power Investment Power Generation Co.,Ltd.,Panzhou 553531,China)Abstract:The urea-replaces-liquid-ammonia technology in the boiler SCR denitration techno-logy is a new type of SCR denitration technology,which uses urea solution as a reducing agent toreplace traditional liquid ammonia to achieve efficient reduction of nitrogen oxides in flue gas.To thisend,this paper designs and implements a safe and reliable urea-replaces-liquid-ammoniatechnology transformation scheme.Through the transformation of the supply and injection devices ofthe SCR denitration system,the alternative use of urea solution is realized.The experimental resultsshow that the urea-replaces-liquid-ammonia technology has the advantages of high safety,lowcost,and simple transformation,and at the same time has a good effect in reducing nitrogen oxideemissions.Key words:SCR;urea;urea hydrolysis process;ammonia production0引言超低排放标准的实施，使燃煤电厂的脱硝技术面临着新的挑战。传统的SCR脱硝系统中,液氨作为还原剂被广泛使用。然而,液氨的储存、运输和使用过程中存在着安全隐患，对人员和环境构成潜在风险。因此，寻找一种安全可靠的替收稿日期：2 0 2 2-1 2-0 4修订日期：2 0 2 2-1 2-1 9作者简介：高炼治（1 9 9 0），男，本科，助理工程师,从事火电厂锅炉、环保设备改造等工作。文献标志码：AGAO Lianzhi代液氨的还原剂成为研究的重点。尿素作为一种常见的化学品，具有良好的还原性能，被广泛应用于SCR脱硝技术中 2 。尿素替代液氨技术是一种新型的 SCR脱硝技术,通过将尿素溶液作为还原剂，代替传统的液氨，实现烟气中氮氧化物（N O x)的高效还原 3-4。该技术具有安全性高、储存和使用方便等优点，可以有效降低脱硝系统的运行风险。尿素替代液氨技术具有以下优势：首先,尿素的储存和使用过程相对安全，不会产生文章编号：1 0 0 9-32 30(2 0 2 3)0 1-0 0 1 0-0 42023年第1 期（总第30 1 期）液氨的毒性和腐蚀性；其次,尿素的价格相对较低,可以降低脱硝系统的运行成本；此外,尿素溶液的供应和喷射装置的改造相对简单,可以方便地应用于现有的SCR脱硝系统 5-6 。基于以上背景,本文探索2 6 6 0 MW机组SCR脱硝系统尿素替代液氨技术的改造方案。通过对比传统液氨和尿素替代液氨技术的优缺点，设计并实施了一套安全可靠的尿素替代液氨技术改造方案,以降低氮氧化物排放,同时该技术还具有广泛的应用前景,可在其他燃煤电厂和工业领域中得到推广和应用。1设备概述某电厂设计为2 6 6 0 MW燃煤汽轮发电机组。锅炉为超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、切向燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构I 型布置,2 0 2 3年锅炉将进行扩容改造单机容量为7 2 6 MW。锅炉尾部安装SCR烟气脱硝装置，每台机组设2 台脱硝反应器,布置在省煤器与空预器之间。SCR烟气脱硝工艺,脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，不设省煤器高温旁路系统。在锅炉正常负荷范围内，SCR系统人口NOx按照浓度不大于450 mg/m设计，超低改造后，反应器出口NOx浓度不高于50 mg/m、氨逃逸小于3L/L。脱硝装置设计进口烟气参数见表1。表1脱硝装置设计进口烟气参数项目数值烟气流量/mh-11 968 350温度/360压力/Pa-1423CO,/%20.9502/%3.52N2/%70.03H,0/%5.19灰/gm362.36450NOx/mgm*3SO2/%应用能源技术SCR脱硝装置还原剂采用液氨，氨区配有3个7 5m卧式液氨储罐，理论最大液氨储存量约1 2 5t,属于三级重大危险源，存在较大安全隐惠。2技术现状分析近年来，随着尿素热解和水解工艺国产化,投资及运行费用降低，尿素制氨工艺在国内得到了广泛应用。尿素热解工艺系统对机组负荷变化的响应较快，但能耗较高,尿素热解技术早期热解能量来源于天然气或柴油的燃烧，目前经技术改进后调研国内A电厂2 6 6 0 MW机组于2 0 2 1 年8月将液氨制备改造为热解尿素制备工艺，热源采用低过上方空仓烟气通过炉内加热器直接加热冷稀释风;B电厂2 6 6 0 MW机组于2 0 1 9 年4月将液氨制备改造为热解尿素制备工艺，热源采用低过上方空仓烟气通过炉内加热器直接加热冷一次风等多家电厂采用一次热风电加热或烟气换热热解工艺。C电厂2 1 0 0 0 MW机组采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置,还原剂采用尿素水解法制备，设置2 台水解器，每台水解器的容量为2 台机组BMCR工况下供氨量的1 1 0%，即每台水解器产氨量为8 0 0 kg/h。尿素水解系统随主机于2 0 1 9 年投人运行至今运行正常；D电厂2 1 0 30 MW,氨制备系统改造为一般水解尿素工艺，热源及保温用蒸汽均由电厂辅汽联箱供给，氨气稀释使用热一次风等电厂采用尿素水解工艺,虽然初始投资较高，但系统内尿素溶液加热分解温度低、除盐水可循环使用,能耗低于尿素热解工艺。基于上述成熟的SCR脱硝制氨技术案例技术支持,对现有脱硝工艺两种工艺尿素水0.31解工艺和热解工艺对比结果见表2。1112表2项目分解方式热源反应温度关键设备反应地点尿素溶液浓度50%系统排污不需排污布置方式公共系统+热解炉（单炉配置）通过表2 可以得出，尿素热解系统反应温度高，加热器布置在锅炉尾部烟道内存在磨损泄漏的可能性,对烟气流场有一定影响。加热器布置在锅炉尾部烟道外时，需提供外部热源（电加热或蒸汽加热)加热稀释空气，能耗高，系统相对复杂;尿素水解系统反应温度相对较低,能耗相对较低。常见问题为管道腐蚀和结晶堵塞,系统一般按两台机组公用设置，管道伴热及阀门运行可靠性要求较高。综合两种工艺对比结果文中该电厂采用水解工艺改造方案实施此次改造。3改改造方案3.1尿素制氢工艺方案设计该厂SCR装置超低改造设计进口NOx浓度为450 mg/m、出口NOx浓度不高于50 mg/m，正常运行SCR出口NOx浓度一般控制在45mg/m以内。近几年脱硝装置运行数据显示,SCR进口NOx浓度均不超过450 mg/m,考虑后期锅炉人炉煤质变化可能引起炉膛NOx排放浓度升高等因素,此次改造SCR进口烟气参数仍然采用原设计值，此外，此电厂扩容改造后单机容量为726MW,考虑锅炉扩容对烟气量的影响,此次改造烟气量需按照超低改造烟气量的1 1 0%计算，由此氨耗量计算见表3。应用能源技术尿素热解及水解工艺对照表热解尿素液滴在高温空气中直接雾化分解，生成含氨量小于5%的混合气体热一次风、电/气加热器、炉内加热器350 600 热解炉、加热器SCR区热解炉2023年第1 期（总第30 1 期）水解蒸汽间接加热尿素溶液，分解成37.5%的氨气，再经热空气稀释成含氨量小于5%的混合气体饱和蒸汽140 160 水解器、蒸汽/烟气加热器公用尿素水解反应器50%需定期排污公共系统+水解器（公用配置）表3项目超低改造烟气量（标、湿、实际氧)/mh-1锅炉扩容后烟气量/mh-1烟气量（标、干、6%0 2)/m.h-1进口NOx(标、干,6%0 2)/mgm-3出口NOx(标、干、6%0 2)/mgm-3氨逃逸/mgm-3两台炉氨耗量/kgh-1两台炉尿素耗量（按9 8%分解率计)/kgh-1两台炉氨耗量设计值（1 2 0%）/kgh-1通过表3计算得出，设计工况下单台炉氨耗量为359 kg/h,两台机组同时满负荷运行时氨耗量为7 1 8 kg/h,尿素消耗量为1 2 9 3kg/h,按留有20%余量氨供应量为430 kg/h。采用尿素水解工艺时,水解反应器公用，2 运1 备，单台水解反应器氨出力按照430 kg/h设计。3.2尿素卸料方式该电厂2 台机组脱硝装置总氨消耗量约718kg/h,此次改造尿素溶解罐布置在尿素溶解车间内,为方便尿素卸料,布置在0 米以下,尿素溶液储罐和疏水箱室外布置。在尿素区设袋装尿素堆场,尿素溶解罐上部设进料斗和进料管，料斗下设电动插板阀，插板阀能实现可靠密封，防止溶解罐异味散发。尿素颗粒通过压缩空气将罐车中氨耗量计算数值1 968 35021651852 165 185450452.571812938602023年第1 期（总第30 1 期）的尿素直接打人尿素溶解罐中。考虑到气力输送量不小于2 0 t/h,在尿素站新增2 个2 m的压缩空气罐，压缩空气取自常用压缩空气系统。3.3稀释风改造为了防止尿素水解反应的产品气发生逆反应,需要对稀释风进行升温处理，使进人氨空混合器的热稀释风温度维持在1 6 0 以上。单台机组满负荷下SCR脱硝设计工况下炉需要的稀释风量约1 0 50 0 m/h，当前每台机组脱硝系统配两台稀释风机，一运一备，单台稀释风机设计风量为8000m/h，全压7 0 0 0 Pa，不满足改造要求，需要整体更换，新稀释风机可按风量1 1 0 0 0 m/h，全压8 0 0 0 Pa选型。针对稀释风升温改造有以下几种方案:方案一抽取热一次风作为稀释风,增加热一次风除尘系统和高温增压风机，原有稀释风机停运；方案二加装蒸汽暖风器，暖风器气源为公用辅汽，冷稀释风经暖风器加热送人氨/空气混合器；方案三冷稀释风由管道送至SCR脱硝反应器出口烟气中进行换热，升温后的稀释风送入氨/空气混合器。通过密度计控制尿素溶解量，用除盐水制成50%浓度尿素溶液，尿素溶液储罐利用蒸汽加热对其进行保温，温度维持在40 50。综合比较三种方案得出,方案一工艺系统复杂,新增设备多，维护工作量大；方案二施工量小，方便检修，但需消耗一定量的辅汽，但目前机组公用辅汽量充裕满足要求，为此采用此方案；方案三施工量较大,为保证稀释风加热系统可靠性,该方案与暖风器方案互为备用。3.4氨喷射系统改造此次氨喷射系统改造采用配套更换喷氨支管及喷氨格栅，材质均采用30 4不锈钢。喷氨支管应用能源技术需采取保温措施，保温厚度不小于1 0 0 mm，使进人喷氨格栅前的氨空混合气温度不低于1 50。另外，现有氨空混合器碳钢制作，改造后容易发生腐蚀整体更换材质为31 6 L。由于机组脱硝装置氨喷射系统均完成了分区改造，此次改造需全套更换氨空气母管和分区氨空气母管联箱。4结束语水解尿素工艺在国内应用较为广泛，技术成熟，以其高安全性、运行经济性为优势，逐渐成为SCR脱硝还原剂制备技术的首选技术方案。本文通过对2 6 6 0 MW机组SCR脱硝系统的改造，探索了尿素替代液氨技术的应用。实验结果表明,尿素替代液氨技术在降低氮氧化物排放方面具有良好的效果，通过文中的研究为燃煤电厂的SCR脱硝系统提供了一种安全可靠的尿素替代液氨技术改造方案，为减少氮氧化物排放，改善环境质量提供了新的思路。参考文献1杨海波.燃煤电厂脱硝系统液氨改尿素技术研究J.电子质量,2 0 2 1(4);8 7-9 0.2章新伟，李靖菀.脱硝还原剂液氨改尿素技术应用及优化 J.中外能源,2 0 2 2,2 7(5）：9 2-9 5.3戴志毕.电厂脱硝还原液氨改尿素技术探讨 J.节能与环保,2 0 2 3(3):7 0-7 1.4景杰,丁开瑞.SCR脱硝液改尿素制氨技术经济性研究 J.节能与环保,2 0 2 2(5）:6 2-6 3.5范振涛.燃煤工业锅炉SNCR脱硝控制系统设计J.应用能源技术,2 0 2 2(1 2):2 3-2 6.6王帅，成新兴，唐如意，等.燃煤发电厂液氨改尿素改造及工程设计 J.洁净煤技术,2 0 2 3,2 9（S2)：450-453.13