脫硝技術在大型火力發(fā)電廠中的應用

李秀忠

華電國際萊城發(fā)電廠 山東 萊蕪 271113

0 引言

萊城發(fā)電廠采用上海鍋爐廠制造的亞臨界中間再熱汽包爐，型式為單爐膛，一次中間再熱，平衡通風，露天布置，固態(tài)排渣，Π型布置燃煤鍋爐，發(fā)電機為300MW功率。鍋爐設計煤種為地方煤及新汶礦務局洗末煤和篩混煤。為響應國家“節(jié)能減排”政策號召，萊城電廠從2013年1月10日開始施工，于2013年7月21日完成脫硝系統(tǒng)的168小時試運，效果良好。我廠采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝工藝，按照系統(tǒng)SCR的入口濃度400mg／Nm3，出口濃度NOx排放濃度小于100mg／Nm3。脫硝改造工程采用液氨作為還原劑，7天的液氨最大耗量約60噸，廠區(qū)內(nèi)建設了液氨儲存、制備與供應相結合的公用系統(tǒng)。氨區(qū)需增加的設備有兩只液氨儲罐（液氨容量供兩臺機組滿負荷工況下運行7天的用量60噸）、兩臺液氨蒸發(fā)器、兩只氣氨緩沖罐，每臺鍋爐設置兩個SCR反應器。本文就我廠＃3鍋爐采用SCR脫硝改造過程及運行調(diào)節(jié)進行論述。

1 脫硝系統(tǒng)改造實施過程

我廠的鍋爐脫硝系統(tǒng)改造分為兩部分，一部分為燃燒系統(tǒng)改造，即將鍋爐燃燒系統(tǒng)的燃燒器改為低氮燃燒器。鍋爐運行中，原燃燒方式為四角正壓直吹，切圓燃燒，采用直流可擺動式燃燒器，擺動角度為－23至＋30，配置6層燃燒器，現(xiàn)已改造為WR燃燒器。另一部分為脫硝系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為兩部分，分為氨區(qū)和SCR區(qū)兩部分，氨區(qū)包括液氨卸車裝置、液氨儲存裝置、液氨氣化裝置、氨氣輸送裝置，以及相應的電氣、控制裝置。SCR區(qū)包括反應器、氨氣噴射裝置、吹灰裝置、電氣控制裝置等。SCR反應器系統(tǒng)包括接口煙道、灰斗、膨脹節(jié)、擋板門、氨氣混合煙道、旁路煙道、反應器殼體、內(nèi)部支撐、吹灰器、及保溫材料等。低氮燃燒器使用效果，鍋爐排放NOx一般可控制到400mg／Nm3以內(nèi)，再通過SCR（擇性催化還原）技術進行深度脫硝，排放濃度 NOx小于 100mg／Nm3。

1.1 鍋爐燃燒系統(tǒng)的改造

根據(jù)我廠鍋爐的燃燒特性，結合我廠實際燃煤情況。選擇WR燃燒器為技改燃燒器。通過近段時間運行觀察，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。根據(jù)燃燒器的運行工況，煤粉流過煤粉管道與燃燒器連接前的最后一個彎頭時，由于離心力的作用，大部分煤粉緊貼著彎頭的外沿進入煤粉噴管，放置在WR燃燒器煤粉噴管中間的隔板，將煤粉流分成濃淡兩股，并將其保持到噴嘴出口，從而使一次風噴嘴出口處的上下煤粉濃度不等。并在煤粉噴嘴內(nèi)安裝著一個“V”型鈍體。煤粉混合物射流流過鈍體時在鈍體的下游形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)，使火焰不斷穩(wěn)定在回流區(qū)中。采用WR一次風噴嘴有助于煤的著火和穩(wěn)定燃燒，尤其是低負荷工況下的穩(wěn)定燃燒（圖1燃燒器示意圖）。

圖1 WR燃燒器示意圖

表1 萊城電廠脫硝主要參數(shù)表

為了加強爐膛內(nèi)燃燒和空氣的混合，以及減少一次風貼壁，降低結焦趨勢，采用了同心反切圓燃燒系統(tǒng)。在此設計中，二次風射流沿著與一次風射流相反的旋轉方向射入爐膛。一次風沿煤粉噴嘴軸線進入爐膛之后，在動量較大的二次風射流引射和沖擊下，被帶入沿二次風射流方向旋轉的火球中，經(jīng)過這樣的過程，一次風和二次風混合強烈，有助于煤粉完全燃燒。同時一次風被圍在爐膛中央，使得爐膛中央形成富燃燒區(qū)域，而在水冷壁周圍形成富空氣區(qū)域，大大減少了一次風沖刷水冷壁的可能性。在燃料燃燒的初期階段，燃料和空氣的分段混合也使得NOx排放量降低。

1.2 萊城電廠鍋爐脫硝系統(tǒng)（SCR）工藝原理

1）我廠采用的是高灰型SCR方式，布置在省煤器后，工作環(huán)境相對惡劣，但是，催化劑活性惰化較快，煙氣溫度合適（300～400℃），經(jīng)濟性最高。采用的選擇性催化還原法是利用氨（NH3）對NOx的還原功能，使用氨氣（NH3）作為還原劑，將體積濃度為5%的氨氣通過氨注入裝置（AIG）噴入溫度為280℃～420℃的煙氣中，在催化劑作用下，氨氣（NH3）將煙氣中的NO和NO2還原成無公害的氮氣（N2）和水（H2O），“選擇性”的意思是指氨有選擇的進行還原反應，在這里只選擇NOx還原。其化學反應式如下：

我廠脫硝化學反應

其中式（1）和（3）是主要的反應過程，因為煙氣中90%以上NOx是以NO形式存在。在反應過程中，NH3選擇性的和NOx反應生成無二次污染的N2和H2O隨煙氣排放（見圖2），我廠SCR法脫硝工程還原劑選用液氨。為使催化劑充分發(fā)揮作用，脫硝反應必須在一定的溫度區(qū)間內(nèi)進行。

催化劑是整個SCR系統(tǒng)的核心和關鍵，催化劑的選擇是由煙氣條件來確定的，影響其運行的三個相互作用的因素是NOx脫除率、NH3的逃逸率和催化劑體積。上述脫硝反應是在反應器內(nèi)進行的，反應器布置在省煤器和空氣預熱器之間（圖3）。反應器內(nèi)裝有催化劑層，進口煙道內(nèi)裝有氨注入裝置和導流板，為防止催化劑被煙塵堵塞，每層催化劑上方布置了吹灰器。SCR脫硝反應所需的還原劑氨氣，可以通過液氨系統(tǒng)輸送獲取。

圖2 SCR脫硝反應原理示意圖

圖3 SCR反應器及吹灰器

2）我廠SCR反應器具有如下特點

①脫硝效率可以高達95%，NOx排放濃度可控制到50mg／m3以下。這些指標是其他任何一項脫硝技術都無法單獨達到的。

②增加鍋爐煙道阻力約700～1000Pa，需提高引風機壓頭。

③催化劑在與煙氣接觸過程中，受到氣態(tài)化學物質(zhì)毒害、飛灰堵塞與沖蝕磨損等因素的影響，其活性逐漸降低。通常3～4年增加或更換一層催化劑。

④逃逸氨與SO3反應，可能在空預器換熱面上形成硫酸氫銨，惡化空預器堵塞。

⑤如采用液氨作還原劑，液氨儲存量超過40t即成為重大危險源，就需要考慮氨區(qū)內(nèi)外的安全距離，現(xiàn)已經(jīng)過安全、環(huán)保與消防等機構的評估。

2 脫硝改造后的效果

通過鍋爐脫硝系統(tǒng)的調(diào)試及正常穩(wěn)定運行，試驗數(shù)據(jù)表明，鍋爐運行參數(shù)均能達到額定數(shù)值。經(jīng)過計算，鍋爐原始NOx排放濃度約800mg／m3，4臺鍋爐年排放NOx總量達到約20567噸（機組年有效利用5500小時）。脫硝裝置運行后，按照NOx排放濃度小于100mg／Nm3，可年減排NOx總量約15425噸，通過脫硝工程的實施大幅度減少NOx排放。

3 結束語

通過萊城電廠脫硝系統(tǒng)的改造成功，我們將不斷總結經(jīng)驗，為其它鍋爐脫硝系統(tǒng)改造奠定基礎。管理好、運營好脫硝系統(tǒng)是我們的責任，同時，較好的完成了國家節(jié)能減排任務，有助于改善周邊大氣環(huán)境，具有良好的社會效益。

［1］段傳和，夏懷祥.燃煤電力站SCR煙氣脫硝工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

［3］西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術［M］.北京：中國電力出版社，2013.