燃煤电厂烟气脱硝设备运行维护与改造

随着烟气脱硝设备在火电厂燃煤锅炉上的普遍应用，脱硝技术已成为火力发电技术的一个重要组成部分。本书作为普及性的读物，介绍了燃煤电厂燃煤锅炉烟气脱硝设备的运行、维护及改造和调试等技术。全书分八章，主要内容包括：脱硝技术概述、脱硝工艺、SCR系统设备和参数、控制系统、工程改造技术、调试及验收、运行和事故处理、维护检修等。此外，为方便学习参考，本书附录还收录了有代表性的运行和检修规程、氨区管理制度和氨泄漏处置方案，以及应急预案等内容。

序

前言

第一章  火电厂脱硝技术概述1

第一节  氮氧化物（NOX）的危害1

一、对环境和人体的危害1

二、形成光化学烟雾产生的危害1

三、产生酸雨对环境的危害2

四、自然排放对环境的危害2

第二节  氮氧化物的生成2

一、热力型2

二、瞬时反应型（快速型NOX）3

三、燃料型NOX3

第三节  氮氧化物的控制3

一、脱硝技术3

二、低氮燃烧技术4

三、烟气处理法脱硝技术5

第四节  烟气处理法脱硝技术分类5

一、湿法烟气脱硝技术5

二、干法烟气脱硝技术6

三、协同脱除二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX）技术6

四、其他脱硝技术7

第二章  选择性催化还原脱硝技术11

第一节  催化剂11

一、催化剂的作用原理11

二、催化剂常见的分类方法14

三、常用固体催化剂15

四、固体催化剂的组成16

五、固体催化剂的性能18

第二节 
SCR脱硝工艺原理24

一、选择性催化还原（SCR）脱硝原理24

二、选择性非催化氧化还原（SNCR）脱硝原理25

第三节 
SCR脱硝工艺布置方式26

一、高尘区SCR（HD-SCR）工艺流程27

二、低尘区SCR（LD-SCR）工艺流程28

三、尾部区SCR（TE-SCR）工艺流程29

四、氨和空气喷雾系统32

五、尿素水解法制氨工艺流程32

六、氨水为还原剂的SCR脱硝工艺流程33

七、还原剂的选择34

第三章 
SCR的系统、工艺参数与设备36

第一节 
SCR系统36

一、供氨、注氨系统36

二、催化反应系统36

三、检测与控制系统36

四、辅助系统36

第二节 
SCR系统工艺参数38

一、入口的NOX浓度38

二、脱硝效率38

三、空间速率39

四、反应温度39

五、反应时间40

六、NH3/NOX摩尔比40

七、转化率40

八、NH3逃逸率40

九、反应器运行压降41

第三节  供氨系统41

一、还原剂41

二、供氨设备42

三、尿素热解制氨系统46

第四节  注氨设备47

一、稀释风机47

二、供氨母管/集管48

三、注氨格栅48

第五节  
催化反应器52

一、反应器及各个组成部分52

二、旁路部分58

三、灰斗59

第六节  吹灰器59

一、结构及工作原理59

二、分类59

第四章 
SCR烟气脱硝控制系统61

第一节  控制原理与控制方案61

一、SCR烟气脱硝装置的控制系统一般应采取的控制方案61

二、SCR-DCS分散控制系统62

三、脱硝系统主要控制回路的控制策略62

第二节  典型控制系统的工程设计要求63

一、控制系统要求63

二、就地设备要求64

三、温度测量装置要求65

四、压力/压差测量要求65

五、流量测量要求66

六、料位测量要求66

七、分析仪表要求67

八、电气量与电气参数要求67

九、执行机构要求67

第三节 
SCR脱硝控制系统对控制软件的要求68

一、一般要求68

二、人机接口69

三、数据通讯系统69

第四节  模拟量控制系统（MCS）70

一、基本要求70

二、具体功能71

三、顺序控制系统（SCS)72

第五章 
SCR系统的工程改造技术74

第一节  现役机组安装SCR系统概况74

一、国家环保部对氮氧化物防治的技术路线提议74

二、我国锅炉系统改造的现状74

第二节  低氮燃烧系统的改造75

一、氮氧化物生成的四区理论75

二、煤粉锅炉的NOX排放控制技术76

三、低氮控制措施76

四、防结焦技术措施77

五、低氮燃烧改造原则79

第三节  空气预热器的改造79

一、SCR系统中空气预热器的配置特点79

二、SCR系统中空气预热器的设计配套原则80

第四节  风机系统的改造83

一、在运机组脱硝改造对锅炉引风机的影响83

二、脱硝改造后引风机运行参数的确定83

三、改造方案确定原则83

四、风机类型的选择与局部改造84

五、引风机与增压风机合并改造84

第五节 
SCR系统改造中的优化85

一、SCR流体模型与优化调整85

二、SCR反应器流动场、温度场和反应物浓度分布均匀性的优化85

三、喷氨系统调整86

四、催化反应器相连管道中流动性的调整87

五、催化反应器相连管道中温度的调整87

六、SCR催化剂的优化87

七、某电厂优化实例88

第六章 
SCR脱硝设备调试与竣工验收90

第一节 
SCR脱硝设备的调试90

一、脱硝设备的调试项目90

二、主要调试程序90

三、脱硝设备调试前的主要准备工作91

四、电动机单体运行92

五、冷态调试92

六、热态调试94

七、调试过程优化95

八、SCR与锅炉间的热态扰动试验95

九、变负荷运行试验95

十、最大负荷运行试验95

十一、最小负荷运行试验96

十二、168h试运行96

十三、试运后消缺96

十四、脱硝设备调试中的常见问题96

第二节 
SCR脱硝设备验收移交98

一、一般性要求98

二、竣工验收程序98

三、竣工验收组织98

四、竣工验收内容98

五、竣工环保验收99

第三节 
SCR脱硝设备性能验收试验99

一、前提条件与试验准备工作99

二、性能考核指标100

三、测试内容与方法100

第七章 
SCR脱硝设备运行和事故处理104

第一节 
SCR设备运行的一般规定和日常维护要求104

一、一般规定104

二、日常维护要求105

第二节 
SCR脱硝系统的运行105

一、SCR反应器的运行105

二、氨站系统的运行106

三、吹灰系统的运行106

四、控制系统的运行107

五、影响SCR脱硝效率的主要因素107

六、延长催化剂使用寿命的措施109

第三节  事故处理原则与紧急停机110

一、事故处理原则110

二、紧急停机110

第四节  脱硝设备运行异常与事故处理111

一、异常情况处理111

二、事故处理114

第八章 
SCR脱硝设备维护和检修117

第一节 
SCR脱硝系统的检查内容117

第二节 
SCR脱硝主要设备常见故障与排除118

一、氨区、SCR区转机设备安装通病与预防措施118

二、声波吹灰器常见故障与排除方法118

三、蒸汽吹灰器常见故障与排除方法119

四、氨供应气动隔绝门故障与排除方法121

五、液氨蒸发系统故障与排除方法121

六、稀释风机故障与排除方法121

第三节 
SCR辅助设备检修与维护122

一、离心泵检修122

二、风机检修124

三、空气压缩机维护检修125

四、烟道挡板维护检修129

第四节  催化剂的检修与维护129

一、催化剂部分容易出现的问题129

二、催化剂维护的主要工作130

三、催化剂管理130

第五节  检修维护工作注意事项131

一、定期检修131

二、常见维护方案131

附录133

附录A  某1000MW机组脱硝运行规程（摘录，供参考）133

第一部分 
脱硝系统133

一、系统概述133

二、系统联锁保护与试验135

第二部分 
脱硝氨区138

一、系统概述138

二、主要设备技术参数138

三、工艺流程简述140

四、主要工艺控制指标140

五、氨区系统联锁与保护141

六、投运前准备141

七、系统操作141

八、操作注意事项144

九、系统停运144

附录B  某600MW机组脱硝检修规程（摘录）145

第一部分 
设备技术规范145

第二部分 
稀释风机检修工艺规程148

一、设备技术参数148

二、设备概况149

三、检修工艺与质量标准149

四、安全、健康、环保要求152

第三部分 
声波吹灰器检修工艺规程153

一、设备概况153

二、设备技术规范153

三、检修工艺与质量标准154

四、常见故障分析与排除方法155

五、安全、健康、环保要求156

第四部分 
催化剂检修工艺规程156

一、催化剂概述156

二、设备技术参数156

三、检修工艺与质量标准157

四、可能降低催化剂性能的机理157

附录C  某600MW机组脱硝氨区管理制度（摘录）158

一、主题内容与适用范围158

二、管理内容158

附录D 
600MW机组氨泄漏事故专项应急预案160

一、总则160

二、氨区设备概述162

三、氨的危险性分析及事故类型162

四、组织机构及其职责165

五、预防与预警166

六、信息报告程序168

七、应急响应168

八、后期处理172

九、培训与演练172

十、责任追究172

十一、附则173

十二、附件173

附录E  相关国家法规和技术标准名称173

参考文献175

GB 13223—2011被称为“史上最严”的中国《火电厂大气污染物排放标准》，从颁布之初这一标准即被火电企业称为“九级地震加海啸”。其中，《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）中对火电厂三大最重要的排放指标：氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放规定，都已达到甚至超过发达国家和地区的排放要求。当前全国在役火电厂燃煤锅炉基本完成了脱硝改造，为我国降低大气中氮氧化物的排放作出了重要贡献。　　新的《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）已对各类工业锅炉的氮氧化物排放标准提出了更高的要求和具体的执行时间表。这预示着工业锅炉的脱硝改造工作也将全面铺开。　　2014年9月12日，国家发展和改革委员会、环境保护部和国家能源局又联合下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014—2020年），其中要求：“稳步推进东部地区现役30万kW及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万kW以下公用燃煤发电机组，实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。鼓励其他地区现役燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度达到或接近燃气轮机组排放限值的环保改造。”　　针对当前形势，作者组织编写了本书。本书作为一本宣传火电厂脱硝技术的普及性读物，对火电厂烟气脱硝设备的运行、维护、改造和调试等技术进行了介绍，以期在燃煤火电机组普遍装设了脱硝设施之后，为火电厂的运行、检修人员和各级技术管理人员提供参考，同时也能用作火电厂锅炉进行改造时的参考资料。　　本书由郑州裕中能源有限责任公司章明富和国网河南省电力公司技能培训中心韩祥主编，国信扬州第二发电有限责任公司姜艳华、郑州裕中能源有限责任公司程昆峰、张宝强任副主编，参加编写工作的有郑州裕中能源有限责任公司马骁、范珂，国投钦州发电有限公司雷建平，河南第二火电建设公司周荣栓，国网河南省电力公司郑州供电公司韩丽，国网河南省电力公司技能培训中心杨义波、朱保飞等。　　担任本书主要审稿工作的是华兴电力股份公司郭正华和郑州裕中能源有限责任公司刘俊伟，郑州裕中能源有限责任公司戴改明、何中吉、胡广伟、冯林、尚建荣、付伟和胡顺兴等参加了部分内容的审稿工作。在本书的编写过程中还得到了宁波建工股份有限公司黄永凯和江苏溧阳建设集团有限公司朱云波的指导和帮助。　　本书在编写过程中参考和引用了较多的文献资料，感谢所有文献的作者（有些参考内容已无法找到出处，对此类文章的原作者表示歉意并致以真诚的谢意），同时感谢郑州裕中能源有限责任公司的领导、同事以及编审人员的朋友和家人给予的大力支持。此外，我们将以本书纪念曾经的合作者、好朋友、已故的环保专家、原东南大学能源与环境学院孙克勤教授。　　由于编者水平所限，加之时间仓促书中难免有不足之处，敬请广大读者批评指正。　　编 者