燃煤機(jī)組氮氧化物的探討與措施

馬永峰

【摘 要】介紹了320MW燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，脫硝工藝原理、脫硝出口氮氧化物不達(dá)標(biāo)、脫硝性能指標(biāo)進(jìn)行分析探討并提出具體措施。

【關(guān)鍵詞】燃煤機(jī)組；氮氧化物；SCR反應(yīng)器；出口Nox；控制措施

0 前言

淮北國安電力有限公司的1、2號機(jī)組為引進(jìn)型320MW燃煤發(fā)電機(jī)組，公司一期工程兩臺320MW機(jī)組鍋爐是采用了美國CE公司的引進(jìn)技術(shù)。鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、全懸吊、半露天布置、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、燃煤汽包鍋爐。采用四角切圓燃燒、熱風(fēng)送粉。為了響應(yīng)國家環(huán)保政策，適應(yīng)電力市場發(fā)展需要。為應(yīng)對“十二五”期間火電行業(yè)的NOx控制要求，電廠對2臺鍋爐采取LNB+SCR相結(jié)合的NOx污染治理措施。于2013、2014年在#1、2機(jī)組檢修時，對鍋爐煙氣側(cè)增加了脫硝系統(tǒng)。公司脫硝采取選擇性催化還原法（SCR），SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間。每臺機(jī)組的反應(yīng)區(qū)各配備2臺稀釋風(fēng)機(jī)（一用一備），由氨區(qū)來的氨氣噴射到氨空氣混合器中與稀釋空氣進(jìn)行混合，混合后的空氣-氨氣混合物通過噴氨格柵送入SCR反應(yīng)器（每臺鍋爐2個），被均勻地噴射到煙氣中，經(jīng)過布置在反應(yīng)器內(nèi)的催化劑區(qū)時煙氣中的NOx與氨氣反應(yīng)生成氮氣和水，達(dá)到去除煙氣中NOx的目的。

由于采用的是選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，為了避免催化劑模塊被堵塞，我們采用了蒸汽吹灰器定時對催化劑模塊進(jìn)行吹灰。脫硝反應(yīng)區(qū)左右兩側(cè)分別布置了兩層蒸汽吹灰裝置，每層都設(shè)有蒸汽吹灰器，在運行過程中輪流對催化劑模塊吹掃。經(jīng)過近幾年的運行，加之設(shè)備老化，反應(yīng)器處理效果不好，導(dǎo)致脫硝出口氮氧化物已經(jīng)跟不上環(huán)保要求。本文從脫硝工藝原理和工藝介紹、反應(yīng)器本身尺寸結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)，以下方面作一淺析，并提出了具體的防范及改進(jìn)措施。

1 脫硝工藝原理和工藝介紹

通常所說的氮氧化物NOx有多種不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，其中NO和NO2是重要的大氣污染物。煙氣中NOx主要含量為NO，有極少量的NO2。

化學(xué)反應(yīng)式如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+2NO2+6NH3→2N2+3H2O

6NO+4NH3→6H2O+5N2

在有水的條件下，SCR中未參與反應(yīng)的氨會與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨（NH4HSO4）與硫酸銨（NH4）2SO4等一些不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)品。其副反應(yīng)過程為：

2SO2+2O2→2SO3

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

SCR反應(yīng)器本身尺寸結(jié)構(gòu)：

（1）采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，工藝系統(tǒng)按SCR入口NOx濃度550mg/Nm3、處理100%煙氣量及最終NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計。并應(yīng)有一定的余量。

（2）催化劑采用蜂窩，按“2+1”模式布置，備用層在最下層，催化劑支撐梁的層間高度不小于3.3米。

（3）SCR反應(yīng)器座落于獨立鋼架結(jié)構(gòu)上，最大限度減少脫硝裝置荷載對鍋爐本體鋼架結(jié)構(gòu)的影響。SCR反應(yīng)器規(guī)格（長×寬×高）11.89m×6.978m×10.4m，在SCR進(jìn)口煙道設(shè)灰斗，煙道、導(dǎo)流、整流及支撐鋼梁等采取防積灰措施，出口煙道傾斜角不小于30°。催化劑采用蜂窩式，配置耙式半伸縮蒸汽吹灰器。

2 性能指標(biāo)

在機(jī)組160～320MW正常運行負(fù)荷范圍內(nèi)，初裝兩層催化劑時，脫硝裝置須同時滿足脫硝效率、NOx排放濃度、氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、煙氣溫降及系統(tǒng)壓降等性能指標(biāo)。SCR裝置在入口煙氣溫度300～370℃條件下持續(xù)、安全地運行，并確保凈煙氣中的NOx含量符合最初設(shè)計要求。

工藝系統(tǒng)按SCR入口NOx濃度550mg/Nm3、處理100%煙氣量及最終NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計。并應(yīng)有一定的余量。

采用液氨作為脫硝還原劑，2臺機(jī)組的煙氣脫硝系統(tǒng)共用一套液氨儲存、制備與供應(yīng)系統(tǒng)。稀釋風(fēng)機(jī)應(yīng)能適應(yīng)鍋爐160～320MW負(fù)荷下的正常運行，風(fēng)量裕度不低于10%，風(fēng)壓裕度不低于20%。為每臺SCR反應(yīng)器配一套文丘里型稀釋風(fēng)量測量裝置。

SCR裝置應(yīng)能適應(yīng)鍋爐的負(fù)荷變動，包括負(fù)荷變化速度和最小負(fù)荷，并能滿足環(huán)保要求。整套系統(tǒng)及其裝置應(yīng)能夠滿足整個系統(tǒng)在各種工況下自動運行的要求，系統(tǒng)的啟動、正常運行監(jiān)控和事故處理應(yīng)實現(xiàn)完全自動化。

3 控制措施及效果

原脫硝裝置采用SCR工藝，按入口NOx濃度550mg/Nm3、出口NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計，已經(jīng)不能滿足環(huán)保要求，隨著國家環(huán)保政策提出了燃煤機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。即在基準(zhǔn)含氧量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3的要求，現(xiàn)有脫硝無法滿足其要求，需對兩臺脫硝進(jìn)行相關(guān)改造。

3.1 脫硝主要改造內(nèi)容：

（1）反應(yīng)器入口煙道擴(kuò)寬改造，設(shè)置導(dǎo)流葉片，更換反應(yīng)器內(nèi)部整流格柵；

（2）反應(yīng)器出口擴(kuò)寬改造；

（3）反應(yīng)器加高，同時反應(yīng)器擴(kuò)容1960mm；

（4）最下層催化劑增設(shè)3臺蒸汽吹灰器，每層新增可調(diào)頻旋笛式聲波吹灰器；

（5）更換稀釋風(fēng)機(jī)；

（6）備用層+擴(kuò)容部分的催化劑新增，并對原催化劑進(jìn)行再生。

3.2 控制措施

針對NOx的生成機(jī)理，結(jié)合公司結(jié)構(gòu)特點，降低NOx采取爐內(nèi)脫硝以下具體措施：

3.2.1 采取分級配風(fēng)燃燒方式

調(diào)整OFA（OFAA、OFAB）開度，減少燃燒區(qū)氧量、降低燃燒區(qū)域溫度，達(dá)到降低NOx目的。

3.2.2 降低鍋爐氧量

降低爐膛氧量，燃燒區(qū)域氧量減少，爐內(nèi)溫度降低，燃燒區(qū)域氧濃度降低，降低了空氣中O2和N2高溫下反應(yīng)的可能性，同時降低燃料氮的中間產(chǎn)物與氧反應(yīng)可能性，使得“熱力”NOx和“燃料”NOx得到控制。

3.2.3 降低二次風(fēng)箱差壓

降低二次風(fēng)箱與爐膛差壓，即降低了輔助二次風(fēng)速，使二次風(fēng)混入一次風(fēng)的時間滯后，從而使燃燒過程推后，降低了火焰溫度（爐內(nèi)溫度），同時縮短了煤粉在著火區(qū)停留的時間，這也就達(dá)到了抑制熱力NOx和燃料NOx生成的效果。

3.2.4 富燃料貧氧燃燒方式

采用縮腰型配風(fēng)方式，這是因為主燃燒器區(qū)域的氧濃度降低，既能降低主燃燒區(qū)域的火焰溫度，又能抑制燃料氮形成的中間產(chǎn)物與氧反應(yīng)，所以熱力NOx和燃料NOx都受到抑制。

3.3 改造效果

通過以上改造及具體措施，改造后脫硝能滿足在#1、2機(jī)組任何負(fù)荷工況下，入口NOX在600mg/Nm3前提下，保證煙囪出口氮氧化物排放濃度≤50mg/Nm3。公司超凈排放已完全達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，改造前煙囪出口氮氧化物排放濃度年平均75.77mg/Nm3，改造后煙囪出口氮氧化物排放濃度年平均16.74mg/Nm3。真正實現(xiàn)了超凈排放，既享受了國家環(huán)保財政補(bǔ)貼也為公司長遠(yuǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王寧軍，李強(qiáng).脫硝運行規(guī)程Q/GO-ON，1，15，06：02-2014.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]