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摘 要：随着国家环保政策对火力发电厂大气污染物排放标准要求越来越高。火力发电厂超低排放将作为强制标准执行，分析了机组启动阶段影响脱硝系统及时投运的因素。针对其中尿素溶液热解炉的优化启动提出了较好的解决思路，确保脱硝系统能够尽快投入运行。
关键词：热风炉；点火；并列运行；SCR反应器
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0261-02
1 妈湾电厂脱硝系统原理简介
妈湾电厂采用的是SCR选择性催化剂还原烟气脱硝技术，属于干法脱氮技术之一。妈湾电厂采用尿素热解法脱硝技术。尿素是一种白色或者浅黄色的结晶体，吸湿性强，易溶于水。因为尿素运输、储存方便，无需考虑安全和危险性，故逐渐在脱硝系统中得到较广泛应用。尿素的分子式是尿素的分子式是CO（NH2）2，在高温高压（160～240℃，2.0MPa）或者高温常压（350～650℃，0.1MPa）条件下，C-N键断裂分解为H2O、NH3和CO2。
其主要化学还原反应如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O及4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，在工业应用是需安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降低至280～400℃左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。SCR催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（>450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生。2SO2+O2→2SO3及NH3+H2O+SO3→NH4HSO4即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在300～410℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
尿素颗粒储备及溶解系统是全厂公用系统，主要目的是将尿素颗粒用除盐水溶解成40～60%质量浓度的尿素溶液并储存在尿素溶液储罐。尿素溶液经尿素循环泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入热解炉，热一次风经电加热器或热风炉进一步提高温度至400℃左右将雾化后的尿素溶液在热解爐内分解生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀产生浓度小于5%的氨气，并由氨喷射系统喷入安装在省煤器后的脱硝反应器系统。
2 脱硝系统机组启动过程投运的影响因素
机组启、停阶段对于环保参数的控制显得尤为重要。妈湾电厂对停机过程环保参数控制经过不断总结和优化及操作员水平的日益提高，不管是机组备用停机或者检修停机，对于环保参数的控制都非常好，完全可以做到停机过程全程达到超低排放标准。但机组启动阶段，只要脱硝系统没有投入，环保参数就达不到超低排放标准。要确保脱硝系统尿素喷枪的投入，必须达到两个条件：①SCR反应器入口烟气烟温，必须达到催化剂反应环境的烟气温度300℃以上；②热解炉出口加热到320℃以上。将热解炉加热到满足脱硝系统尿素喷枪投入运行显得至关重要，目前困扰运行及检修人员的主要问题就是热风炉的点火问题，有时会严重影响脱硝系统的投入时机。
3 尿素热解系统的构成
妈湾电厂各台炉脱硝系统建设初期，将热一次风进一步加热到400℃是通过电加热器完成。电加热在使用过程中，存在以下几点不足：①机组启动过程中对热解炉加热速度较慢；②脱硝系统运行过程中，因热一次风含灰尘会使电加热积灰导致电加热传热效果差，满足不了热解炉加热需要，电加热出口温度高保护跳闸，脱硝系统被迫停运，且无法在线进行清除积灰；③电加热投自动方式控制，热解炉出口氨风温度波动较大，控制性能较差。
在妈湾电厂锅炉点火系统由燃油系统改为天燃气点火系统后，利用机组大小修机会将脱硝系统进行了改造。热一次风的加热热源改为燃烧天燃气的热风炉，电加热系统保留作为热风炉故障时的备用。经过近两年的运行，存在一个较为突出的问题，就是热风炉点火故障率高，导致脱硝系统投入推迟，影响环保参数超低排放合格率。目前检修部门经过一系列的改造及采取措施，点火成功率明显提高。但热风炉的点火问题一直是机组启动过程中困扰检修、运行人员的一个突出问题。热风炉及电加热系统图如图1。
4 热风炉与电加热短时并列运行的可行性
4.1 目前的系统运行情况
热风炉与电加热器并联接入系统，热风炉与加热器只能保持一路运行且通过热风炉及电加热出口气动截止阀实现相互闭锁。当使用电加热时，热风炉出、入口气动截止门保持关闭状态；检修在处理热风炉点火故障时只能解除相关保护通过热风炉出口DN200排空管进行试点火或者将电加热停运再试投热风炉，但机组正常运行中电加热停运意味着脱硝系统退出。
4.2 电加热与热风炉短时并列运行的风险评估
因电加热与热风炉在系统中是完全并列的，热风炉出入口截止门即使在开启状态，因入口压力始终高于出口压力，不至于担心会倒流或者影响热风炉点火；同样道理，热风炉试点火如果不成功，喷入的少量天然气也是在电加热后并入系统，且电加热出口压力始终低于入口压力，不会进入电加热本体，不存在安全隐患。
5 热风炉与电加热并列运行的实施方案
热风炉与电加热短时并列运行，无需进行系统改造，只需要热工进行逻辑修改，将热风炉与电加热出口气动截止阀相互闭锁条件解除，允许运行人员进行操作。具体操作流程如下：
（1）安排电气人员测量电加热绝缘并送电，保持良好备用状态。
（2）机组并网前，启动一次风机后，进行热风炉点火操作，如点火成功则保持热风炉运行，逐步对热解炉进行加热达到320℃以上，满足脱硝系统尿素喷枪投入条件。
（3）热风炉点火成功后运行人员需控制好热风炉热一次风入口调门开度和天然气调门开度，待温度达到350℃后再逐步开大热风炉热一次风调门。 （4）当发现热风炉点火不成功后，将电加热投入运行并控制好电流，保证热解炉逐步升温至320℃以上。此时为确保电加热有足够的热一次风通过，运行人员需要将热风炉热一次风入口调门关闭，热风炉出口截止门可以保持关闭。并及时联系检修人员处理热风炉点火故障。
（5）检修处理热风炉故障过程中电加热一直保持运行，待检修需要试投热风炉时，由于点火阶段热风炉热一次风调门开度在10%左右开度，不会造成电加热过热，不会大幅影响电加热的加热效果。所以热风炉试点火时适当开启热风炉热一次风入口调门及热风炉出、入口截止气动门，不试则及时关闭。
（6）当检修处理点火故障后，如果热风炉试点火成功，则逐渐开大热风炉入口热一次风调门并调整天然气流量，同时缓慢关小电加热热一次风门并减小电加热电流，逐步并入热风炉运行及退出电加热运行。如试点火仍不成功，故障暂时解决不了，则保持电加热运行，只要脱硝系统SCR入口烟温达到308℃以上及热解炉出口温度达到320℃以上，脫硝系统就可及时投入运行，并将热风炉进行隔离。
（7）检修人员将热风炉故障处理好后，运行人员缓慢操作，可以保证脱硝系统在运行情况下，将热风炉并入运行并逐步退出电加热运行，实现无扰切换，不影响脱硝系统的正常运行。
6 电加热与热风炉短时并列运行实施效果
在机组启动阶段，发现热风炉点火故障立即投入电加热运行，热解炉的加热过程不受影响，待热风炉故障处理好后，将热风炉点火启动逐步并入系统运行，电加热系统逐步退出运行，实行无扰切换。机组正常运行过程中，脱硝系统电加热器自改造成热风炉后一直未使用，从系统考虑一直处于备用状态，但电加热是否能够正常工作一直不清楚，如果实现热风炉及电加热短时并列，脱硝系统正常运行过程中，电加热器可以安排定期工作试运，保证电加热处于良好备用状态。热风炉作为主设备运行，有缺陷需要检修，可以切换至电加热运行，保证机组运行时脱硝系统能够始终不退出运行。
7 结束语
在机组启动阶段，将尿素溶液热解炉加热到320℃以上满足脱硝系统投入条件是关键。电加热与热风炉在机组启动阶段短时并列方案，可以确保脱硝系统在机组负荷达到要求时脱硝系统投入运行，缩短氮氧化物超标时间。
参考文献
[1]周宏亮.《妈湾电厂脱硝运行规程》.
[2]吕浩军，程延武，阳 璐.SCR脱硝技术介绍与分析.能源研究与管理，2014（02）.
[2]脱硝天然气加热器改造方案.西安天立能源环保工程技术有限公司.
收稿日期：2018-8-4
关键词：热风炉；点火；并列运行；SCR反应器
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0261-02
1 妈湾电厂脱硝系统原理简介
妈湾电厂采用的是SCR选择性催化剂还原烟气脱硝技术，属于干法脱氮技术之一。妈湾电厂采用尿素热解法脱硝技术。尿素是一种白色或者浅黄色的结晶体，吸湿性强，易溶于水。因为尿素运输、储存方便，无需考虑安全和危险性，故逐渐在脱硝系统中得到较广泛应用。尿素的分子式是尿素的分子式是CO（NH2）2，在高温高压（160～240℃，2.0MPa）或者高温常压（350～650℃，0.1MPa）条件下，C-N键断裂分解为H2O、NH3和CO2。
其主要化学还原反应如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O及4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，在工业应用是需安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降低至280～400℃左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。SCR催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（>450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生。2SO2+O2→2SO3及NH3+H2O+SO3→NH4HSO4即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在300～410℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
尿素颗粒储备及溶解系统是全厂公用系统，主要目的是将尿素颗粒用除盐水溶解成40～60%质量浓度的尿素溶液并储存在尿素溶液储罐。尿素溶液经尿素循环泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入热解炉，热一次风经电加热器或热风炉进一步提高温度至400℃左右将雾化后的尿素溶液在热解爐内分解生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀产生浓度小于5%的氨气，并由氨喷射系统喷入安装在省煤器后的脱硝反应器系统。
2 脱硝系统机组启动过程投运的影响因素
机组启、停阶段对于环保参数的控制显得尤为重要。妈湾电厂对停机过程环保参数控制经过不断总结和优化及操作员水平的日益提高，不管是机组备用停机或者检修停机，对于环保参数的控制都非常好，完全可以做到停机过程全程达到超低排放标准。但机组启动阶段，只要脱硝系统没有投入，环保参数就达不到超低排放标准。要确保脱硝系统尿素喷枪的投入，必须达到两个条件：①SCR反应器入口烟气烟温，必须达到催化剂反应环境的烟气温度300℃以上；②热解炉出口加热到320℃以上。将热解炉加热到满足脱硝系统尿素喷枪投入运行显得至关重要，目前困扰运行及检修人员的主要问题就是热风炉的点火问题，有时会严重影响脱硝系统的投入时机。
3 尿素热解系统的构成
妈湾电厂各台炉脱硝系统建设初期，将热一次风进一步加热到400℃是通过电加热器完成。电加热在使用过程中，存在以下几点不足：①机组启动过程中对热解炉加热速度较慢；②脱硝系统运行过程中，因热一次风含灰尘会使电加热积灰导致电加热传热效果差，满足不了热解炉加热需要，电加热出口温度高保护跳闸，脱硝系统被迫停运，且无法在线进行清除积灰；③电加热投自动方式控制，热解炉出口氨风温度波动较大，控制性能较差。
在妈湾电厂锅炉点火系统由燃油系统改为天燃气点火系统后，利用机组大小修机会将脱硝系统进行了改造。热一次风的加热热源改为燃烧天燃气的热风炉，电加热系统保留作为热风炉故障时的备用。经过近两年的运行，存在一个较为突出的问题，就是热风炉点火故障率高，导致脱硝系统投入推迟，影响环保参数超低排放合格率。目前检修部门经过一系列的改造及采取措施，点火成功率明显提高。但热风炉的点火问题一直是机组启动过程中困扰检修、运行人员的一个突出问题。热风炉及电加热系统图如图1。
4 热风炉与电加热短时并列运行的可行性
4.1 目前的系统运行情况
热风炉与电加热器并联接入系统，热风炉与加热器只能保持一路运行且通过热风炉及电加热出口气动截止阀实现相互闭锁。当使用电加热时，热风炉出、入口气动截止门保持关闭状态；检修在处理热风炉点火故障时只能解除相关保护通过热风炉出口DN200排空管进行试点火或者将电加热停运再试投热风炉，但机组正常运行中电加热停运意味着脱硝系统退出。
4.2 电加热与热风炉短时并列运行的风险评估
因电加热与热风炉在系统中是完全并列的，热风炉出入口截止门即使在开启状态，因入口压力始终高于出口压力，不至于担心会倒流或者影响热风炉点火；同样道理，热风炉试点火如果不成功，喷入的少量天然气也是在电加热后并入系统，且电加热出口压力始终低于入口压力，不会进入电加热本体，不存在安全隐患。
5 热风炉与电加热并列运行的实施方案
热风炉与电加热短时并列运行，无需进行系统改造，只需要热工进行逻辑修改，将热风炉与电加热出口气动截止阀相互闭锁条件解除，允许运行人员进行操作。具体操作流程如下：
（1）安排电气人员测量电加热绝缘并送电，保持良好备用状态。
（2）机组并网前，启动一次风机后，进行热风炉点火操作，如点火成功则保持热风炉运行，逐步对热解炉进行加热达到320℃以上，满足脱硝系统尿素喷枪投入条件。
（3）热风炉点火成功后运行人员需控制好热风炉热一次风入口调门开度和天然气调门开度，待温度达到350℃后再逐步开大热风炉热一次风调门。 （4）当发现热风炉点火不成功后，将电加热投入运行并控制好电流，保证热解炉逐步升温至320℃以上。此时为确保电加热有足够的热一次风通过，运行人员需要将热风炉热一次风入口调门关闭，热风炉出口截止门可以保持关闭。并及时联系检修人员处理热风炉点火故障。
（5）检修处理热风炉故障过程中电加热一直保持运行，待检修需要试投热风炉时，由于点火阶段热风炉热一次风调门开度在10%左右开度，不会造成电加热过热，不会大幅影响电加热的加热效果。所以热风炉试点火时适当开启热风炉热一次风入口调门及热风炉出、入口截止气动门，不试则及时关闭。
（6）当检修处理点火故障后，如果热风炉试点火成功，则逐渐开大热风炉入口热一次风调门并调整天然气流量，同时缓慢关小电加热热一次风门并减小电加热电流，逐步并入热风炉运行及退出电加热运行。如试点火仍不成功，故障暂时解决不了，则保持电加热运行，只要脱硝系统SCR入口烟温达到308℃以上及热解炉出口温度达到320℃以上，脫硝系统就可及时投入运行，并将热风炉进行隔离。
（7）检修人员将热风炉故障处理好后，运行人员缓慢操作，可以保证脱硝系统在运行情况下，将热风炉并入运行并逐步退出电加热运行，实现无扰切换，不影响脱硝系统的正常运行。
6 电加热与热风炉短时并列运行实施效果
在机组启动阶段，发现热风炉点火故障立即投入电加热运行，热解炉的加热过程不受影响，待热风炉故障处理好后，将热风炉点火启动逐步并入系统运行，电加热系统逐步退出运行，实行无扰切换。机组正常运行过程中，脱硝系统电加热器自改造成热风炉后一直未使用，从系统考虑一直处于备用状态，但电加热是否能够正常工作一直不清楚，如果实现热风炉及电加热短时并列，脱硝系统正常运行过程中，电加热器可以安排定期工作试运，保证电加热处于良好备用状态。热风炉作为主设备运行，有缺陷需要检修，可以切换至电加热运行，保证机组运行时脱硝系统能够始终不退出运行。
7 结束语
在机组启动阶段，将尿素溶液热解炉加热到320℃以上满足脱硝系统投入条件是关键。电加热与热风炉在机组启动阶段短时并列方案，可以确保脱硝系统在机组负荷达到要求时脱硝系统投入运行，缩短氮氧化物超标时间。
参考文献
[1]周宏亮.《妈湾电厂脱硝运行规程》.
[2]吕浩军，程延武，阳 璐.SCR脱硝技术介绍与分析.能源研究与管理，2014（02）.
[2]脱硝天然气加热器改造方案.西安天立能源环保工程技术有限公司.
收稿日期：2018-8-4