火電廠脫硝系統伴熱疏水改造回收
楊高宏 許金輝
（國家能源山東蓬萊發電有限公司，山東 煙臺 265600）
[摘 要] 為了解決SCR脫硝工藝伴熱疏水外排造成浪費的問題，提出對伴熱疏水管道進行改造，回收疏水，達到節能降耗的目的，提高了鍋爐的整體運行效率。
[關鍵詞] 燃煤鍋爐；脫硝伴熱；疏水回收
The reconstruction for heat tracing drainage recovery of denitration system
Gaohong Yang; Jinhui Xu
( CHN ENERGY PENGLAI GENERATION CO.LTD, Yantai ,shandong,265600)
Abstract: In order to resovle the wasting which was caused by heat tracing drainage in SCR denitration process,the reconstruction for pipeline of heat tracing drainage was put faoward,which the drainage could be recovered, aiming at energy saving and consumption reduction,and then the overall operation efficiency of boiler was improved .
Keywords:Coal-fired boiler; Denitration heat tracing; Drainage recovery
0 概述
某公司2*330MW燃煤鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、控制循環、四角切圓燃燒方式，以爐內脫硝為輔，選擇性催化還原方法（SCR）脫硝為主的方式，使NOX排放達到超低排放標準。SCR采用水解尿素制氨，為防止管道產生結晶，采用蒸汽/熱水伴熱系統，伴熱疏水由于設計不合理，不但影響安全文明生產，而且造成熱量大大浪費，急需進行改進。
1 原理介紹
火電廠燃煤機組超低排放已是強制性要求，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過5 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³，達到燃氣機組排放水平。目前，燃煤機組控制氮氧化物排放的主要手段是采用SCR脫硝工藝，即選擇性催化還原技術SCR (selective catalytic reduction)，因其成熟的技術和良好的脫硝效果，加上沒有副產物、不形成二次污染等優點，被廣泛應用于國內外燃煤電廠。
SCR脫硝工藝反應原理是在裝有催化劑的反應器里，煙氣與噴入的氨在催化劑的作用下發生還原反應，生成無害的N2 和H2O，實現脫除氮氧化合物的目的。該公司SCR脫硝還原劑氣氨從尿素（CO（NH2）2）原料中獲取，是目前火電廠脫硝還原劑（氣氨）大多采用尿素顆粒制取的工藝。
SCR脫硝工藝主要設備包括尿素水解站、水解反應器、疏水伴熱設備、催化劑及其吹灰器。尿素水解站溶解出50%左右濃度的尿素溶液，用輸送泵輸送至水解反應器，水解反應器利用冷再蒸汽將尿素溶液加熱，產生的氣氨經脫硝自動控制系統控制其流量后與稀釋空氣（來自一次風）在混合器中混合均勻，再送達催化劑區域與煙氣反應。其主要化學還原反應如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
為保證SCR脫硝系統正常運行，需要配套催化劑聲波吹灰、氨蒸氣管道和尿素溶液管道伴熱等配套設施，聲波吹灰可有效驅除催化劑上的煙塵，避免煙塵積聚在催化劑上，使催化劑與還原劑接觸面積減小，反應效率降低。管道伴熱可有效防止尿素結晶，對系統安全運行至關重要。
2 存在問題
該公司#1、2鍋爐脫硝伴熱系統的采用疏水箱收集的方式，系統設計一個疏水箱，回收脫硝系統疏水，經由疏水泵增壓后去尿素溶液輸送管道伴熱，然后再回至疏水箱，疏水箱采用除鹽水補水、冷再蒸汽加熱，保持一定的液位、溫度，確保尿素溶液疏水管道伴熱正常。疏水箱原要求運行溫度在45℃～65℃，因脫硝系統運行中，水解反應器疏水和氨蒸汽伴熱疏水排放至疏水箱，導致疏水箱溫度升高，每天需要大約260t除鹽水進行降溫，造成除鹽水大量浪費。該公司從降低生產成本的角度考慮，首先對#1、2鍋爐脫硝系統的疏水箱及控制系統進行了運行優化調整，將疏水箱運行溫度升高至100℃運行，從而大大降低了除鹽水的消耗，每年節約費用50余萬元，經濟效益顯著。
但由于調整后疏水箱的運行溫度提高，造成疏水閃蒸而產生的水蒸氣常年彌漫在疏水箱區域周圍，冬季造成脫硝疏水箱周邊冒蒸汽，部分管道設備表面存在結冰現象，不但影響運行操作及檢修安全，而且疏水箱的廢汽排放損失大量的熱能和高品質冷凝水，為了消除安全隱患同時也是為了節能降耗，改公司組織討論確定對進入脫硝疏水箱的伴熱疏水進行回收利用改造。
3 改進措施
3.1 疏水情況
該公司#1、2機組鍋爐進入脫硝系統疏水箱的高溫水、疏水主要有四路：
（1）SCR蒸汽吹灰疏水。吹灰蒸汽取自低溫再熱蒸汽管道（壓力1.7～3.4MPa,溫度265～330℃），蒸汽管徑DN100，經估算疏水量大約10t/h左右。
（2）氨蒸汽聯絡管道伴熱疏水。伴熱蒸汽取自低溫再熱蒸汽管道（壓力1.7～3.4MPa,溫度265～330℃），蒸汽管徑DN25，經估算疏水量大約1t/h左右。
（3）氨蒸汽管道伴熱疏水。伴熱蒸汽取自低溫再熱蒸汽管道（壓力1.7～3.4MPa,溫度265～330℃），蒸汽管徑DN25，經估算疏水量大約1t/h左右。
（4）尿素水解反應器加熱蒸汽疏水。水解反應器加熱蒸汽取自低溫再熱蒸汽管道（壓力1.7～3.4MPa,溫度265～330℃），蒸汽管徑DN50，經估算疏水量大約3.5t/h左右。
3.2 改進方案
為了保證機組運行的安全穩定性，同時最大程度上地充分利用余熱，通過科學計算確定將蒸汽疏水利用蒸汽壓力差將疏水打至除氧器。由于各路疏水壓力溫度參數存在差異，介質可能在匯合區存在水擊現場，為消除此隱患，在#1、2鍋爐分別設置一個疏水集管，首先將各路疏水匯集起來合并為一根管道后接引至除氧器。各疏水分支管在連接疏水集管處，采用45°斜接方式，同時考慮將壓力較高的疏水管道布置在最外側，將壓力較低的疏水管路布置在集管最內側，從而最大程度上地優化工質流態，避免紊流，避免水擊現象。
脫硝系統疏水回收改造系統圖
因總疏水量較小約12t/h，對除氧器影響較小不會造成除氧器振動，但為了安全起見，將疏水接至高加疏水管道，接口位置在高加疏水調閥后，最終進入除氧器。采用φ76×3.5管路從疏水集箱最低點接出，經電動閘閥、電動調節閥接至除氧器。
4 改造效果
4.1 效益計算
2019年該公司機組利用小時數完成4600小時、入爐標煤價695元/噸、除鹽水成本價7.25元/噸、固定資產投資貸款年利率4.35%。
（1）每臺機組脫硝系統疏水改造回收后，年回收熱量折合標煤計算：
年總回收熱量=回收疏水量×年利用小時數×(疏水焓-除鹽水焓) ×換熱效率0.9=12t/h×4600h×(961.98KJ/Kg-85KJ/Kg) ×0.9=43568.4GJ
折合標煤量=年總回收熱量/29271kJ/kg(標煤發熱量）=43568.4GJ /29271kJ/kg =1488.4t；
（2）年回收水量計算：
年回收水量=回收疏水量×年利用小時數=12t/h×4600h=55200t；
（3）年節約總價值695元/t×1488.4t+55200t×7.25元/t=103.45萬元+40.02萬元=143.47萬元。
兩臺機組投資包括設備、安裝費等全部費用合計49.9768萬元，每臺機組脫硝系統疏水回收后，年節汽量折標煤約1488.4噸，年回收除鹽水約55200噸，每臺機組年節約總價值143.47萬元，投資回收期0.18年。
4.2 結論
疏水系統改造經過運行一段時間后，運行穩定，對除氧器安全運行無影響，疏水箱溫度保持在80℃左右，疏水箱排汽“冒白龍”現象消失，每臺機組額定回收蒸汽量12t/h，實現了安全文明生產，節能減排效果明顯。
參考文獻：
[1] 王松嶺.流體力學.北京：中國電力出版社，2004.
[2] 張忠、武文江主編.火電廠脫硫與脫硝實用技術手冊.背景：中國水利水電出版社，2014.
[3] 夏懷祥、段傳和.選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝.北京：中國電力出版社，2012.
作者簡介：
楊高宏（1982-），男，工程師，主要從事火電廠集控運行工作。
