燃煤电厂600MW机组烟气脱硝系统的总体设计

胡志光，邓 倩，马苗云

（华北电力大学 环境科学与工程学院，河北 保定071003）

1 引言

我国是以燃煤发电为主的发展中国家，伴随着发电行业的快速发展，燃煤电厂NOX的排放迅速增加。若不采取有效的控制措施，我国NOX排放量将继续增长，预计2020年NOX排放将达到2 900万t左右［1］。因此降低NOX的排放是当前急待解决的问题。

本文以某燃煤电厂600MW机组配套的烟气脱硝装置为研究对象，对SCR烟气脱硝系统进行总体设计。鉴于纯氨法应用广泛，储运量小，有利于布置［2］，同时考虑到国外应用的情况和电厂较高的管理水平，经综合经济技术比较，选择纯氨法作为SCR烟气脱硝系统的还原剂。

2 燃煤电厂原始资料

本工程设计的新建某燃煤电厂机组容量为600MW，机组配备1台最大连续出力为1 920t／h的锅炉，电厂燃煤设计煤种、校核煤种均为烟煤。最热月（7月）平均最高气温为32.5℃；最冷月平均最低气温为－12.8℃。年平均气压＜0.1MPa。最热月平均相对湿度为79%；最冷月平均相对湿度为51.5%。

2.1 锅炉概况

锅炉按露天布置设计。锅炉类型为超临界中间再热控制循环四角切圆喷燃、固态排渣［3］。锅炉主要设计参数，见表1。

表1 锅炉主要设计参数

2.2 燃煤电厂煤质分析资料

锅炉的设计煤种为Ⅲ类烟煤，校核煤种为Ⅱ类烟煤，煤质分析见表2。

表2 煤质分析

2.3 SCR反应器性能参数

SCR反应器的主要性能参数见表3。表中所列参数除单独说明外皆为BMCR工况燃用设计煤种条件下的参数。

表3 SCR反应器性能参数

3 SCR烟气脱硝系统的总体设计

3.1 脱硝反应系统

3.1.1 SCR反应器

烟气脱硝系统一共设计有2个SCR反应器。反应器采用固定床平行通道式，为直立式焊接钢结构容器。SCR反应器的尺寸（长×宽×高）为14 736 mm×8 289mm×14 125mm。反应器材料为Q345。

在SCR反应器中，催化剂模块布置在催化剂梁上，因此催化剂支撑梁布置在每个催化剂模块底部侧框之下。在SCR反应器底层的4个面分别设置了一个导向支点，这样在SCR反应器的中心就相当于一个笃定支点，反应器沿对角线向外膨胀，SCR反应器四角立柱分别为滑动支点，同样各导向支点、滑动支点的一对摩擦副中，至少有一个为耐温减摩材料（聚四氟乙烯），以避免过大的摩擦力对反应器本体和主体框架造成破坏。

3.1.2 催化剂

本设计采用NOXNON700S－3型蜂窝式催化剂，主要成分为Ti－V－W。蜂窝式催化剂的配置方案为2＋1层，即初装两层催化剂，预留一层催化剂。一般1层催化剂的脱硝效率可达40%，2层可达70%，3层可达90%。设计催化剂模块长宽高尺寸为1 718mm×859mm×1 875mm，每层布置72个模块（8×9）。

3.1.3 氨／空气喷雾系统设计

本设计选取高压离心风机，设置3台。稀释风机主要工艺参数为电机功率75kW；全压7 000Pa；流量17 000m3／h，型号为9－19NO12－5D。

氨／空气混合器为隔板式，设置2台。氨／空气混合器主要技术参数为长1.8m；材料为20号钢。每个SCR反应器设有3×4×4根伸入烟道的注氨支管，每根支管上左右对称布置6个不锈钢喷头，即48根注氨支管与288个喷嘴组成了注氨格栅（AIG），均匀地分布在SCR进口侧烟道的截面上。

3.2 液氨储存及供应系统设计

3.2.1 液氨卸料压缩机

本设计设置2台液氨卸料压缩机，型号为210A；流量为75m3／h；最大出口压力为2.17MPa；电机功率为18.5kW；材料为组合件。

3.2.2 液氨储罐

本工程设计2台卧式液氨储罐，每个液氨储罐容量设计按照脱硝反应器运行10d，每天24h的用量。液氨储罐主要技术参数包括容积为120m3；尺寸为 Φ3 400mm×12 000mm；设计压力为 2.16 MPa；设计温度为－15～55℃；材料为16MnDR。

3.2.3 液氨蒸发器

本设计设置2台液氨蒸发器，为螺旋式结构。液氨蒸发器的主要技术参数包括容积为5.79m3；尺寸为 Φ1300mm×3100mm；传热面积为22.63 m2；设计温度为90℃；设计压力为0.9MPa；材料为16MnDR。

3.2.4 氨气缓冲槽

本设计设置2台氨气缓冲槽。氨气缓冲槽的主要技术参数包括容积，3.95m3；尺寸为Φ1 400mm×2 100mm；设计温度为90℃；设计压力为2.16MPa；材料为16MnDR。

3.2.5 氨气稀释槽与废水泵

氨气稀释槽为立式水槽，设置1台。氨气稀释槽的主要技术参数为包括容积为7.8m3；塔高为2m；设计温度为50℃；设计压力为常压；材料为Q235。废水泵设计2台。废水泵主要技术参数包括流量为25m3／h；扬程为30m；功率为5.5kW；材料为组合件。

3.2.6 吹灰器

根据本工程灰份的特性，采用D－75型声波吹灰器，按每一层催化剂设置4台DC－75型吹灰器进行设计。预留层吹灰器只预留吹灰器接口。

声波吹灰器的频率为75Hz，有效辐射范围为13m，内部能量输出水平为147dB，外部噪音水平为82dB，吹扫频率为10s／10min，每个反应器从最上层开始吹扫，每层的4个吹灰器同时动作，每台反应器的一个吹扫周期需要30s。主要易损部件为震动膜片，一般使用寿命为5年。声波吹灰器的噪音较大，在反应器外部的吹灰器发声部分必须做隔音处理，经过处理后的噪音水平可以降低到75dB以下。

3.2.7 氨气泄漏检测器

液氨储存及供应系统周边设有4个氨气检测仪，用以检测氨气的泄漏，可显示大气中氨气的浓度。

3.2.8 氮气吹扫系统

本系统的卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽等都备有氮气吹扫管线。排放出的液态氨或气态氨通过装有水的氨吸收罐进行吸收，在经由废水泵送到工业废水处理站进行处理。

3.3 烟气脱硝系统总体设计图纸

图1为SCR脱硝反应器工艺流程图，图2为氨区平面布置图。

4 工程概预算

4.1 运行成本分析

烟气脱硝工程运行成本分析计算的主要参数如下。

（1）设备年利用小时数。该工程投产后设备年利用小时数为5 500h。

（2）氨消耗及价格。脱硝系统氨价格为3 000元／t，消耗量为353.3kg／h。

（3）定员及工资标准。电厂脱硝新增定员4人，年人均工资为50 000元，福利费综合费率按工资总额的55%计算。

图1 SCR脱硝反应器工艺流程图

图2 氨区平面布置图

（4）大修理费。按脱硝装置造价的1%预提。

（5）用电量。脱硝装置用电量按900kW计算。

（6）折旧率。固定资产折旧采用直线法，净残值率为5%，折旧年限取15年。

（7）贷款利率。流动资产贷款利率及短贷利率为5.5%。

（8）收益率。投资方基准收益率为8.5%。

4.2 总投资估算

某燃煤电厂600MW机组烟气脱硝工程总投资情况，见表4。该项目脱硝装置静态投资为13 632万元，单位造价为227.2元／kW。

表4 总投资情况

5 结语

将燃煤电厂烟气排放NOX控制在较低的浓度，采用SCR技术可脱除80%以上NOX，环境效益显著。从国民经济评价角度看，电厂增加脱硝系统将有助于改善环境状况，降低污染，满足了国家环保规定，为区域电力建设和经济可持续发展奠定了基础。

［1］苏亚欣，毛玉茹，徐 璋.燃煤氮氧化物排放控制技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］陈进生.火电厂烟气脱硝技术－选择性催化还原法［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［3］王秉铨.工业锅炉设计手册（第二版）［M］.北京：机械工业出版社，2004.