燃煤電廠煙氣超低排放中的脫硝設計優(yōu)化探討

王鳳榮

摘 要：鍋爐脫硝系統(tǒng)，應納入電站主體系統(tǒng)一并優(yōu)化，方能適應越來越嚴格的環(huán)保排放及設備安全運行及節(jié)能增效的要求。文章介紹了稀釋風系統(tǒng)、SCR反應器、尿素催化水解等系統(tǒng)優(yōu)化具體方法。

關鍵詞：鍋爐脫硝;系統(tǒng)優(yōu)化;探討

中圖分類號： X701.7 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-188-2

0 ?引言

近來，全國大面積霧霾天氣的持續(xù)加重，環(huán)保部門加大了對燃煤電站煙氣處理的管理力度。被稱為“史上最嚴”的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）實施不久， 2014年9月12日，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源（2014）2093號），要求東部11個省市新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3），中部地區(qū)8省市新建機組原則上接近或達到燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區(qū)新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值。2015年12月11日，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)境保護部、國家能源局又聯(lián)合下發(fā)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》（環(huán)發(fā)[2015]164號文），推動《行動計劃》“提速擴圍”：到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現(xiàn)超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3）。全國有條件的新建燃煤發(fā)電機組達到超低排放水平，加快現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組超低排放改造步伐，將東部地區(qū)原計劃2020年前完成的超低排放改造任務提前至2017年前總體完成;將對東部地區(qū)的要求逐步擴展至全國有條件地區(qū)，其中中部地區(qū)力爭在2018年前基本完成，西部地區(qū)在2020年前完成。

為了滿足日益嚴格的環(huán)保排放要求，大型燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)90%以上采用的是選擇性催化還原法（SCR），還原劑則根據(jù)當?shù)夭块T的要求，選擇液氨、尿素或者氨水。

目前，常見脫硫系統(tǒng)的方案是：稀釋分系統(tǒng)采用的是獨立的系統(tǒng)，SCR反應裝置是作為一個設備安裝在鍋爐鋼架上，并沒有將脫硝與電站主體系統(tǒng)相結合，給系統(tǒng)運行安全帶來了一定的安全隱患，同時也在一定程度上提高了工程造價，不利于系統(tǒng)節(jié)能。以下就結合電站主體系統(tǒng)，對稀釋風系統(tǒng)設置、SCR裝置膨脹設計以及尿素制備還原劑等方面，進行系統(tǒng)優(yōu)化。

1 ?稀釋風系統(tǒng)優(yōu)化

目前，SCR脫硝技術的稀釋風均采用獨立的稀釋風機提供（見圖1），這種配置方案的優(yōu)點是脫硝系統(tǒng)運行與電廠主體設備獨立運行，但由于設置了獨立的稀釋風機，造成系統(tǒng)復雜，耗電量大，且投資也高些。同時由于稀釋風機一般布置在SCR鋼結構上，其運行時的振動對SCR的安全造成一定的影響;增加了的噪音源，對周邊環(huán)境造成一定的影響。

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圖1

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圖2

由于脫銷稀釋風量大約為鍋爐送風機或者一次風機風量的1.2%～1.5%，且鍋爐一次風機的壓頭一般宜能滿足稀釋風的需要。優(yōu)化方案建議取消稀釋風機，在鍋爐送風機或一次風機出口風道引一路風道至氨/空混合器入口，稀釋風由鍋爐本體送風機或一次風機提供。為了防止鍋爐啟動時確保顆粒物不進入氨噴射格柵（AIG），需要引入一路壓縮空氣，在引風機啟動后且送風機啟動前，氨/空混合器噴嘴有空氣噴出。優(yōu)化后的系統(tǒng)圖見圖2。

2 SCR裝置膨脹指示器的設置

眾所周知，鍋爐啟動過程中，影響設備安全的主要有整體系統(tǒng)的膨脹以及鍋爐密封等，故在鍋爐本體多個位置設置了膨脹指示器，在鍋爐啟動時，要對鍋爐的膨脹進行跟蹤監(jiān)測，只有鍋爐整體膨脹按照預先設計好的方向及位移量進行，才能保證鍋爐本體的設備安全。

在設計過程中，SCR反應器是作為一個獨立裝置進行設置的，而它實際上與省煤器或空氣預熱器一樣，是鍋爐本體的一部分。SCR反應器的工作溫度在300～420℃之間，也是和鍋爐本體一樣由冷態(tài)逐漸加熱、升溫。此外，由于SCR反應器內部裝有催化劑，煙氣溫升速度也會對催化劑的活性和壽命產生一定影響（例如某催化劑要求：反應器入口溫度在≤70℃、70～150℃和≥150℃時，煙氣溫升速度要求≤5℃/min、≤10℃/min和≤20℃/min），因此，對SCR膨脹的檢測與鍋爐本體其他部件一樣重要。

建議在每個SCR反應器的底部和頂部的四角，分別設置一個膨脹指示器。在鍋爐啟動過程中，將SCR反應器的膨脹納入鍋爐本體的膨脹檢測體系中，確保包括SCR反應器在內的鍋爐各部分設備安全。

3 尿素轉化氨氣的方式

脫硝還原劑絕大部分采用液氨、尿素，由于液氨運輸、儲存和使用過程中，存在較大的安全隱患，在有關部門批復的安評文件中，要求脫硝還原劑采用尿素。

2014年之前，尿素制氨基本上都是采用的尿素熱解，即濃度為40%～50%尿素溶液噴入電熱解容器中，將容器出口溫度維持在350℃左右，將尿素制成氨氣，同時保證氨氣不再結晶。該方案能耗較高，200MW機組配置電熱解容器的電耗量為800kW左右，運行電耗在0.3%左右，同時電熱容器內氨水噴槍以及在氨氣輸送管路上極易出現(xiàn)結晶現(xiàn)場，對系統(tǒng)的安全運行產生一定的影響。

尿素催化水解技術是一種新型制氨技術，它是利用電廠低品質蒸汽（壓力1.0MPa，溫度200℃）在低溫下采用電廠蒸汽將尿素溶液分解生成氨氣混合氣，由于使用了少量催化劑，其反應速度快，響應時間小于1min，能夠適應鍋爐負荷波動的需要，不會出現(xiàn)環(huán)保排放事故，同時能耗水平大幅度降低，運行成本為尿素熱解技術的14%左右。

隨著國家環(huán)保政策、節(jié)能要求越來越高，尤其是在電站鍋爐煙氣采用超低排放后，對系統(tǒng)配置、運行的要求越來越高，單一從有一個設備、一個點可優(yōu)化量越來越艱難，建議把脫硝系統(tǒng)納入主體系統(tǒng)，其共用的氣、汽、電、水等作為一個整體去系統(tǒng)優(yōu)化，方能進一步滿足日益嚴格的環(huán)保排放安全、設備運行安全、節(jié)能增效等要求。