新排放標(biāo)準(zhǔn)下電廠脫硝改造技術(shù)分析

郝青哲，史 洋，杜 超，李 瓊，劉志強(qiáng)

（1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050081）

新排放標(biāo)準(zhǔn)下電廠脫硝改造技術(shù)分析

郝青哲1，史 洋1，杜 超2，李 瓊1，劉志強(qiáng)1

（1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050081）

介紹電廠燃燒中及燃燒后有降低過量空氣系數(shù)、分級(jí)燃燒及煙氣再循環(huán)等脫硝技術(shù)，得出選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)是目前常用的脫氮技術(shù)的結(jié)論，從燃燒器改造、分級(jí)燃燒及SCR技術(shù)改造等方面對(duì)新排放標(biāo)準(zhǔn)下電廠脫硝改造方案進(jìn)行分析，通過計(jì)算分析脫硝出口煙氣中NOx含量是否達(dá)標(biāo)，驗(yàn)證了脫硝改造技術(shù)達(dá)到的效果，滿足環(huán)保要求。

NOx；低氮燃燒；SCR；SCNR；混合技術(shù)

NOx是一種危害較大且難處理的大氣污染物，它不僅破壞臭氧層，引起溫室效應(yīng)，更重要的是會(huì)形成酸雨和光化學(xué)反應(yīng)，損害人的呼吸系統(tǒng)，不利動(dòng)植物健康成長。NOx主要是由于燃料燃燒而形成，而電廠又是貢獻(xiàn)最大的。因此，需要對(duì)電廠進(jìn)行脫硝改造，從而降低電廠NOx的排放量，保護(hù)環(huán)境。NOx是燃料燃燒過程中所生成的，而NO又占大多數(shù)。根據(jù)生成機(jī)理不同，可分為熱力型和燃料型，熱力型主要是N2的高溫氧化而成；燃料型為燃料的熱解氧化生成。

1 NOx控制技術(shù)

電廠脫銷技術(shù)主要集中于燃燒中及燃燒后NOx的控制研究上。燃燒中NOx控制技術(shù)主要是低氮燃燒技術(shù)，包括降低氧量、使用低氮燃燒器以及分級(jí)燃燒等；燃燒后NOx的控制主要是指通入氨水的催化還原氧化法，稱為SCR脫硝法。

1.1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)包括燃燒器改造、分級(jí)燃燒、控制爐膛氧量及燃燒調(diào)整等。燃燒器改造主要是更換低氮燃燒器，如WR低氮燃燒器、PM低氮燃燒器以及雙調(diào)風(fēng)煤粉燃燒器。分級(jí)燃燒主要是控制各級(jí)風(fēng)量以使主燃區(qū)處在還原氛圍中，抑制氮氧化物的產(chǎn)生；燃燒完后處于氧化氛圍，促進(jìn)燃料的燃盡?？刂茽t膛中的氧量，盡量減小過量空氣系數(shù)，低過量空氣系數(shù)運(yùn)行可以抑制NOx的生成量，但過量空氣系數(shù)不能過低，否則會(huì)影響爐內(nèi)傳熱，造成受熱面結(jié)渣、金屬腐蝕等情況產(chǎn)生。燃燒調(diào)整即通過調(diào)整一、二次風(fēng)、燃盡風(fēng)配比來降低NOx的技術(shù)。

低氮燃燒技術(shù)具有簡單、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，但受煤質(zhì)、燃燒條件限制，在減少氮氧化物生成方面的差異也較大。如對(duì)部分采用低氮燃燒器、分級(jí)燃燒且燃用煙煤的四角切圓燃燒器鍋爐來說，在SCR之前已經(jīng)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下100mg／m3的國家標(biāo)準(zhǔn)；但對(duì)于一些對(duì)沖燃燒、燃用貧煤、無煙煤的鍋爐來說，在SCR之后也未達(dá)到100mg／m3以下的要求。

1.2 選擇性催化還原法（SCR）

SCR是在一定溫度下，利用某種催化劑，以氨水為還原物質(zhì)，將煙氣中的NOx還原成N2和水，化學(xué)反應(yīng)如下：

具體反應(yīng)流程為：利用稀釋風(fēng)機(jī)將氨稀釋到5%以下，然后和省煤器出口的煙氣混合，利用催化劑的吸附、催化作用，并充分反應(yīng)最終將煙氣中的NOx與NH3反應(yīng)最終生成N2和H20。催化劑主要是將貴金屬Ag、Sn等或金屬氧化物負(fù)載于TiO2、Al2O3等載體上，從而形成催化能力。

目前，SCR技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于國內(nèi)各類電廠脫硝改造中，效果顯著；但也暴露了一些問題，如氨的安全問題，催化劑失效、成本問題等。

2 脫硝改造實(shí)例分析

2.1 改造前設(shè)備概述

某發(fā)電廠一期工程為2臺(tái)600MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配備2臺(tái)600MW亞臨界鍋爐，一次中間再熱，單爐膛、Π型露天布置，擺動(dòng)式燃燒器，四角切圓燃燒，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，配用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。2臺(tái)鍋爐NOx排放濃度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下350～400mg／m3，為滿足環(huán)保要求，2013年對(duì)1、2號(hào)鍋爐進(jìn)行煙氣改造，包括更換低氮燃燒器、分級(jí)燃燒及加裝SCR脫硝裝置。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

面對(duì)國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，在進(jìn)行脫硝改造前，2臺(tái)600MW機(jī)組煙氣中NOx含量在400～600mg／m3，高于100mg／m3的國家標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行綜合的脫硝改造，即更換低氮燃燒器、分級(jí)燃燒、燃燒調(diào)整及安裝SCR脫硝裝置。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 改造措施

2.2.1 燃燒器改造

燃燒器采用低NOx燃燒器，主要為煤粉噴嘴改造。煤粉噴嘴采用寬調(diào)節(jié)比（WR）煤粉噴嘴，如圖1所示，煤粉噴嘴的一次風(fēng)道的連接處有一個(gè)彎頭，利用煤粉氣流通過這個(gè)管道彎頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，受離心力作用，大部分煤粉緊貼著噴頭外側(cè)進(jìn)入煤粉噴嘴，而設(shè)置在煤粉噴嘴中間的水平肋片，將煤粉氣流順勢(shì)分成濃淡兩股，上部為高濃度的煤粉氣流，下部為低濃度的煤粉氣流，并將其保持離開噴嘴以后的一段距離，從而提高了煤粉出口處上部煤粉氣流的煤粉濃度。

圖1 WR燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)

煤粉噴嘴處安裝有一個(gè)擴(kuò)流錐，擴(kuò)流錐有V形和波浪形2種。采用擴(kuò)流錐可以在噴嘴出口形成一個(gè)穩(wěn)定的回流區(qū)，使高溫?zé)煔獠粩嗟幕亓鞯矫悍刍鹁娴母?，以維持煤粉氣流的穩(wěn)定著火，使揮發(fā)份在富燃料的氣氛下快速著火，并保持火焰穩(wěn)定，從而有效降低NOx的生成。

2.2.2 分級(jí)燃燒改造

分別對(duì)偏置二次風(fēng)CFS、緊湊二次風(fēng)CCOFA以及分離燃盡風(fēng)SOFA的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有2層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括1只預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴，該方案用于控制NOx和防止?fàn)t膛水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕。

采用C-COFA和SOFA實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒區(qū)域過量空氣系數(shù)的多級(jí)控制，在主風(fēng)箱上端布置緊湊燃盡風(fēng)，將部分二次風(fēng)送入爐膛；在主風(fēng)箱上部布置兩級(jí)分離燃盡風(fēng)風(fēng)箱，每個(gè)SOFA噴嘴可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)作上下±30°的擺動(dòng)，同時(shí)可通過一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作水平方向±15°的調(diào)節(jié)（左右擺動(dòng)）。改造后的燃燒器噴嘴從上到下依次為：SOFA-F，SOFA-E，SOFA-D，SOFA-C，SOFA-B，SOFA-A，CCOFA2，CCOFA1，F(xiàn)F二次風(fēng)，F(xiàn)層一次風(fēng)，CFS（F）二次風(fēng)，EF油二次風(fēng)，E層一次風(fēng)，CFS（E）二次風(fēng)，DE層二次風(fēng)，D層一次風(fēng)，CFS（D）二次風(fēng)，CD層油二次風(fēng)，C層一次風(fēng)，CFS（C）二次風(fēng)，BC層二次風(fēng)，B層一次風(fēng)，AB層油二次風(fēng)，A層一次風(fēng)＋等離子，UFA二次風(fēng)，AA二次風(fēng)。

2.2.3 安裝SCR 脫硝裝置

利用液氨、稀釋風(fēng)機(jī)以及催化劑裝置進(jìn)行催化還原氧化，使煙氣中的NOx還原成N2和H2O。

2.2.4 脫硝效果測(cè)定

通過煙氣分析儀測(cè)量空預(yù)器入口（脫硝出口）處的氧量和NO含量，通過下式計(jì)算標(biāo)況下的NOx含量。

在更換低氮燃燒器及安裝脫硝裝置以后，在工況1條件下，測(cè)定空預(yù)器入口NOx含量（標(biāo)況下）A／B側(cè)分別為98.2／111.2mg／m3，從結(jié)果可以看出，A側(cè)基本滿足要求，B側(cè)含量超過標(biāo)準(zhǔn)10mg／m3左右。2.2.5 燃燒調(diào)整

在更換燃燒器、布置分級(jí)燃燒及SCR裝置以后通過燃燒調(diào)整對(duì)進(jìn)行NOx細(xì)調(diào)。保持C-COFA，和SOFA開度不變，調(diào)整各個(gè)一次及二次風(fēng)擋板開度（即工況2），具體如表2所示。

表2 擋板開度調(diào)整 %

然后再測(cè)定標(biāo)況下NOx含量，結(jié)果為空氣預(yù)熱 器 入 口 NOx（標(biāo) 況）A／B 側(cè) 為 89.4／91.8 mg／m3，均符合環(huán)保規(guī)定，由此可見，燃燒調(diào)整可以降低NOx的排放量。

3 結(jié)束語

在新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下，電廠嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)工況下NOx100mg／m3排放標(biāo)準(zhǔn)，這就需要各發(fā)電企業(yè)通過技術(shù)改造，來降低NOx排放量，包括燃燒器改造、分級(jí)燃燒、燃燒調(diào)整及SCR脫硝技術(shù)。不同電廠實(shí)施不同方案，從根本上減少氮氧化物對(duì)大氣的污染，保護(hù)環(huán)境。

本文責(zé)任編輯：丁 力

TechnicalAnalysisonDenitrificationTransformationin PowerPlantUnderNewEmissionStandards

Hao Qingzhe1，Shi Yang1，Du Chao2，Li Qiong1，Liu Zhiqiang1
（1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China；2.Huaneng International Electric Power Co.Ltd.Shang′an Plant，Shijiazhuang 050081，China）

This paper introduces the form mechanism of NOxwhich is one of the three pollutions in power plant and researches the main technologies including the burning and after burning denitrification techonologies.Low nitrogen combution technology，which mainly based on changing the burners and adjusting burning，staged combustion，flue gas recirculation and so on.concludes that the SCR technology is the commonly used denitrification technology now.By calculate analysis if the content of NOxin the flue gas is achieved through transformation of burners，staged combustion and technical transformation of SCR，also to verify the results of denitrafication technology and achieves the demand of the environmental protection.

NOx；denitrification burning；SCR；SCNR；hybrid technology

TM761.7，X701

B

1001-9898（2015）03-0052-03

2015-01-05

郝青哲（1985－），男，工程師，主要從事電站鍋爐常規(guī)試驗(yàn)與技術(shù)服務(wù)工作。