660MW機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化的探討

錢(qián)琨

摘 要：作為世界上發(fā)展最為迅速的國(guó)家之一，我國(guó)在能源消耗方面也排在世界前列。特別是煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)方面，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了最為主要的一次能源。文章針對(duì)660MW型號(hào)機(jī)組，闡述目前火力發(fā)電廠主要脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，將這些技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，主要對(duì)SCR脫硝裝置進(jìn)行了分析，展望了機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化的前景。

關(guān)鍵詞：660MW機(jī)組；脫硝控制系統(tǒng)；研究分析

我國(guó)目前已經(jīng)成為了煤炭主要的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，而用于發(fā)電的煤炭量大概占到總消耗量的一半以上。氮氧化物的排放已經(jīng)成為了環(huán)境最大的威脅。氮氧化物是對(duì)大氣層中臭氧層的重大威脅，同時(shí)也是酸雨形成的主要原因之一。鑒于我國(guó)的發(fā)展形勢(shì)，煤炭量的消耗將會(huì)持續(xù)居高不下，如果氮氧化物得不到有效的控制，生態(tài)環(huán)境將會(huì)不堪重負(fù)。不僅如此，部分氮氧化物還會(huì)和CH在強(qiáng)光作用下發(fā)生部分化學(xué)反應(yīng)，形成有毒煙霧，對(duì)人體眼部、鼻、心肺等功能造成危害，更甚者或者會(huì)致癌。因此如果不能有效的對(duì)氮氧化物形成控制，將會(huì)對(duì)我們的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的影響，也會(huì)給我們?nèi)祟?lèi)的健康帶來(lái)嚴(yán)重的侵害。由此可見(jiàn)火電站機(jī)組的脫硝控制系統(tǒng)研究勢(shì)在必行。

1 660MW機(jī)組脫硝技術(shù)應(yīng)用和比較

相比于國(guó)外起步較早的脫硝技術(shù)，我國(guó)在這方面還處于起步階段，當(dāng)前世界高千瓦等級(jí)的機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)技術(shù)，若想有效提升脫硝效率，主要采取的方式主要有底氮燃燒、SCR脫硝技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)等。底氮燃燒技術(shù)主要對(duì)燃燒過(guò)程中生成的氮氧化物進(jìn)行控制，這種技術(shù)相對(duì)比較傳統(tǒng)，效果也有效，正在逐漸退出歷史舞臺(tái)。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展與研究，目前運(yùn)用比較廣泛、體系比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)主要集中在SCR和SNCR兩種工藝上。從原理上講，SCR和SNCR這兩種在化學(xué)反應(yīng)上幾乎沒(méi)有據(jù)別，都是通過(guò)在煙氣中噴入還原劑、尿素或者氮，在合適的溫度情況下，與煙氣中的氮化物發(fā)生還原反應(yīng)，最后將氮化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退魵?。不同的條件就在于溫度，通常情況下，SNCR是在八百到一千二百度的高溫情況下有選擇的進(jìn)行還原反應(yīng)，而SCR不同，是在三百到四百度的區(qū)域范圍內(nèi)，低溫加上催化劑作用，完成選擇性還原反應(yīng)?；镜姆磻?yīng)公式為：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。和不采用催化劑進(jìn)行反應(yīng)的SNCR工藝相比較，SCR在催化劑的幫助下具有兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，一方面是對(duì)脫硝率的影響，有了催化劑的幫助可以將其提升到最高。另一方面就是對(duì)選擇性還原反應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行了改良，使得其在溫度較低的區(qū)域也能完成反應(yīng)。但有利必有弊，這兩方面的巨大優(yōu)勢(shì)也使得在成本投入和運(yùn)行費(fèi)用方面，SCR也全面的超越了SNCR。經(jīng)過(guò)探索和研究發(fā)現(xiàn)，如果想達(dá)到全面應(yīng)用氮氧化物低燃燒的技術(shù)，SCR和SNCR這兩種技術(shù)共同作用，完成脫銷(xiāo)，能夠在初投資費(fèi)用相當(dāng)?shù)那闆r下，顯著的減少運(yùn)行費(fèi)用，有效的做到成本控制。就目前年代相對(duì)久遠(yuǎn)的老機(jī)組而言，這種方式是在經(jīng)濟(jì)和適用性?xún)煞矫娑急容^合適的選擇，因此這種脫銷(xiāo)方法也逐漸流行起來(lái)。

2 SCR脫硝裝置布置及催化劑的使用

2.1 SCR反應(yīng)器

目前660MW機(jī)組的常用的布置方案有兩種。一種是將SCR裝置安裝在空氣預(yù)熱器的上方，主要是在鍋爐的構(gòu)架之內(nèi)。這種方案在布置設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該給SCR裝置進(jìn)行同步，對(duì)于SCR的鋼結(jié)構(gòu)部分，應(yīng)該連同鍋爐一起設(shè)計(jì)，與此同時(shí)，應(yīng)該考慮打樁和基礎(chǔ)的負(fù)荷問(wèn)題，通常660MW等級(jí)的機(jī)組而言，SCR裝置垂直負(fù)荷大概控制在1000噸之內(nèi)。另外，在設(shè)計(jì)空氣預(yù)熱器時(shí)，架構(gòu)部分應(yīng)該盡量照顧煙道的負(fù)荷，均衡進(jìn)行布置，負(fù)荷相關(guān)規(guī)范的要求。另一種方案主要在電除塵前的煙道上進(jìn)行SCR反應(yīng)器的安裝，支撐方面主要是靠一次風(fēng)機(jī)支架來(lái)完成的。這種布置對(duì)于一次風(fēng)機(jī)、煙道和反應(yīng)器的支架要求很高，綜合進(jìn)行考量之后才能進(jìn)行確定具體的設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，滿(mǎn)足三者共同要求才能最后敲定，在負(fù)荷方面，SCR反應(yīng)器的的負(fù)荷為主要負(fù)荷，輔以一次風(fēng)機(jī)、煙道、等送風(fēng)機(jī)等裝置進(jìn)行計(jì)算，確定起重質(zhì)量。對(duì)于660MW型號(hào)的機(jī)組，垂直負(fù)荷同樣設(shè)定在每臺(tái)爐一千噸的水平。

2.2 SCR脫硝裝置的改造

說(shuō)到SCR裝置不得不提到的就是SNCR技術(shù)，可以說(shuō)，SCR技術(shù)從本質(zhì)上講就是給予SNCR基礎(chǔ)上改造出來(lái)的新工藝，從根本上說(shuō)，也就是脫硝裝置的改造產(chǎn)物。SNCR技術(shù)的改造是基于燃燒器改造之上的新工藝。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，SNCR主要包含了尿素溶液配制、在線(xiàn)稀釋、噴灑和監(jiān)控四個(gè)基本的部分。這些部分分別承擔(dān)起了儲(chǔ)存、溶液配制和儲(chǔ)存、稀釋適合氮氧化物排放量的濃度、噴射層的尿素溶液分配、物化噴灑與計(jì)量以及監(jiān)控整個(gè)過(guò)程中線(xiàn)氨與氮氧化物的分析情況。尿素溶液噴射器噴嘴選用雙流體物化墻，所有的墻式噴射器配有推進(jìn)與縮回機(jī)構(gòu)，每層噴射器可單獨(dú)控制。每層噴射器母管均配有一個(gè)供液壓力監(jiān)測(cè)表和溶液流量計(jì)量表。在此基礎(chǔ)上衍生出的SCR技術(shù)，受到鍋爐尾部煙道的限制，想在尾部通過(guò)加裝旁路煙道的方法來(lái)設(shè)置氨區(qū)很難實(shí)現(xiàn)，SCR技術(shù)就是對(duì)高溫段的省煤器進(jìn)行調(diào)整和換代，將光管換成了H式省煤器，在省煤器換熱量不變的前提之下縮小了體積，為催化劑的安裝節(jié)省了體積。除此之外，SCR吹灰裝置也是催化劑層上方必不可少的裝置。對(duì)于清楚積在催化劑表面的灰，使得催化劑保持活性有著重要的意義。

2.3 催化劑的選擇

SCR技術(shù)自身具有特殊的反應(yīng)機(jī)理，因此催化劑在脫硝反應(yīng)中的意義重大。催化劑主要有三種形狀：板式、蜂窩式和波紋式三種。三種催化劑的共同點(diǎn)就是都以TiO2作為主要載體，然后添加各種活性成分，三種催化劑的制作工藝雖然作用機(jī)理基本相同，但是在做工工藝特點(diǎn)上還是存在較大差異。電廠在使用燃油、燃?xì)鈺r(shí)，通常會(huì)選擇表面積比較大的催化劑類(lèi)型，蜂窩式催化劑在這方面優(yōu)勢(shì)明顯?；曳州^高的燃煤機(jī)組，則通常采用不容易造成堵灰的平板式催化劑。如果在灰的成分分析中，堿性金屬含量比例較高，則可能導(dǎo)致催化劑中毒，降低或者使得催化劑的活性失去，因此要選擇好催化劑的類(lèi)型，并且設(shè)計(jì)最貼近實(shí)際情況組成配方。在SCR煙氣脫硝中，任何形式的催化劑還要結(jié)合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面進(jìn)行考量，最后完成催化劑的選擇。

3 結(jié)束語(yǔ)

脫硝控制系統(tǒng)在脫硝的同時(shí)，對(duì)于原廠的煙道、引風(fēng)機(jī)等循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，主要是對(duì)空預(yù)器的系統(tǒng)改造。脫硝方案要緊跟時(shí)代步伐，以先進(jìn)、可行、經(jīng)濟(jì)作為未來(lái)發(fā)展的大方向，通過(guò)工程積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)際進(jìn)行證明。以滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保政策排放為基本要求，保證電廠安全運(yùn)營(yíng)，提高發(fā)電效率的同時(shí)，減少一次性投資和運(yùn)營(yíng)成本。從脫硝技術(shù)選擇、方案優(yōu)化、減少投資、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行脫硝控制系統(tǒng)的改善，強(qiáng)化社會(huì)和經(jīng)濟(jì)雙方面的效益。脫硝技術(shù)還在飛速的發(fā)展過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行都處于不斷優(yōu)化中，為了能夠降低成本，我們還有很多工作要做，不斷探索、敢于創(chuàng)新，為我國(guó)大型機(jī)組的脫硝環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

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