1、SCR脫硝工藝在華能福州電廠一期鍋爐脫硝改造工程中的應用關(guān)鍵詞：scr脫硝,設計特點,工程總結(jié)作者：張戰(zhàn)鋒（華能福州電廠，福建 長樂 350200）關(guān) 鍵 詞：NOx減排；SCR脫硝；設計特點；工程總結(jié)摘 要：華能福州電廠一期脫硝改造采用選擇性催化還原脫硝（SCR）技術(shù)，簡要介紹了該工程的流程特點、設計參數(shù)、設計特點，并對一期工程在設計、施工等方面存在的問題進行了概述。 1 福州電廠脫硝改造項目簡介及設計參數(shù)NOx是造成大氣污染的主要物質(zhì)，是導致酸雨形成的主要原因之一，而且在大氣環(huán)境中受強烈的太陽紫外線照射后，產(chǎn)生以臭氧為主的醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。這些污染物嚴重損害

2、人和動物的健康，以及植物的生長【1】。2004年全國NOx排放總量約1600萬噸，約70%（768萬噸）來自于煤炭的直接燃燒，而我國電力工業(yè)又是燃煤大戶，因此，火電廠則是NOx最主要的固定排放污染源之一。為控制燃煤火電廠的NOx污染物排放水平，我國于2011年9月頒布了火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011【2】，該標準規(guī)定了從2014年7月1日起控制的現(xiàn)有火力發(fā)電廠NOx最高允許排放標準。燃煤鍋爐的NOx控制主要分為爐內(nèi)低NOx燃燒技術(shù)和爐后煙氣脫硝技術(shù)兩類【3】。爐內(nèi)低NOx燃燒技術(shù)主要通過改變?nèi)紵鞯娘L煤比例，控制燃燒氣氛，利用欠氧燃燒生成的HCN與NH3等中間產(chǎn)物來抑制與還原

3、已經(jīng)生成的NOx。低NOx燃燒技術(shù)如采用低NOx燃燒器、空氣分級、燃料再燃等方法。煙氣脫硝技術(shù)方案有選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）及SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)，選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)目前在國際上應用最為廣泛。日本、歐洲、美國等國家和地區(qū)的大多數(shù)電廠基本都應用該技術(shù)。與其他技術(shù)相比，SCR脫硝技術(shù)投資大、改造施工難度大，但裝置結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，脫硝效率高，便于維護，是燃煤機組應用最多的煙氣脫硝技術(shù)，系統(tǒng)的脫硝效率最高可達到95%【3-4】。1.1 項目簡介華能福州電廠現(xiàn)有一期機組為2臺350MW燃煤發(fā)電機組，于1988年建成投產(chǎn)，為日本三菱公司設計

4、制造的CE型、亞臨界壓力、強制循環(huán)、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、四角切園燃燒煤粉爐。為實現(xiàn)新建三期2臺660MW機組的環(huán)保達標驗收，環(huán)評要求三期機組同步安裝80%效率的SCR脫硝裝置，并對一、二期機組中的兩臺進行脫硝效率不低于70%的脫硝改造。電廠為更好地承擔社會責任，計劃對一、二期四臺鍋爐全部進行脫硝改造，2010年已完成一期兩臺鍋爐脫硝改造，將于2012年完成二期兩臺脫硝改造。本工程采用選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)方案，主要特點為：單鍋爐雙SCR反應器，高灰型布置方式，即反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間的高含塵區(qū)域; 在設計煤種及校核煤種、鍋爐BMCR、處理100%煙氣量條件下

5、，脫硝反應器與還原劑供應系統(tǒng)按照脫硝效率不低于70%設計;設置 SCR 反應器煙氣旁路。催化劑采用蜂窩式，按照“21”模式布置，本期工程安裝兩層催化劑;全廠一、二、三期六臺鍋爐的脫硝裝置共用一個還原劑制備、儲存與供應系統(tǒng)。1.2 設計參數(shù)福州電廠一二期脫硝改造工程在鍋爐燃用設計煤種、鍋爐正常負荷范圍50 100%BMCR、SCR入口平均NOx濃度600mg/Nm3 、煙氣入口溫度315420的條件下，主要設計參數(shù)及性能如下表：福州電廠一二期脫硝工程主要技術(shù)參數(shù)項目性能要求煙氣脫硝方式SCR高灰型布置還原劑液氨每臺爐SCR反應器/個2催化劑型式蜂窩脫硝效率70%氨逃逸不大于3µL/L。

6、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%系統(tǒng)阻力（設計煤種，70%效率，兩層催化劑）不大于750 Pa系統(tǒng)阻力（設計煤種，三層催化劑，化學壽命期末期）不大于1000 Pa煙氣溫降（脫硝系統(tǒng)進出口）不得大于2液氨耗量（BMCR 工況、煙氣中NOx平均含量為600mg/Nm3、單臺機組）不大于175kg/h2 福州電廠一期SCR脫硝系統(tǒng)的特點2.1 SCR鋼結(jié)構(gòu)SCR鋼結(jié)構(gòu)主要承載反應器本體及其進出口煙道、灰斗等的荷載，其設計要滿足柱網(wǎng)布置及荷載要求，并且要考慮到反應器截面的長寬比例及煙氣流場特性。由于煙氣脫硝改造工程涉及到鍋爐原有基礎(chǔ)和鋼架的荷載變化，因此SCR鋼結(jié)構(gòu)的設計盡可能為獨立結(jié)構(gòu)，以便盡可能少的將

7、荷載傳遞到原有鍋爐。福州電廠一期鍋爐建設初期并未預留脫硝裝置空間，爐后的空間相當狹小，并且在設計上還要盡可能避開此空間原有的很多管道、設備及電纜橋架。SCR支架設計在鍋爐爐后與電除塵之間的通道兩側(cè)，從爐后至電除塵方向共設計3排、12根鋼柱。原有爐后與電除塵之間的通道有6.26米，新建3排鋼架后，脫硝鋼架與原有電除塵進口煙道鋼支架交錯，通道僅不足4米，并且此區(qū)域鋼柱顯得很雜亂；因此在設計上我們要求考慮將原有電除塵進口煙道支架拆除，將其荷載由脫硝鋼架承擔。這樣設計，爐后區(qū)域顯得不至于太狹小。2.2 SCR本體部分2.2.1 SCR反應器反應器設置在省煤器與空預器之間的高含塵段，采用一爐二反應器結(jié)構(gòu)

8、，煙氣豎直向下流動，在反應器的進出口均設置灰斗。為減小系統(tǒng)阻力，反應器入口及出口均設置導流板。同時反應器及其進出口煙道要考慮熱膨脹的補償措施，反應器截面尺寸為12m*6.9m。2.2.2 SCR反應器旁路福州電廠一二期煙氣脫硝技改工程均設置了SCR反應器旁路，設置旁路的優(yōu)點有：鍋爐啟停過程保護反應器內(nèi)部的催化劑。鍋爐啟停時工況變化較大，一些易于凝結(jié)的煙氣成分在催化劑表面結(jié)露，可造成催化劑堵塞；且低負荷時有投油燃燒，未燃盡的燃油會隨煙氣進入SCR反應器，這部分油很可能粘附在催化劑表面，粘附后的油大量吸附煙氣中的灰塵，造成煙塵在催化劑的微孔中堆積，堵塞催化劑，使反應效率降低。因此在鍋爐啟停階段走S

9、CR旁路運行，待鍋爐升負荷穩(wěn)定后、具備脫硝系統(tǒng)投入條件后再走SCR反應器，可以很好的保護催化劑，延長使用壽命。鍋爐出現(xiàn)異常運行時可保護催化劑。如省煤器泄露、空預器水洗時，或者其他可能導致催化劑損壞的意外發(fā)生時，都可以走旁路運行。方便SCR本體檢修。鍋爐運行期間，若反應器內(nèi)部堵灰或其他故障需要檢修時，打開旁路擋板，切換至旁路運行，無需停爐。2.2.3 吹灰器每臺SCR反應器的每層催化劑設置3臺聲波吹灰器和兩臺蒸汽吹灰器。3臺聲波吹灰器，在SCR反應器寬度（6.9米側(cè)）方向布置兩臺，在長度方向（12m側(cè)）布置一臺。聲波吹灰介質(zhì)為鍋爐雜用壓縮空氣，壓力為0.6-0.7MPa，聲波吹灰器投入順控自動的

10、情況下，逐一啟動每臺吹灰器運行，每臺每次運行時間為10s。蒸汽吹灰器為伸縮式耙式蒸汽吹灰器，兩臺均設置在反應器寬度（6.9米側(cè)）方向。吹灰介質(zhì)從鍋爐吹灰蒸汽母管引出，蒸汽參數(shù)為：2.5MPa、380。2.2.4 灰斗輸灰系統(tǒng)為使吹灰系統(tǒng)簡單、易于操作，灰斗輸灰系統(tǒng)控制邏輯的設計理念保持與電廠現(xiàn)有真空輸灰系統(tǒng)一致，即以“真空值”控制出灰時間，以電廠的真空風機作為氣力除灰系統(tǒng)的動力源，將SCR輸灰系統(tǒng)并入電廠現(xiàn)有真空輸灰系統(tǒng)。2.2.5 脫硝催化劑選用奧地利CERAM公司生產(chǎn)的蜂窩催化劑，主要成分有二氧化鈦（TiO2）、五氧化二釩（V2O5）、三氧化鎢（WO3）等，化學使用壽命為24000小時。催

11、化劑整體成型，節(jié)距為7.4 mm；壁厚為0.9 mm。催化劑在脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度315420工況之間的任何工況調(diào)整、運行時有良好的適應性，能承受每年最少3次運行溫度420（每次至少5小時）的考驗，而不產(chǎn)生任何損壞。催化劑層數(shù)按照2加1布置，本期安裝2層，每層安裝42個模塊，模塊之間設計有防止煙氣短路的密封系統(tǒng)。2.3 還原劑儲存和制備系統(tǒng)經(jīng)組織專家審查，并報經(jīng)福建省安監(jiān)等部門審批，福州電廠脫硝系統(tǒng)還原劑采用液氨。其儲存與制備系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、廢水池及廢水泵等設備。氨區(qū)的安全設施至關(guān)重要，在氨區(qū)設置了消防水系統(tǒng)及事故噴淋系統(tǒng)，并且設有氨泄漏監(jiān)測儀。為檢測

12、液氨儲存及供應系統(tǒng)的嚴密性，氨區(qū)的液氨儲罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽等處，備有氮氣吹掃管線以及氮氣減壓供應裝置，在液氨卸料及檢修之前，通過氮氣吹掃管線對相應管道進行嚴格的氮氣吹掃置換。福州電廠氨站的設計將一二期改造及三期新建一并考慮，即全廠一二三期共用一個氨站。一二期與三期的氨區(qū)設備各一套，并且互為備用。為保證電廠運行更方便、維修更簡單，一二期與三期的氨系統(tǒng)進行統(tǒng)一設計，設備廠家、型號等要一致，如一二期與三期各有兩個同一廠家、同一型號的100立方米的液氨儲罐。氨區(qū)的蒸汽、儀用氣、工業(yè)水等供氨采用母管制，即在氨氣緩沖槽出口分別有三根供氨管道至一二三期區(qū)域，再分別供給各自的兩臺爐。2.4 氨/煙氣噴

13、射與混合系統(tǒng)該系統(tǒng)主要有噴氨格柵、靜態(tài)混合器、氨氣調(diào)節(jié)閥組等設備。作用是確保氨與空氣混合物噴入煙道后，與煙氣充分混合，達到煙氣中的NH3/NO均勻分布；力求做到以靜態(tài)混合系統(tǒng)的最小阻力換取最佳的混合效果。因此在設計上要求采用CFD設計作為輔助，以實際物理實體流場模型試驗為依據(jù)，對噴氨格柵、靜態(tài)混合器的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、布置形式進行設計。福州電廠的噴氨格柵設置在SCR進口煙道上升段，每個反應器沿寬度方向設置有12路氨噴射管道，每個管道上設有噴嘴12個，沿煙氣方向向上噴射。3 對原有機組的改造工作3.1 原有煙道改造原鍋爐的煙氣從省煤器直接進入空預器，而加裝脫硝裝置后，增加了SCR反應器，改變了煙氣走向

14、，必須對煙道系統(tǒng)改造。福州電廠脫硝系統(tǒng)設有旁路，因此，煙氣系統(tǒng)的改造主要為：在省煤器出口引出SCR進口煙道并安裝煙氣進口擋板，在空預器進口引出SCR出口煙道并安裝煙氣擋板，將原有空預器進口二次風擋板割除替換為脫硝旁路擋板。煙道系統(tǒng)改造工期約35天.。3.2 原鍋爐鋼架校核加固由于SCR反應器的進出口煙道必須穿越鍋爐J1排鋼架，因此鍋爐J1排鋼架在反應器進出口煙道的位置必須進行拆除、改動；同時SCR反應器進出口煙道與鍋爐省煤器、空預器相連，一定有部分荷載傳遞到鍋爐鋼架，所以必須對原鍋爐鋼架進行校核驗算，以確定原鍋爐鋼架的加固形式及原鍋爐鋼架基礎(chǔ)是否需加固。福州電廠一期鍋爐原廠家為日本三菱，鍋爐鋼

15、架加固工作委托與日本三菱合作的哈爾濱鍋爐廠進行。經(jīng)哈鍋廠驗算，鍋爐鋼架加固主要采用在原有鋼梁、立柱、斜撐貼焊鋼板的形式進行，每臺爐加固量約70噸。加固工作在停爐期間進行，加固前先對鍋爐鋼架上原有的管道、動力及控制電纜進行改道，總加固工期約35天。3.3 空預器改造為防止因增加脫硝系統(tǒng)在空預器入口產(chǎn)生的NH4HSO4對空預器冷段受熱面的粘污、堵塞，需要對空預器受熱面型式與材質(zhì)進行適當改造。按照西安熱工院提交的福州電廠一二期脫硝改造可研報告，福州電廠一期兩臺爐的空預器采用整體更換方案。空預器冷端受熱面采用碳鋼鍍搪瓷的型式，因此對換熱效果造成影響，經(jīng)西安熱工院核算，空預器直徑由28號改為29號。整體

16、更換在投入100名施工人員的情況下，工期約50天。3.4 引風機改造由于增加脫硝裝置，鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力增加，需要增加引風機的壓頭。阻力的增加愛主要包括：SCR反應器（主要為催化劑）阻力、SCR反應器進出口煙道阻力、更換空預器后增加的阻力和由于粘污、堵塞使空預器增加的阻力.福州電廠一期在使用三次催化劑的情況下，阻力約增加1000Pa。綜合各項因素，經(jīng)對現(xiàn)有引風機壓頭余量核算，引風機也采用整體更換方案。整體更換包括風機本體、風機馬達、風機基礎(chǔ)、檢修起吊裝置及對起吊鋼支架的加固。4 工程總結(jié)由于脫硝技改工程目前開展的電廠很少，加之脫硝工程公司經(jīng)驗欠缺，因此福州電廠一期脫硝技改工程在設計、建設、調(diào)試等

17、過程難免有所不足，主要有：4.1 改進部分設計l 噴氨格柵采用在反應器進口豎直煙道內(nèi)沿水平方向單層布置，不利于還原劑在煙道深度方向的均勻分布，應將噴氨格柵改為雙層布置。l SCR入口煙氣擋板執(zhí)行機構(gòu)應設計為中間停止型：福州電廠SCR入口煙氣擋板為全開全關(guān)型，在脫硝系統(tǒng)投入的操作中，若一次全開，會對空預器傳熱性能造成很大影響，使空預器出口二次風溫急劇下降（#2爐在首次操作中，發(fā)現(xiàn)SCR入口擋板在現(xiàn)場手搖開大到30%的情況下，空預器出口二次風溫快速下降60度），從而對磨煤機及爐膛燃燒工況造成很大影響，因此SCR入口煙氣擋板應設計為遠方中停結(jié)構(gòu)。l 應考慮隨鍋爐膨脹設備的支撐（吊）位置。如旁路擋板密

18、封風管在最初的設計支撐在鍋爐鋼架上，顯然不合適。4.2 部分需設計探討的問題l SCR入口煙氣擋板是否應設計密封風：福州電廠在脫硝系統(tǒng)退出后發(fā)現(xiàn)SCR入口煙氣擋板漏灰量很大，SCR退出約十天時間，打開系統(tǒng)人孔門檢查時發(fā)現(xiàn)SCR入口煙氣擋板后積灰高達1米多，漏灰容易影響擋板門的開關(guān)并易堵塞氨噴射器的噴嘴，入口擋板是否應設計為帶密封風結(jié)構(gòu)。l 設置旁路擋板的必要性：旁路擋板設計后增加系統(tǒng)的靈活性，同時可在低負荷保護催化劑，但旁路擋板水平布置時設計上要考慮積灰荷載，同時若長時間關(guān)閉狀態(tài)下，在下一次投入操作中開啟時執(zhí)行機構(gòu)容易電氣保護動作，并且大量積灰對空預器造成影響。4.3 空預器改造后的影響增加脫硝裝置后，為減小NH4HSO4對空預器冷端受熱面的影響，冷端受熱面改為碳鋼鍍搪瓷型式。但福州電廠在#1#2爐改造完成、投入后發(fā)現(xiàn)鍋爐排煙溫度比未改造之前高（#1爐350MW負荷下高約10度）。5 結(jié)語目前在國內(nèi)進行燃煤機組煙氣脫硝改造工程尚處于起步階段，隨著國家對環(huán)保要求的日趨