針對(duì)SCR煙氣脫硝尿素?zé)峤庀到y(tǒng)電加熱器能耗高、運(yùn)行成本大的弊端，提出1種采用高溫?zé)煔鈸Q熱器代替電加熱器的方法。以國內(nèi)某臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組為例，通過試驗(yàn)分析了煙氣溫度、煙氣流量、尿素消耗量對(duì)高溫?zé)煔鈸Q熱器的影響，提出了高溫?zé)煔鈸Q熱器的控制策略。試驗(yàn)表明，采用煙氣換熱器可大幅降低電廠用電量，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

隨著我國脫硝排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，選擇性催化還原法（SCR）在燃煤機(jī)組已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)有的SCR煙氣脫硝技術(shù)中，還原劑主要有尿素、氨水和液氨3種。氨水和液氨具有強(qiáng)腐蝕性，運(yùn)輸與儲(chǔ)存均有較大的安全隱患，因此尿素作為一種安全的還原劑得到了廣泛的運(yùn)用，但常規(guī)的加熱器熱解的方式能耗較高，為此本文提出一種利用高溫?zé)煔饧訜釤嵋淮物L(fēng)作為尿素?zé)峤鉄嵩吹姆椒ǎ蔀镾CR尿素?zé)峤庀到y(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供借鑒。

1尿素?zé)峤饧夹g(shù)

1.1工藝原理

SCR煙氣脫硝中尿素?zé)峤夥磻?yīng)是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%~50%尿素溶液噴入熱解爐，在溫度為350~650℃的熱一次風(fēng)下，尿素溶液蒸發(fā)析出尿素，生成NH3和CO2。總方程式為：

1.2尿素?zé)峤饧夹g(shù)

SCR尿素?zé)峤獾年P(guān)鍵就是熱源，目前常用的尿素?zé)峤庥脽嵩粗饕须娂訜?、燃油加熱、煙氣換熱等。

1.2.1電加熱熱一次風(fēng)

通過電加熱器加熱熱一次風(fēng)（300℃左右）作為尿素?zé)峤庥脽嵩词钱?dāng)前國內(nèi)燃煤機(jī)組常用的方法（見圖1所示），鍋爐一次風(fēng)自身壓頭較大，不需增設(shè)其他設(shè)備，系統(tǒng)整體比較簡(jiǎn)單。但是該技術(shù)能耗較高，1000MW機(jī)組電加熱功率為1200kW左右，運(yùn)行成本較大。

圖1尿素?zé)峤怆娂訜崾疽鈭D

1.2.2燃油加熱

燃油加熱可以直接通過火炬燃燒燃油，并混合一定的冷風(fēng)，使熱煙氣的溫度達(dá)到600℃左右。本系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，但因?yàn)椴裼蛢r(jià)格高，因此加熱成本比電加熱還高，基本上不再采用。

1.2.3煙氣換熱

以鍋爐的高溫?zé)煔鈱?duì)熱一次風(fēng)進(jìn)行加熱，是一種比較節(jié)能的加熱方式，分內(nèi)置式煙氣換熱和外置式煙氣換熱2種結(jié)構(gòu)，見圖2、圖3所示。

圖2尿素?zé)峤鈨?nèi)置式煙氣換熱示意圖

圖3尿素?zé)峤馔庵檬綗煔鈸Q熱示意圖

內(nèi)置式煙氣加熱就是把高溫?zé)煔鈸Q熱器受熱面布置在鍋爐高溫?zé)煹纼?nèi)，使熱一次風(fēng)升到600℃的高溫，然后進(jìn)入熱解室，將尿素溶液熱解成氨氣。內(nèi)置式結(jié)構(gòu)需要鍋爐煙道內(nèi)有安裝空間。煙氣換熱器通常安裝在低溫過熱器或低溫再熱器的前面，煙氣溫度在600~700℃。對(duì)新建機(jī)組采用該方式較容易，但同時(shí)需要考慮熱膨脹、磨損、積灰等問題。

外置式煙氣加熱就是單獨(dú)在外面設(shè)置1個(gè)煙氣換熱器，用管道將650~750℃的高溫?zé)煔鈴臒煹肋^熱器或再熱器處引出，換熱后再返回空氣預(yù)熱器入口。這一部分煙氣未參與脫硝，但因?yàn)闊煔饬亢苄?，?duì)最終的煙氣排放濃度影響僅為1~2mg/m3，而且施工方便，使用壽命長，成為目前的主流形式。

2應(yīng)用實(shí)例

以國內(nèi)某臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組為例，對(duì)外置式煙氣換熱器節(jié)能效果進(jìn)行試驗(yàn)分析。該機(jī)組原來采用電加熱器SCR進(jìn)行尿素?zé)峤?，后改造為外置式煙氣換熱器。

2.1設(shè)備概況

SCR還原劑采用尿素?zé)峤夥ㄖ苽涔に嚕紫葘⒛蛩仡w粒溶解成質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的尿素溶液并輸送至尿素溶液儲(chǔ)存罐，其次通過高流量循環(huán)泵將尿素溶液加壓輸送至尿素溶液計(jì)量分配裝置，并霧化噴入熱解爐。熱解爐內(nèi)尿素溶液霧化液滴在一定溫度下熱解成氨混合物。最后，氨混合物通過噴氨格柵注射到SCR入口煙道煙氣中。脫硝裝置入口煙氣參數(shù)見表1所示。

表1脫硝裝置入口參數(shù)

2.2煙氣換熱器系統(tǒng)

熱解爐熱源利用鍋爐高溫再熱器后、低溫再熱器入口的水平煙道處約640℃的高溫?zé)煔?，通過煙氣換熱器系統(tǒng)加熱一次風(fēng)，以滿足尿素?zé)峤?，保證運(yùn)行中熱解爐出口溫度不低于342℃。

2.3試驗(yàn)方法

在負(fù)荷穩(wěn)定、脫硝裝置正常投運(yùn)的條件下，投運(yùn)煙氣換熱器，對(duì)熱解爐出口、煙氣入口和出口、一次風(fēng)入口和出口5個(gè)測(cè)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1煙氣流量對(duì)出口風(fēng)溫的影響

在機(jī)組負(fù)荷、入口熱一次風(fēng)量、入口煙氣溫度、入口熱一次風(fēng)溫穩(wěn)定的條件下，改變換熱器煙氣流量，每個(gè)試驗(yàn)工況穩(wěn)定3h，測(cè)量不同煙氣流量下出口熱一次風(fēng)溫度，得到表2的結(jié)果。從表2可以看出，在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定情況下，隨著入口煙氣流量的升高，出口熱一次風(fēng)溫度相應(yīng)增大，這是因?yàn)槿肟跓煔鈹y帶較多的熱量，與熱一次風(fēng)有了更多的熱量交換，從而使得出口熱一次風(fēng)溫度提高。

表2煙氣流量對(duì)出口熱一次風(fēng)溫度的影響

3.2入口煙溫對(duì)出口風(fēng)溫的影響

入口煙氣溫度不同時(shí)，入口熱一次風(fēng)風(fēng)量、入口熱一次風(fēng)溫度、入口煙氣流量，出口熱一次風(fēng)溫度的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3入口煙氣溫度對(duì)出口熱一次風(fēng)溫度的影響情況

從表3可知，隨著入口煙氣溫度的降低，熱一次風(fēng)出口風(fēng)溫相應(yīng)降低，這是因?yàn)槿肟跓煔鈹y帶的熱量降低，同熱一次風(fēng)交換的熱量減少，導(dǎo)致出口煙氣溫度降低。

3.3尿素量對(duì)熱解爐出口風(fēng)溫的影響

在機(jī)組負(fù)荷、熱一次風(fēng)量、換熱器出口熱一次風(fēng)溫度穩(wěn)定的情況下，改變機(jī)組總尿素量，測(cè)量熱解爐出口風(fēng)溫，結(jié)果如表4所示。

表4尿素量對(duì)熱解爐出口風(fēng)溫的影響

隨著總尿素量相應(yīng)降低，熱解爐出口風(fēng)溫相應(yīng)提高。這是因?yàn)槟蛩責(zé)峤庑枰臒崃拷档?，從而熱解爐出口風(fēng)溫升高。

3.4換熱器控制策略

從以上分析可知，為保證尿素?zé)峤庀到y(tǒng)正常運(yùn)行即熱解爐出口溫度在342℃以上，需要保證進(jìn)入熱解爐的熱空氣溫度在合理范圍內(nèi)，以滿足尿素?zé)峤鉄崃康男枰苊馍晒腆w物堵塞管道。溫度控制需要根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、SCR裝置入口氮氧化物濃度、尿素溶液流量進(jìn)行，可以通過提高入口煙氣流量或入口煙氣溫度等方法。在機(jī)組改造時(shí)需要在合理的溫度段引進(jìn)熱煙氣，并通過計(jì)算設(shè)置合理的煙氣流量余量，以滿足低負(fù)荷下熱解爐出口溫度的要求，必要時(shí)可以設(shè)置電加熱器，以增加整個(gè)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的可靠性。

3.5經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)該廠投運(yùn)的電加熱器運(yùn)行時(shí)電流值和熱解爐出口溫度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表5所示。1000MW機(jī)組在投運(yùn)電加熱器時(shí)，各負(fù)荷段內(nèi)電加熱器電流值相近，平均為1055A，對(duì)應(yīng)功率在1200kW左右，按機(jī)組年均運(yùn)行5500h計(jì)算，電價(jià)按0.45元/kWh計(jì)算，每年需要消耗電量660萬kWh，費(fèi)用約297萬元。采用煙氣換熱器后，不再需要電加熱器，每年可節(jié)約297萬元。

表5投運(yùn)電加熱器時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)

煙氣換熱器主體建設(shè)期間可不停機(jī)，利用機(jī)組計(jì)劃檢修期間完成接口工作，接口時(shí)間僅需10d，不會(huì)因改造產(chǎn)生額外的停機(jī)損失。

尿素?zé)峤庀♂岋L(fēng)采用高溫?zé)煔鈸Q熱器加熱時(shí)，從鍋爐尾部轉(zhuǎn)向室抽取高溫?zé)煔猓瑹煔饬考s占鍋爐煙氣總量的0.4%，對(duì)鍋爐運(yùn)行調(diào)整、煙氣成分及鍋爐效率等基本無影響，在不同負(fù)荷下的煤耗量基本維持不變。

4結(jié)語

隨著電廠對(duì)環(huán)保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性要求的提高及國家節(jié)能降耗要求，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)采用常規(guī)電加熱方案時(shí)存在運(yùn)行穩(wěn)定性較差、運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。采用煙氣換熱器可提高運(yùn)行穩(wěn)定性、大幅降低電廠電量消耗，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，改造便于實(shí)施，應(yīng)用前景廣闊，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，為大型電站鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供參考。