1000 MW机组脱硝热解系统热源改造项目技术经济性分析.pdf
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1、节能技术与应用46节能 ENERGY CONSERVATIONNO.12 20231 000 MW机组脱硝热解系统热源改造项目技术经济性分析童敏1 吴志祥2*(1.国能神皖池州发电有限责任公司,安徽 池州 247100;2.国能神皖安庆发电有限责任公司,安徽 安庆 246000)摘要:为了分析1 000 MW机组脱硝热解系统改造项目的技术经济性,以安徽某电厂二期扩建工程21 000 MW机组中的4#机组为研究对象,对尿素热解稀释风加热方式进行改造,综合分析几种方案的技术节能性。结果显示,推荐采用烟气加热方案,增设高温烟气换热器,与电加热器实质串联,现有电加热器备用,项目静态总投资为945万元,
2、改造后每年可节省电耗643.2万kWh,节省费用237.7万元。按静态投资回收法,约4年可收回成本,回收期小于10年,项目可行。关键词:脱硝;热解系统;热源;改造;技术经济性中图分类号:TK262 文献标志码:A 文章编号:1004-7948(2023)12-0046-04 doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.013引言安徽某电厂二期3#、4#机组是1 000 MW火电机组,锅炉采用东方锅炉厂的产品,于2015年6月投产,同步建设了SCR烟气脱硝装置,脱硝还原剂为尿素,采用热解法制取,稀释风(引自热一次风)利用电加热器加热。电加热器的额定功率为1 150
3、kW,使厂用电率增加了0.2%;电加热器运行可靠性低,3#炉热解系统自2015年5月投运以来,有两次较为严重的结晶堵塞现象,导致脱硝系统退出运行。按照国家发展改革委、环境保护部、能源局印发的煤电节能减排升级与改造行动计划(20142020年)(发改能源20142093号)1要求,火力发电厂要根据实际设备情况,不断提高节能水平,降低供电煤耗。火力发电厂节能设计规范(GB/T 511062015)2提出,尿素绝热分解室的热源宜利用锅炉一次热风或二次热风,也可抽取锅炉高温炉烟预热空气。电力节能技术监督导则(DL/T 10522016)3提出,火力发电厂应贯彻执行国家的节约能源政策。尿素不属于危险产品
4、,便于运输和储存,所以脱硝还原剂普遍选择尿素4。采用电加热方式作为稀释风热源的尿素热解系统,电加热器是耗能的重点。为了落实节能降耗要求,提高安全运行目标,计划对脱硝热解系统进行热源改造,分析改造项目的技术经济性。1项目概况安徽某电厂4#机组SCR烟气脱硝装置设计入口NOx浓度为300 mg/m3,脱硝还原剂采用尿素热解法制取,稀释风引自空气预热器出口热一次风,压力为9.812.0 kPa。利用电加热器将热一次风温度加热到约600,进入热解装置。电加热器额定功率为1 150 kW,分两级设置,第一级额定功率为650 kW,第二级额定功率为500 kW。机组额定负荷下,热一次风量约12 000 m
5、3/h,温度由336 加热至523,按电加热效率90%计算,加热器实际功率约1 072 kW。机组年运行时长取6 000 h,每年电加热器电耗约643.2万kWh,厂用电率约0.2%,运行能耗较高。热解系统设计出力裕量较小,曾出现尿素结晶堵管导致脱硝系统退出运行现象,存在因NOx排放浓度超限而机组被迫停运的风险。为了降低脱硝热解系统能耗,并提高脱硝系统运行的稳定可靠性,有必要对现有稀释风加热方式进行改造。4#机组配套东方锅炉厂生产的超超临界参数变压运行直流炉,锅炉采用一次中间再热、平衡通风、固态排渣、前后墙对冲燃烧方式。锅炉侧视图如图1所示。锅炉主要参数如表1所示。图1锅炉侧视图作者简介:童敏
6、(1984),男,本科,工程师、政工师,研究方向火电厂设备管理、技术创新。通信作者:吴志祥(1978),男,硕士,高级工程师,研究方向为电厂设备管理。收稿日期:2023-03-14引用本文:童敏,吴志祥.1 000 MW机组脱硝热解系统热源改造项目技术经济性分析 J.节能,2023,42(12):46-49.节能技术与应用47NO.12 2023节能 ENERGY CONSERVATION工程设计煤种为补连塔煤,校核煤种为布尔台煤。煤质及灰分分析结果如表2所示。2尿素制氨方法尿素制氨主要有尿素热解及水解两种工艺,目前国内应用相对较多的为热解工艺。利用电加热器加热稀释风是国内尿素热解工艺常用技术
7、,该技术对机组负荷变化的响应较快,但是需要采用大功率的电加热器,运行成本较高;如电加热器调温特性不佳或发生故障,可能导致脱硝停止喷氨而退出,NOx排放超标。随着节能技术发展及国家降耗要求,部分电厂对脱硝热解系统热源进行了改造,利用高温烟气换热器加热稀释风,节能效果良好。高温烟气经换热器与稀释风逆流换热,可以完全替代电加热器,且具有换热器切断、转换、烟气量调节及与其相对应的温度、流量和压力的监控等功能5。2013年10月,安徽华能某电厂2号机组(600 MW)首次完成了高温烟气换热器替代电加热器的改造。该改造工程利用高再前、低再后烟气,在炉外经高温烟气换热器与热一次风换热,将一次热风由280 加
8、热至450,有效降低了厂用电指标,达到节能降耗的目的,同时系统运行稳定,投运至今无烟气换热器引起的事故发生,换热效率未出现衰减迹象。项目制氨工艺若改为水解方式,改造工作量大,尿素车间至SCR区的尿素管道均需进行改造,同时对运行方式改变较多。因此,本项目不考虑尿素制氨工艺的变更,仅对热解技术进行分析6。2.1热解技术介绍目前,尿素热解制氨工艺主要包括美国燃料公司的Noxout Rltra燃烧加热技术和奥地利Envigry公司的高温空气加热技术7。典型尿素热解制氨工艺如图2所示。尿素热解制氨工艺过程的化学反应方程式8为:CO(NH2)2NH3+HNCO(1)HNCO+H2ONH3+CO2(2)式(
9、2)反应需要催化剂。但一般情况下,热解炉内未设置催化剂。热解室内只有式(1)反应,SCR反应器进行式(2)反应。热解反应所需热量不能随着锅炉所需的氨量降低而降低。稀释风加热方式如下:(1)燃油/燃气燃烧加热。燃油/燃气燃烧加热是指稀释风先进入加热器,通过燃用天然气或轻柴油等燃料加热稀释风到工艺温度,进入热解炉将尿素溶液分解,产生氨气。加热系统比较简单,但燃料成本较高,导致运行成本较高。北京某电厂670 t/h燃煤机组脱硝尿素热解稀释风通过燃用轻柴油加热,稀释风首先通过暖风器被加热到145,再利用轻表2煤质及灰分分析结果项目收到基低位发热量/(kJ/kg)哈氏可磨系数工业分析/%元素分析/%灰熔
10、融性/灰分分析/%全水分空气干燥基水分收到基灰分干燥无灰基挥发分收到基碳收到基氢收到基氧收到基氮全硫变形温度软化温度半球温度流动温度二氧化硅游离二氧化硅三氧化二铝三氧化二铁氧化钙氧化镁二氧化钛氧化钠氧化钾三氧化硫二氧化锰设计煤种21 7445520.09.0010.035.0055.503.509.600.800.601 1201 1501 1701 19035.091.1816.4514.8025.222.080.660.660.661.47校核煤种19 8006417.56.1215.132.0855.583.037.290.610.891 1801 1901 2001 21054.291
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