發(fā)電廠尿素制氨脫硝系統(tǒng)概述

發(fā)電廠尿素制氨脫硝系統(tǒng)概述1.1鍋爐脫硝設(shè)備概況#6爐脫硝設(shè)備建設(shè)日期2014年09月10日投產(chǎn)日期2014年11月15日#7爐脫硝設(shè)備建設(shè)日期2015年03月15日投產(chǎn)日期2015年5月10日發(fā)電廠機(jī)組煙氣脫硝采用選擇性催化還原法（SCR），脫硝還原劑NH3采用尿素制取的工藝，脫硝反應(yīng)產(chǎn)物為對環(huán)境無害的水和氮?dú)狻?.2脫硝原理1.2.16#.7#機(jī)組煙氣脫硝工藝采用選擇性催化還原法（SCR），其原理是將氨NH3(氣)混合氣體噴入鍋爐燃煤產(chǎn)生的煙氣中，把含有NOX的煙氣通過催化劑反應(yīng)器，在催化劑的作用下，NH3(氣)同NOX發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成H2O和N2過程。其主反應(yīng)方程式如下：副反應(yīng)化學(xué)方程式副化學(xué)反應(yīng)是SO2氧化形成SO3，SO3同氨反應(yīng)形成硫酸氫氨。本項(xiàng)目催化劑在溫度低于300℃條件下易形成粘性的硫酸氫氨固體沉淀物，導(dǎo)致如催化劑、空氣預(yù)熱器等的污染和堵塞，通常在溫度370℃以上時(shí)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化較強(qiáng)，#6#7機(jī)組脫硝SCR裝置設(shè)計(jì)控制二氧化硫轉(zhuǎn)化率＜1%。為了更有效的運(yùn)行和避免硫酸氨鹽在催化劑表面和空預(yù)器換熱元件表面的形成，SCR反應(yīng)所需的氨必須在一定煙氣溫度以上注入。反應(yīng)溫度區(qū)間為320-400℃，#6#7機(jī)組脫硝SCR裝置的最低噴氨溫度為320℃，最高噴氨溫度為420℃。1.3系統(tǒng)構(gòu)成1.3.1脫硝裝置包括SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、尿素水解制氨系統(tǒng)組成1.3.2SCR反應(yīng)器系統(tǒng)主要包括的工藝系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)及熱工控制和電氣系統(tǒng)等1.3.3尿素制氨系統(tǒng)主要包括尿素制氨系統(tǒng)負(fù)責(zé)袋裝尿素的儲存、尿素溶液的制取和儲存、加熱水解產(chǎn)生氨蒸汽、氨蒸汽輸送等任務(wù)，主要抱括：尿素顆粒儲存及溶解系統(tǒng)、尿素溶液儲存及輸送系統(tǒng)、水解系統(tǒng)、加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng)、管道伴熱系統(tǒng)、其他輔助系統(tǒng)（除鹽水補(bǔ)水系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、冷卻水及地坑系統(tǒng)）以及熱工控制和電氣系統(tǒng)。1.4工藝流程1.1.1主要工藝流程如下：省煤器出口→反應(yīng)器進(jìn)口煙道→氨氣噴射格柵→導(dǎo)流板→反應(yīng)器→反應(yīng)器出口煙道→空預(yù)器。1.1.2#6#7機(jī)組每臺鍋爐配置2臺SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器中煙氣豎直向下流動，經(jīng)反應(yīng)器入口氣流均布裝置進(jìn)入反應(yīng)器。煙氣與NH3的混合物在通過催化劑層時(shí)，煙氣中的NOx在催化劑的作用下與NH3反應(yīng)生成N2與H2O1.5SCR反應(yīng)區(qū)主要設(shè)備概述1.5.1煙氣系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)是指從鍋爐尾部低溫省煤器下部引出口至SCR反應(yīng)器本體入口、SCR反應(yīng)器本體出口至空預(yù)器入口之間的連接煙道。煙氣旁路系統(tǒng)：從省煤器入口引出部分煙氣至省煤器出口，當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行SCR出口煙溫低于320℃時(shí)開啟煙氣旁路系統(tǒng)擋板，提高SCR入口煙溫，使其溫度不低于320℃，保證SCR安全運(yùn)行。SCR煙道最小壁厚6mm，脫硝煙道尺寸與鍋爐煙道尺寸相匹配，脫硝煙道內(nèi)煙氣流速最大15m/s，催化劑區(qū)域內(nèi)流速最大6m/s。1.5.2SCR反應(yīng)器平東熱電每臺鍋爐配置2臺SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器中煙氣豎直向下流動，經(jīng)反應(yīng)器入口氣流均布裝置進(jìn)入反應(yīng)器。1.5.3催化劑反應(yīng)器內(nèi)催化劑層按照2+1層設(shè)計(jì)，正常運(yùn)行中投入上兩層催化劑，最下層作為備用層。催化劑型式采用蜂窩式。催化劑能滿足煙氣溫度400℃的情況下長期運(yùn)行，最大可承受運(yùn)行溫度420℃，但此時(shí)不能連續(xù)運(yùn)行超過5小時(shí)，否則將會對催化劑造成損壞。當(dāng)煙氣溫度過高（＞450℃）時(shí)催化劑將會加速老化；當(dāng)溫度在300℃左右時(shí)，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會發(fā)生，即生成氨鹽。該物質(zhì)粘性大，易粘結(jié)在催化劑鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行，對空預(yù)器的換熱元件造成低溫腐蝕和堵塞，影響鍋爐的安全運(yùn)行。脫硝反應(yīng)式：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O此反應(yīng)只有在800℃以上的條件下才具備足夠的反應(yīng)速度，工業(yè)應(yīng)用時(shí)須安裝相關(guān)反應(yīng)的催化劑，在催化劑的作用下其反應(yīng)溫度降至400℃左右，鍋爐省煤器后溫度正好處于這一范圍內(nèi)，這為鍋爐脫硝提供了有利條件。SCR（脫硝系統(tǒng)）催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（＞450℃）時(shí)催化劑會加速老化；當(dāng)溫度在310℃左右時(shí)，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會發(fā)生。2SO2+O2→2SO3NH3+H2O+SO3→NH4HSO4即生成氨鹽，該物質(zhì)粘性大，易粘結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行。因此，只有在催化劑環(huán)境的煙氣溫度在313~427℃之間時(shí)方允許噴射氨氣進(jìn)行脫硝。1.5.4吹灰系統(tǒng)：吹灰系統(tǒng)采用蒸汽吹灰器和聲波吹灰器，每層催化劑層設(shè)3臺蒸汽吹灰器和6臺聲波吹灰器，SCR反應(yīng)器共設(shè)6只蒸汽吹灰器和12臺聲波吹灰器，備用層吹灰器暫不安裝。由DCS系統(tǒng)控制。其中蒸汽吹灰器工作介質(zhì)為蒸汽，蒸汽參數(shù)：溫度≤350℃，壓力1.0~1.5MPa，吹掃頻率為每天吹掃一次，當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)出口壓差增大時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)吹灰。聲波吹灰器工作介質(zhì)為壓縮空氣，壓縮空氣參數(shù)：壓力≥0.62MPa。單臺運(yùn)行耗氣量：1.14-2.28Nm3/min/臺，運(yùn)行中聲波吹灰器連續(xù)投入。1.5.5氨/空氣混合均布系統(tǒng)：每臺鍋爐設(shè)1套氨/空氣混合系統(tǒng)，用于1臺SCR反應(yīng)器的氨與空氣的混合。氨空氣比例不能低于5%。氨在空氣中的體積濃度達(dá)到16~25%時(shí)，會形成II類可燃爆炸性混合物。為保證注入煙道的氨與空氣混合物絕對安全，除控制混合器內(nèi)氨的濃度遠(yuǎn)低于其爆炸下限外，還應(yīng)保證氨在混合器內(nèi)均勻分布。每臺SCR反應(yīng)器設(shè)置AIG噴氨格柵，由氨/空氣混合系統(tǒng)來的混合氣體噴入位于煙道內(nèi)的AIG噴氨格柵處，在注入AIG噴氨格柵前設(shè)手動調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)可根據(jù)煙道進(jìn)出口檢測出的NOx濃度來調(diào)節(jié)氨的分配量，調(diào)節(jié)結(jié)束后嚴(yán)禁隨意調(diào)整。水解反應(yīng)器中產(chǎn)生出來的含氨氣流首先進(jìn)入計(jì)量模塊，然后被鍋爐熱一次風(fēng)稀釋，最后進(jìn)入氨氣、煙氣混合系統(tǒng)。1.6尿素制氨系統(tǒng)（車間）尿素制氨系統(tǒng)負(fù)責(zé)袋裝尿素的儲存、尿素溶液的制取和儲存、加熱水解產(chǎn)生氨蒸汽、氨蒸汽輸送等任務(wù)，主要抱括：尿素顆粒儲存及溶解系統(tǒng)、尿素溶液儲存及輸送系統(tǒng)、水解系統(tǒng)、加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng)、管道伴熱系統(tǒng)、其他輔助系統(tǒng)（除鹽水補(bǔ)水系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、冷卻水及地坑系統(tǒng)）以及熱工控制和電氣系統(tǒng)。其中，尿素顆粒溶解系統(tǒng)和尿素溶液儲存及輸送系統(tǒng)為全廠公用系統(tǒng)，設(shè)置兩列。水解器設(shè)置2臺，供2臺機(jī)組用。1.6.1尿素顆粒溶解系統(tǒng)袋裝尿素顆粒經(jīng)拆袋后，由斗式提升機(jī)輸送至尿素溶解罐中，用除鹽水或疏水將尿素顆粒溶解、配制成40-60%的尿素溶液。配制時(shí)采用混合泵將溶液由溶解罐底部抽出返回上部進(jìn)行循環(huán)，使溶液更好地溶解混合。尿素顆粒儲存及溶解系統(tǒng)為全廠公用，設(shè)置兩列，可同時(shí)運(yùn)行或互為備用。尿素顆粒儲存及溶解系統(tǒng)包括尿素溶解罐、斗式提升機(jī)、尿素溶液混合泵、攪拌器、排風(fēng)扇及相應(yīng)的管道閥門等。a）尿素溶解罐：1臺尿素溶解罐，直徑3.0m，高度3.5m，體積約21.7m3（溶解罐密度1.125kg/m3，質(zhì)量27.78t），單班配制滿足2臺機(jī)組滿負(fù)荷24小時(shí)用量，材料采用不銹鋼。溶解罐中裝有盤管式加熱器，當(dāng)罐中溶液溫度低時(shí)，開啟加熱蒸汽進(jìn)行加熱，防止結(jié)晶。溶解罐上還裝有水流量控制系統(tǒng)、排風(fēng)扇、密度計(jì)。b）尿素溶液輸送泵：尿素溶液輸送泵為不銹鋼本體，碳化硅機(jī)械密封的離心泵，設(shè)兩臺混合泵，一運(yùn)一備，并列布置。尿素溶液輸送泵還通過尿素溶解罐所配置的循環(huán)管道將尿素溶液進(jìn)行循環(huán)，以獲得更好混合。c）攪拌器：尿素溶解罐上設(shè)置一臺攪拌器，作用是使尿素更好地溶解混合、防止顆粒沉淀。1.6.2尿素溶液儲存和輸送系統(tǒng)尿素溶液儲存和輸送系統(tǒng)負(fù)責(zé)將配制好的尿素溶液的儲存、以及將尿素溶液由輸送泵輸送至水解反應(yīng)器。包括尿素溶液儲罐、尿素溶液循環(huán)泵、蒸汽加熱系統(tǒng)以及相應(yīng)的管道閥門等設(shè)備。a）尿素溶液儲罐：尿素溶液儲罐負(fù)責(zé)尿素溶液的儲存。設(shè)置2臺尿素溶液儲罐，直徑5.0m，總高5.5m，單臺體積約為69m3，材料采用不銹鋼，為立式平底結(jié)構(gòu)，裝有液位計(jì)、溫度計(jì)、人孔、梯子、通風(fēng)孔及蒸汽加熱裝置等。b）尿素溶液循環(huán)泵:設(shè)置2臺尿素溶液輸送泵，一運(yùn)一備，將儲罐中尿素溶液輸送至水解反應(yīng)器。1.6.3水解系統(tǒng)尿素水解系統(tǒng)包括尿素水解反應(yīng)器模塊、計(jì)量模塊、相應(yīng)的管道閥門等。a）水解反應(yīng)模塊由一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)底座、水解反應(yīng)器、工藝管道、電氣控制柜、儀表閥門、安全閥等組成的撬裝設(shè)備，具體如下：主要儀表閥門：雷達(dá)液位計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、壓力變送器、電伴熱系統(tǒng)等。b）水解反應(yīng)器：由筒體、鞍座、管箱、換熱組件、橢圓封頭、法蘭、接管等部分組成。c）主要的工藝管道包括：蒸汽加熱管道、尿素溶液管道、即氨蒸汽管道、除鹽水沖洗管道、表面排污管道、底部排污管道、安全泄放管道等。濃度約40-60%的尿素溶液被輸送到水解反應(yīng)器內(nèi)，加熱蒸汽通過盤管的方式進(jìn)入水解反應(yīng)器，加熱蒸汽不與尿素溶液混合，通過盤管回流，冷凝水回收至疏水箱。水解反應(yīng)器內(nèi)的尿素溶液氣液兩相平衡體系的壓力約為0.5~0.6MPa，溫度約為120~155℃。對于50wt%（wt%為質(zhì)量濃度）的尿素溶液進(jìn)料情況下，水解反應(yīng)器中產(chǎn)生出來的含氨氣流約包含37.5wt%的氨氣、18.7wt%的二氧化碳和43.8wt%的水蒸氣，這些含氨氣流首先進(jìn)入計(jì)量模塊，然后被鍋爐熱一次風(fēng)稀釋，最后進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，以除去煙氣中的NOx。尿素水解反應(yīng)方程式：NHCONH2+H2O→2NH3+CO2+(x)H2Od）兩臺水解反應(yīng)器：2臺水解器為成都鋼環(huán)保工程有限公司產(chǎn)品。2臺水解反應(yīng)器之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)，可獨(dú)立運(yùn)行。1.6.4加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng)加熱蒸汽從全廠爐底加熱系統(tǒng)引入（機(jī)組再熱蒸汽冷段母管）：一路經(jīng)減溫減壓裝置后進(jìn)入水解器加熱反應(yīng)；一路用作氨蒸汽管道的伴熱蒸汽。另外分別引入溶解罐和兩個(gè)儲罐做加熱蒸汽。蒸汽經(jīng)水解器、溶解罐、儲罐加熱后冷凝的疏水，由各疏水管道收集到疏水箱，用作配制尿素溶液、沖洗尿素溶液管道、尿素溶液管道伴熱、也可由疏水泵打至節(jié)水工程清水池。1.6.5伴熱系統(tǒng)氨蒸汽管道、水解器的泄放管道、各尿素溶液管道均設(shè)置有伴熱系統(tǒng)，防止其內(nèi)溫度降低帶來結(jié)晶危險(xiǎn)。其中，氨蒸汽管道、各尿素溶液管道以及水解器上的氣、液管道采用電伴熱。1.6.6其它輔助系統(tǒng)(1)沖洗系統(tǒng)尿素溶液輸送泵、循環(huán)泵在停運(yùn)后均應(yīng)進(jìn)行沖洗，消除結(jié)晶，防止堵塞管道、閥門等。沖洗水由疏水泵從疏水箱提供，設(shè)置一臺疏水箱，兩臺疏水泵（一運(yùn)一備）。(2)除鹽水系統(tǒng)從廠區(qū)除鹽水母管處引入除鹽水，用作水解器的啟動補(bǔ)水、停運(yùn)沖