摘要：針(zhen)對SCR煙氣(qi)(qi)脫硝尿(niao)(niao)素熱(re)(re)解(jie)系統(tong)電加熱(re)(re)器能耗(hao)高(gao)、運行成本大的弊端，提出1種采(cai)用(yong)高(gao)溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)換(huan)熱(re)(re)器代替電加熱(re)(re)器的方(fang)法。以國內某臺(tai)1000MW超超臨界機組為例，通過試驗分析了(le)煙氣(qi)(qi)溫(wen)(wen)度、煙氣(qi)(qi)流量、尿(niao)(niao)素消耗(hao)量對高(gao)溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)換(huan)熱(re)(re)器的影(ying)響，提出了(le)高(gao)溫(wen)(wen)煙氣(qi)(qi)換(huan)熱(re)(re)器的控制策略。試驗表明，采(cai)用(yong)煙氣(qi)(qi)換(huan)熱(re)(re)器可大幅降低電廠用(yong)電量，節約運行費用(yong)，經濟效益明顯。

關鍵詞：SCR；尿素(su)熱解(jie)；高溫(wen)煙(yan)氣換(huan)熱器；脫(tuo)硝；煙(yan)氣溫(wen)度；煙(yan)氣流量(liang)

0引言

隨著我國脫(tuo)硝排放標準的日(ri)益嚴格，選擇(ze)性催化還(huan)(huan)原法(fa)（SCR）在(zai)燃煤(mei)機組已經得(de)到(dao)(dao)廣泛應用。在(zai)現有的SCR煙氣脫(tuo)硝技術中，還(huan)(huan)原劑(ji)(ji)主要有尿(niao)(niao)素、氨(an)水和液(ye)氨(an)3種。氨(an)水和液(ye)氨(an)具有強腐蝕性，運輸與儲存均(jun)有較大的安(an)(an)全(quan)(quan)隱患(huan)，因此尿(niao)(niao)素作(zuo)為一種安(an)(an)全(quan)(quan)的還(huan)(huan)原劑(ji)(ji)得(de)到(dao)(dao)了廣泛的運用，但(dan)常規的加(jia)熱(re)(re)(re)器熱(re)(re)(re)解的方(fang)式能耗較高，為此本(ben)文提(ti)出一種利用高溫煙氣加(jia)熱(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)一次風作(zuo)為尿(niao)(niao)素熱(re)(re)(re)解熱(re)(re)(re)源(yuan)的方(fang)法(fa)，可為SCR尿(niao)(niao)素熱(re)(re)(re)解系統經濟運行提(ti)供借鑒。

1尿素熱解技術

1.1工藝原理

SCR煙氣脫硝(xiao)中尿素熱(re)解(jie)(jie)反應是將(jiang)質量分數為(wei)(wei)40%~50%尿素溶液(ye)噴入熱(re)解(jie)(jie)爐(lu)，在溫度為(wei)(wei)350~650℃的熱(re)一次(ci)風下，尿素溶液(ye)蒸發析出尿素，生成NH3和CO2。總方程式(shi)為(wei)(wei)：

1.2尿素熱解技術

SCR尿素(su)熱解的關鍵就是熱源(yuan)，目前常用的尿素(su)熱解用熱源(yuan)主要有(you)電加(jia)熱、燃(ran)油加(jia)熱、煙(yan)氣換熱等。

1.2.1電加熱熱一次風

通(tong)過電(dian)加熱(re)(re)(re)器加熱(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)一次(ci)風(feng)（300℃左右）作為尿素熱(re)(re)(re)解用(yong)熱(re)(re)(re)源(yuan)是當前國內燃(ran)煤機(ji)組(zu)常(chang)用(yong)的方法（見(jian)圖1所示），鍋爐一次(ci)風(feng)自身壓頭較大，不需(xu)增(zeng)設其他設備，系統整(zheng)體比較簡單。但是該技術能耗較高(gao)，1000MW機(ji)組(zu)電(dian)加熱(re)(re)(re)功(gong)率(lv)為1200kW左右，運行成本較大。

1.2.2燃油加熱

燃(ran)油加(jia)熱(re)可以(yi)直接通過火(huo)炬燃(ran)燒燃(ran)油，并混(hun)合一定的冷風，使熱(re)煙氣的溫(wen)度(du)達(da)到600℃左右。本(ben)系(xi)統最為簡單，但因為柴油價格高(gao)，因此加(jia)熱(re)成(cheng)本(ben)比(bi)電(dian)加(jia)熱(re)還高(gao)，基本(ben)上不再采用。

1.2.3煙氣換熱

以鍋爐的高溫煙(yan)氣對熱一(yi)(yi)次(ci)風(feng)進(jin)行加熱，是一(yi)(yi)種比較節能的加熱方式，分內置式煙(yan)氣換(huan)(huan)熱和(he)外(wai)置式煙(yan)氣換(huan)(huan)熱2種結(jie)構，見圖(tu)2、圖(tu)3所示。

內(nei)置式煙(yan)氣加熱就是把高溫煙(yan)氣換熱器(qi)受熱面布置在(zai)(zai)鍋(guo)(guo)爐高溫煙(yan)道(dao)內(nei)，使熱一(yi)次風升到600℃的高溫，然(ran)后進入熱解室，將(jiang)尿(niao)素(su)溶液熱解成氨(an)氣。內(nei)置式結(jie)構需要鍋(guo)(guo)爐煙(yan)道(dao)內(nei)有(you)安(an)裝(zhuang)空間。煙(yan)氣換熱器(qi)通常安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)低溫過熱器(qi)或低溫再熱器(qi)的前面，煙(yan)氣溫度在(zai)(zai)600~700℃。對新建(jian)機組采用該方式較容易(yi)，但(dan)同時需要考慮熱膨(peng)脹、磨損、積灰等(deng)問題。

外置(zhi)(zhi)式煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)加(jia)熱(re)就是單獨(du)在外面設(she)置(zhi)(zhi)1個煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)換熱(re)器，用管道將650~750℃的(de)高溫煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)從煙(yan)(yan)(yan)道過熱(re)器或再熱(re)器處(chu)引(yin)出(chu)，換熱(re)后再返回(hui)空(kong)氣(qi)預熱(re)器入口。這一部分煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)未參與脫(tuo)硝，但(dan)因為煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)量很小，對最終的(de)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)排(pai)放濃度(du)影響僅為1~2mg/m3，而且(qie)施工方便，使用壽命長，成(cheng)為目前的(de)主流形式。

2應用實例

以(yi)國(guo)內(nei)某臺1000MW超超臨界機組為例，對外置式煙氣換(huan)熱(re)器節能效果進(jin)(jin)行(xing)試(shi)驗(yan)分析。該機組原來采用電加熱(re)器SCR進(jin)(jin)行(xing)尿素熱(re)解，后(hou)改造為外置式煙氣換(huan)熱(re)器。

2.1設備概況

SCR還原(yuan)劑采用(yong)尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)熱(re)(re)解法制備(bei)工藝，首先將尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)顆粒溶(rong)解成質量分(fen)數50%的(de)尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)溶(rong)液(ye)(ye)并(bing)輸送(song)至尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)溶(rong)液(ye)(ye)儲存(cun)罐，其(qi)次通過(guo)高(gao)流量循環(huan)泵(beng)將尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)溶(rong)液(ye)(ye)加壓(ya)輸送(song)至尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)溶(rong)液(ye)(ye)計量分(fen)配裝置(zhi)，并(bing)霧化噴入(ru)熱(re)(re)解爐。熱(re)(re)解爐內尿(niao)(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)溶(rong)液(ye)(ye)霧化液(ye)(ye)滴在一定(ding)溫度下熱(re)(re)解成氨(an)混合(he)物(wu)。最后(hou)，氨(an)混合(he)物(wu)通過(guo)噴氨(an)格(ge)柵注射到SCR入(ru)口煙(yan)道煙(yan)氣中。脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)入(ru)口煙(yan)氣參數見表1所示。

2.2煙氣換熱器系統

熱(re)(re)解(jie)爐熱(re)(re)源利用鍋爐高(gao)溫(wen)再熱(re)(re)器(qi)后(hou)、低溫(wen)再熱(re)(re)器(qi)入口的(de)水平煙道(dao)處約640℃的(de)高(gao)溫(wen)煙氣(qi)，通(tong)過煙氣(qi)換(huan)熱(re)(re)器(qi)系統(tong)加熱(re)(re)一次風，以滿(man)足尿素(su)熱(re)(re)解(jie)，保證(zheng)運行中熱(re)(re)解(jie)爐出口溫(wen)度(du)不低于342℃。

2.3試驗方法

在負(fu)荷穩定、脫(tuo)硝裝置(zhi)正常(chang)投運的條件下，投運煙氣(qi)換(huan)熱器，對熱解爐出(chu)口、煙氣(qi)入(ru)口和(he)出(chu)口、一次風入(ru)口和(he)出(chu)口5個測(ce)點參數(shu)進行測(ce)量。

3試驗結果與分析

3.1煙氣流量對出口風溫的影響

在(zai)機組負荷、入(ru)(ru)口(kou)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)量、入(ru)(ru)口(kou)煙氣(qi)(qi)溫(wen)度、入(ru)(ru)口(kou)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)溫(wen)穩定的(de)條件下(xia)(xia)，改變換熱(re)(re)器煙氣(qi)(qi)流(liu)量，每(mei)個(ge)試驗工(gong)況穩定3h，測量不同(tong)煙氣(qi)(qi)流(liu)量下(xia)(xia)出口(kou)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)溫(wen)度，得(de)到表2的(de)結果(guo)。從(cong)表2可以看(kan)出，在(zai)機組負荷穩定情況下(xia)(xia)，隨(sui)著入(ru)(ru)口(kou)煙氣(qi)(qi)流(liu)量的(de)升高，出口(kou)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)溫(wen)度相應增(zeng)大，這是因為入(ru)(ru)口(kou)煙氣(qi)(qi)攜(xie)帶(dai)較多的(de)熱(re)(re)量，與(yu)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)有了更(geng)多的(de)熱(re)(re)量交換，從(cong)而使得(de)出口(kou)熱(re)(re)一(yi)次(ci)(ci)風(feng)溫(wen)度提高。

3.2入口煙溫對出口風溫的影響

入(ru)(ru)口煙氣(qi)溫度不同時，入(ru)(ru)口熱一次風(feng)風(feng)量、入(ru)(ru)口熱一次風(feng)溫度、入(ru)(ru)口煙氣(qi)流量，出口熱一次風(feng)溫度的數據如表(biao)3所示。

從表3可知，隨著(zhu)入口(kou)煙(yan)氣溫度的(de)降低(di)，熱(re)一次風(feng)(feng)出(chu)口(kou)風(feng)(feng)溫相應降低(di)，這是因為(wei)入口(kou)煙(yan)氣攜(xie)帶的(de)熱(re)量降低(di)，同熱(re)一次風(feng)(feng)交換的(de)熱(re)量減少(shao)，導(dao)致出(chu)口(kou)煙(yan)氣溫度降低(di)。

3.3尿素量對熱解爐出口風溫的影響

在機組負荷、熱一次風(feng)量、換熱器出(chu)口(kou)熱一次風(feng)溫度穩定的(de)情況下，改(gai)變機組總尿素量，測量熱解爐出(chu)口(kou)風(feng)溫，結(jie)果如(ru)表4所示。

 隨著總(zong)尿素(su)量相應(ying)(ying)降低，熱解爐出口風溫相應(ying)(ying)提(ti)高。這是因為尿素(su)熱解需要(yao)的熱量降低，從(cong)而熱解爐出口風溫升(sheng)高。

3.4換熱器控制策略

從以(yi)(yi)上分析可知，為(wei)保(bao)證(zheng)尿(niao)(niao)素熱(re)解(jie)系(xi)統(tong)正常運行即(ji)熱(re)解(jie)爐出口(kou)溫(wen)度(du)在(zai)(zai)342℃以(yi)(yi)上，需(xu)(xu)要(yao)保(bao)證(zheng)進(jin)(jin)入(ru)熱(re)解(jie)爐的(de)熱(re)空氣(qi)溫(wen)度(du)在(zai)(zai)合(he)理(li)范圍內，以(yi)(yi)滿足(zu)尿(niao)(niao)素熱(re)解(jie)熱(re)量的(de)需(xu)(xu)要(yao)，避免(mian)生成(cheng)固(gu)體物(wu)(wu)堵塞(sai)管道。溫(wen)度(du)控制需(xu)(xu)要(yao)根據機(ji)組負(fu)荷、SCR裝置入(ru)口(kou)氮氧(yang)化物(wu)(wu)濃度(du)、尿(niao)(niao)素溶液流量進(jin)(jin)行，可以(yi)(yi)通過提高入(ru)口(kou)煙氣(qi)流量或(huo)入(ru)口(kou)煙氣(qi)溫(wen)度(du)等方(fang)法。在(zai)(zai)機(ji)組改(gai)造時需(xu)(xu)要(yao)在(zai)(zai)合(he)理(li)的(de)溫(wen)度(du)段引進(jin)(jin)熱(re)煙氣(qi)，并通過計算(suan)設置合(he)理(li)的(de)煙氣(qi)流量余量，以(yi)(yi)滿足(zu)低負(fu)荷下熱(re)解(jie)爐出口(kou)溫(wen)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)，必要(yao)時可以(yi)(yi)設置電加(jia)熱(re)器，以(yi)(yi)增(zeng)加(jia)整(zheng)個尿(niao)(niao)素熱(re)解(jie)系(xi)統(tong)的(de)可靠性。

3.5經濟性分析

對該廠投(tou)運的電(dian)加(jia)熱(re)器運行(xing)時(shi)電(dian)流(liu)值(zhi)和熱(re)解(jie)爐(lu)出口溫度進行(xing)測量，結果(guo)如表(biao)5所示。1000MW機組(zu)在投(tou)運電(dian)加(jia)熱(re)器時(shi)，各(ge)負荷(he)段內電(dian)加(jia)熱(re)器電(dian)流(liu)值(zhi)相(xiang)近，平均為1055A，對應功率在1200kW左右，按機組(zu)年(nian)(nian)均運行(xing)5500h計算，電(dian)價(jia)按0.45元(yuan)/kWh計算，每年(nian)(nian)需要(yao)消耗電(dian)量660萬kWh，費用(yong)約297萬元(yuan)。采用(yong)煙氣換熱(re)器后，不(bu)再(zai)需要(yao)電(dian)加(jia)熱(re)器，每年(nian)(nian)可節約297萬元(yuan)。

煙氣換熱器主體建設期間可不停機(ji)(ji)，利用機(ji)(ji)組計劃檢修期間完(wan)成(cheng)接口工作(zuo)，接口時間僅(jin)需10d，不會因改造產生額外的停機(ji)(ji)損失。

尿素(su)熱解稀釋風(feng)采用(yong)高溫煙(yan)氣換熱器加熱時(shi)，從鍋爐(lu)尾(wei)部轉向室抽取高溫煙(yan)氣，煙(yan)氣量約(yue)占(zhan)鍋爐(lu)煙(yan)氣總量的0.4%，對(dui)鍋爐(lu)運(yun)行調整、煙(yan)氣成分及鍋爐(lu)效(xiao)率等基(ji)本無影(ying)響，在不同負(fu)荷(he)下的煤(mei)耗量基(ji)本維持不變。

4結語

隨(sui)著電廠對環保設備運(yun)(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)經濟(ji)性(xing)要求的(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)及國家節能降(jiang)耗要求，尿素熱解系(xi)統采用(yong)常規電加熱方案時存在運(yun)(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)較差、運(yun)(yun)行(xing)成本高(gao)(gao)的(de)缺點。采用(yong)煙氣換(huan)熱器可提(ti)(ti)高(gao)(gao)運(yun)(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)、大幅降(jiang)低電廠電量(liang)消(xiao)耗，節約運(yun)(yun)行(xing)費用(yong)，改造(zao)便于實施，應(ying)用(yong)前(qian)景廣闊，具(ju)有(you)較好(hao)的(de)經濟(ji)效益和(he)環保效益，為大型(xing)電站鍋爐的(de)安全經濟(ji)高(gao)(gao)效運(yun)(yun)行(xing)提(ti)(ti)供參考。

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