670MW超臨界直流鍋爐脫硝改造及運(yùn)行調(diào)整

摘要：我國“十二五”規(guī)劃綱要提出，地級以上城市空氣質(zhì)量達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)以上的比例達(dá)到80%，并對新建火電機(jī)組配套脫硫、脫硝裝置進(jìn)行了規(guī)定。為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”政策，文章簡要介紹了華電濰坊發(fā)電有限公司#4鍋爐的脫硝改造，并對脫硝原理及實(shí)際運(yùn)行調(diào)整進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，對火力發(fā)電企業(yè)的脫硝改造具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電；節(jié)能減排；脫硝改造；運(yùn)行調(diào)整

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0064-02

1 概述

環(huán)保部最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）提出NOx排放限制：從2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組執(zhí)行NOx的排放限值為100mg/m3。而華電濰坊發(fā)電有限公司#4機(jī)組于2003年11月開工建設(shè)，2007年7月投產(chǎn)，沒有裝設(shè)脫硝裝置，排放煙氣中NOx濃度500mg/m3（干基，標(biāo)態(tài)，6%O2），不能滿足“標(biāo)準(zhǔn)”要求，必須進(jìn)行脫硝改造。

2 脫硝原理

采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)，主要原理：還原劑在催化劑的作用下，將火電廠煙氣中產(chǎn)生的氮氧化合物還原成無污染的氮?dú)夂退?，其中煙氣中的氮氧化合物主要以NO和NO2為主。脫硝所用的還原劑為NH3。

脫硝的基本反應(yīng)方程式：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

其反應(yīng)產(chǎn)物為對環(huán)境無害的水和氮?dú)猓挥性?00℃以上的條件下才具備足夠的反應(yīng)速度，工業(yè)應(yīng)用時(shí)須安裝相關(guān)反應(yīng)的催化劑，在催化劑的作用下其反應(yīng)溫度降至400℃左右，鍋爐省煤器后溫度正好處于這一范圍內(nèi)，這為鍋爐脫硝提供了有利條件，選用釩鈦鎢/鉬催化劑，型式為板式催化劑。

SCR（脫硝系統(tǒng)）催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（>450℃）時(shí)催化劑會(huì)加速老化；當(dāng)溫度在300℃左右時(shí)，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會(huì)

發(fā)生。

2SO2+O2→2SO2

NH3+H2O+SO3→NH4HSO4

即生成氨鹽，該物質(zhì)粘性大，易粘結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行。因此，只有在催化劑環(huán)境的煙氣溫度在320℃～400℃之間時(shí)方允許噴射氨氣進(jìn)行脫硝。

3 改造內(nèi)容

3.1 煙氣系統(tǒng)

在#4鍋爐省煤器出口煙道和空預(yù)器進(jìn)口煙道之間安裝脫硝裝置。采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，SCR按照入口NOx濃度500mg/Nm3（干基，標(biāo)態(tài)，6%O2）、出口低于100mg/Nm3（干基，標(biāo)態(tài)，6%O2）進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。SCR工藝采用高灰型布置，按“2+1”模式布置催化劑及支撐。備用層在最下層。設(shè)2臺SCR反應(yīng)器，SCR反應(yīng)器入口采用“U”型煙道，在“U”型結(jié)構(gòu)底部設(shè)置灰斗及輸灰系統(tǒng)，保證不發(fā)生積灰堵灰。

配置2臺SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器斷面尺寸為13522×11692mm。反應(yīng)器設(shè)計(jì)成煙氣豎直向下流動(dòng)，反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置，反應(yīng)器內(nèi)部易磨損的部位采用防磨措施。

催化劑選用板式，催化劑的規(guī)格尺寸統(tǒng)一，具備相互替換要求。

3.2 氨的噴射系統(tǒng)及噴氨控制

按每臺SCR反應(yīng)器設(shè)置一套噴射系統(tǒng)，噴射系統(tǒng)即噴氨格柵，靠近省煤器出口煙道布置，在注入格柵前設(shè)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx、O2濃度、煙氣溫度、煙氣流量等計(jì)算氨的注入量，通過噴氨流量閥調(diào)節(jié)，并通過相應(yīng)計(jì)算實(shí)時(shí)監(jiān)測混合器內(nèi)的氨濃度。

3.3 氨噴射混合系統(tǒng)

從氣氨緩沖槽出來的氨氣壓力為0.3～0.4MPa，經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥之后，分兩路分別進(jìn)入每臺反應(yīng)器前的氨與稀釋空氣混合器內(nèi)混合。充分混合的氨/氣壓力為2～4kPa，經(jīng)由噴氨格柵進(jìn)入SCR上升煙道內(nèi)，在煙氣擴(kuò)散和混合器的作用下，氨氣與煙氣中的NO混合，并在催化劑的作用下進(jìn)行還原脫硝反應(yīng)。

3.4 SCR吹灰系統(tǒng)

每臺反應(yīng)器設(shè)蒸汽及聲波吹灰系統(tǒng)，吹灰蒸汽取自#4爐空預(yù)器吹灰管道，聲波吹灰壓縮空氣取自#4爐儀用氣母管。每層催化劑設(shè)置4臺半伸縮式耙式蒸汽吹灰器，4臺聲波吹灰器，包括備用層，吹灰器控制納入脫硝DCS系統(tǒng)。

3.5 氨區(qū)系統(tǒng)

氨區(qū)包括卸氨壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨泵、液氨蒸發(fā)器、緩沖罐、氨氣吸收罐、廢水池、廢水泵等。液氨的供應(yīng)由液氨槽車運(yùn)送，利用卸氨壓縮機(jī)將液氨由槽車輸入液氨儲(chǔ)罐內(nèi)。液氨儲(chǔ)罐中的液氨在氣溫高時(shí)可以通過自身壓力，輸送到液氨蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣進(jìn)入氨氣緩沖罐，控制緩沖罐一定壓力0.3MPa，然后送到脫硝SCR區(qū)。

4 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中的調(diào)整

4.1 煙氣的調(diào)整

在滿足NOx脫除率、氨的逃逸率及SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的性能保證條件下，SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)最低連續(xù)運(yùn)行煙溫320℃，最高連續(xù)運(yùn)行煙溫400℃。當(dāng)SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度高于420℃或低于320℃時(shí)，應(yīng)停止噴氨。

SCR反應(yīng)器內(nèi)催化劑最高能承受運(yùn)行溫度450℃（每次不超過5h，一年不超過3次）。

4.2 噴氨量的調(diào)整

根據(jù)鍋爐負(fù)荷、燃料量、SCR反應(yīng)器入口NOx濃度和脫硝效率調(diào)節(jié)噴氨量。

當(dāng)氨逃逸率超過設(shè)定值，而SCR反應(yīng)器出口NOx濃度高于3ppm時(shí)，應(yīng)減少氨氣噴入量，把氨逃逸率降至設(shè)計(jì)值后，查找氨逃逸率高的原因。

4.3 稀釋風(fēng)流量的調(diào)整

稀釋風(fēng)流量應(yīng)使氨/空氣混合物中的氨體積濃度小

于5%。

在氨、空氣混合器內(nèi)，氨與空氣應(yīng)混合均勻。

當(dāng)停止氨噴射時(shí)，應(yīng)隨鍋爐運(yùn)行一直保持稀釋風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行。

4.4 噴氨混合器噴氨平衡優(yōu)化調(diào)整

當(dāng)脫硝效率較低而局部氨逃逸率過高時(shí)，應(yīng)對噴氨A/B混合器調(diào)節(jié)門進(jìn)行調(diào)整。

噴氨混合器噴氨平衡優(yōu)化調(diào)整應(yīng)采取循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行：首先將脫硝效率調(diào)整到設(shè)計(jì)值的60%左右，根據(jù)SCR反應(yīng)器出口的NOx濃度分布調(diào)節(jié)噴氨混合器調(diào)節(jié)門，然后在SCR反應(yīng)器出口的NOx濃度分布均勻性改善后，逐漸增加脫硝效率到設(shè)計(jì)值，并繼續(xù)調(diào)節(jié)噴氨支管閥門，使SCR反應(yīng)器出口的NOx濃度分布均勻。

5 效果

華電濰坊發(fā)電有限公司#4機(jī)組于2013年7月大修結(jié)束，脫硝系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，在BMCR至50%負(fù)荷時(shí)，脫硝系統(tǒng)裝置性能值主要如下：

脫硝裝置的NOx脫除率：

脫硝率===82%

式中：

C1—脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝裝置入口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）

C2—脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝裝置出口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）

脫硝裝置出口的氨氣濃度即氨的逃逸率0.3ppm。

液氨耗量平均650kg/h。

6 結(jié)語

通過脫硝改造，NOx含量由500mg/m3降至90mg/m3，脫硝率達(dá)到82%以上，超前達(dá)到環(huán)保要求，但是由于脫硝裝置投入運(yùn)行時(shí)間短，運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)還需進(jìn)一步積累，以便更好地服務(wù)于大氣污染治理，達(dá)到節(jié)能減排的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)保部.火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-

2011）[S].

[2] 山東省環(huán)境保護(hù)廳.山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)

準(zhǔn)（DB37/664-2013）[S].

[3] 華電濰坊發(fā)電有限公司.輔機(jī)規(guī)程-脫硝部分.

作者簡介：陳偉（1974—），男，山東濰坊人，華電濰坊發(fā)電有限公司工程師，研究方向：火力發(fā)電節(jié)能環(huán)保。