循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)合脫硝技術(shù)改造工程實踐

龍翼川(湖南安普諾環(huán)?？萍加邢薰?，湖南 長沙 410000)

循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)合脫硝技術(shù)改造工程實踐

龍翼川(湖南安普諾環(huán)保科技有限公司，湖南 長沙 410000)

以新疆某熱電廠2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造工程為例，闡述了項目的實施及工程項目管理、脫硝方案及工藝的選擇、鍋爐的配套改造等，總結(jié)了工程建設(shè)及設(shè)備調(diào)試、運行中積累的經(jīng)驗及出現(xiàn)的問題，為類似鍋爐的脫硝改造提供借鑒作用。

循環(huán)流化床；SNCR；SCR；聯(lián)合脫硝；改造

我國以燃煤為主的鍋爐生產(chǎn)所造成的環(huán)境污染是造成霧霾天氣的重要因素。煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有煙塵、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和CO2等污染物，已經(jīng)形成了嚴重的環(huán)境問題，是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要課題。

NOx的控制是繼粉塵和SOx之后燃煤鍋爐環(huán)保治理的重點。我國自20世紀80年代起就頒布了相關(guān)的法律、法規(guī)和政策針對污染物排放提出了明確的要求，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對NOx的排放要求也越來越嚴格，2011年國家發(fā)布火電行業(yè)最嚴標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）、2014年先后發(fā)布《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）和《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），首次提出“超低排放”的要求，推行更嚴格的能效環(huán)保標準。

為減少鍋爐NOx的排放，改善當?shù)卮髿猸h(huán)境，提前適應(yīng)新的環(huán)保政策，新疆某熱電廠決定對該廠1#、2#爐2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐進行煙氣脫硝改造。

1 設(shè)備概況

新疆某熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐于1996年開始建設(shè)，1998年4月投入使用，孤網(wǎng)運行，累積運行約13萬小時，使用年限較長。鍋爐為濟南鍋爐廠生產(chǎn)制造，型號：YG-75/3.82-M6，過熱蒸汽額定溫度：450℃，過熱蒸汽額定壓力：3.82MPa，汽包額定壓力：4.12MPa，給水溫度：105℃，一次風(fēng)預(yù)熱溫度：180℃，二次風(fēng)預(yù)熱溫度：120℃，冷風(fēng)溫度：30℃，排煙溫度實際運行值在150℃～190℃區(qū)間，過?？諝庀禂?shù)1.475。

因進行脫硫除塵改造后原引風(fēng)機風(fēng)量過小，經(jīng)新疆風(fēng)機廠對引風(fēng)葉輪進行了改造，參數(shù)為：電機：10Kv 280kw，風(fēng)量117797m3，風(fēng)壓：7975Pa。

鍋爐設(shè)計煤種為無煙煤，爐膛溫度較低，NOx排放濃度較高。正常負荷下NOx排放濃度可達到700～900mg/Nm3，本項目NOx設(shè)計排放濃度800mg/Nm3。

2 工程的實施

2.1 工程建設(shè)方式

本工程采用項目總承包方式，總包單位為湖南安普諾環(huán)?？萍加邢薰?，工程施工單位由新疆本地一家安裝企業(yè)承擔。

2.2 脫硝工藝簡介

選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡寫為SNCR）技術(shù)是一種成熟的商業(yè)性NOx控制處理技術(shù)。SNCR技術(shù)主要在870～1,205℃下，將含氮的化學(xué)劑噴入鍋爐煙氣中，將NO還原，生成氮氣和水。

選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，以下簡寫為SCR）技術(shù)是一種成熟且高效的Nox控制處理技術(shù)。利用催化劑使Nox與NH3在285～420℃的條件下發(fā)生反應(yīng)，將NO還原，生成氮氣和水。

SNCR/SCR聯(lián)合法是將SNCR工藝中還原劑噴入爐膛的技術(shù)同SCR工藝中利用逸出氨進行催化反應(yīng)的技術(shù)結(jié)合起來，從而進一步脫除NOx，它是結(jié)合了SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的特點而發(fā)展起來的一種新型工藝。下圖1是SNCR/SCR聯(lián)合法的原理示意圖，該組合工藝具有兩個反應(yīng)區(qū)，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第1個反應(yīng)區(qū)爐膛，在高溫下還原劑與煙氣中NOx在沒有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實現(xiàn)初步脫硝。然后未反應(yīng)的還原劑進入混合工藝的第2個反應(yīng)區(qū)SCR反應(yīng)器，在有催化劑參與的情況下進一步脫硝。SNCR/SCR聯(lián)合脫硝工藝最主要的改進就是省去了SCR設(shè)置在煙道里的復(fù)雜氨噴射系統(tǒng)，并減少了催化劑用量。

2.3 改造方案

新疆某熱電廠的2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐NOx的排放濃度較高（最高接近1000mg/Nm3），新疆當?shù)氐臏p排要求是100mg/ Nm3以下。綜合考慮，本工程脫硝改造采用燃燒優(yōu)化+SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，入口NOx按800mg/Nm3設(shè)計，出口NOx濃度可降至100mg/Nm3以下，脫硝效率可達到87.5%以上。

圖1 SNCR/SCR組合技術(shù)脫硝工藝

該熱電廠的2臺鍋爐均室內(nèi)布置，鍋爐房未考慮脫硝預(yù)留位置。SNCR脫硝系統(tǒng)無須占用其余空間，公用系統(tǒng)放置于鍋爐房旁的脫硝站房內(nèi)，分配和噴射模塊也直接放置于鍋爐平臺上?？紤]到新疆冬季氣候，SCR系統(tǒng)直接放置于鍋爐房內(nèi)，如果按照常規(guī)的SCR系統(tǒng)布置，現(xiàn)場根本無法進行煙道的布置和施工。經(jīng)多次現(xiàn)場查勘，結(jié)合實際情況，確定最終施工方案：從鍋爐原有三段省煤器處傾斜設(shè)置一塊煙氣擋板門，將原鍋爐煙氣從側(cè)面引出，經(jīng)垂直煙道至鍋爐頂端后再轉(zhuǎn)個彎回到鍋爐正面，經(jīng)過催化劑層后煙道再轉(zhuǎn)彎從另一側(cè)回鍋爐。現(xiàn)場布置如下圖所示：

2.4 主要設(shè)計參數(shù)

①單臺鍋爐煙氣量（引風(fēng)機額定風(fēng)量）按120000Nm3/h設(shè)計；

②NOx初始濃度按800mg/Nm3設(shè)計，脫硝出口NOx排放值降至100mg/Nm3以下，脫硝總效率達到87.5%以上。

③脫硝系統(tǒng)的壓降差按不大于1500Pa設(shè)計。

④SNCR脫硝噴射裝置布置三層，分別位于鍋爐前墻16.5m標高處、旋風(fēng)筒入口和出口，SCR脫硝系統(tǒng)催化劑按1+1設(shè)計，一用一備，初始安裝1層催化劑。

⑤脫硝系統(tǒng)采用尿素溶液為還原劑，單臺鍋爐滿負荷干尿素最大消耗量為38kg/h。

⑥根據(jù)相關(guān)規(guī)定和鍋爐運行情況，本工程不設(shè)置脫硝旁路和省煤器旁路系統(tǒng)。

⑦在滿足脫硝系統(tǒng)要求的溫度下（SNCR區(qū)域在800℃～1000℃，SCR系統(tǒng)入口在300℃以上），NOx的脫硝效率能達到90%以上，氨逃逸測量值小于3mg/m3。

2.5 鍋爐相關(guān)設(shè)備的改造

2.5.1 鍋爐燃燒優(yōu)化

根據(jù)鍋爐原始數(shù)據(jù)，在低負荷的情況下（60%—30%），爐膛燃燒溫度較低，旋風(fēng)筒進口和出口溫度已低于700℃，根本無法達到SNCR反應(yīng)的溫度條件。通過CFD模擬設(shè)計和詳細計算，調(diào)整一次風(fēng)、二次風(fēng)開度和燃煤配比，并進行高效省煤器的改造，適當增加爐膛煙溫，達到鍋爐低負荷運行時也能滿足SNCR的反應(yīng)條件。

2.5.2 引風(fēng)機改造

鍋爐加裝煙氣脫硝裝置會使鍋爐煙氣系統(tǒng)的阻力增加，脫硝裝置的阻力包括這幾個部分：煙道的沿程阻力、彎道或變截面處的局部阻力、反應(yīng)器本體（主要是催化劑）產(chǎn)生的阻力以及整流裝置、噴氨格柵（本系統(tǒng)無）等阻力。經(jīng)過詳細設(shè)計計算，本工程脫硝改造裝置煙氣系統(tǒng)總阻力約1200-1500Pa（增加備用層催化劑），原有引風(fēng)機已無法滿足鍋爐系統(tǒng)阻力的要求，故需要對引風(fēng)機進行改造。根據(jù)引風(fēng)機性能試驗結(jié)果，整體更換引風(fēng)機是最簡單的改造方式，成本也在可控范圍之內(nèi)，故重新更換兩臺符合改造后系統(tǒng)阻力要求的引風(fēng)機。

2.5.3 省煤器改造

由于現(xiàn)有鍋爐部分省煤器爆管、腐蝕甚至脫落嚴重，且為了控制省煤器出口煙味，結(jié)合燃燒優(yōu)化，盡可能減少煙溫損失，在提高鍋爐效率的同時提升反應(yīng)器的性能和延長反應(yīng)器催化劑的使用壽命，對鍋爐省煤器也進行了改造。

3 調(diào)試及運行情況

2016年9月中旬，本工程完成了全部安裝工程，達到調(diào)試條件。2016年9月15—9月29日，進行系統(tǒng)冷態(tài)單機調(diào)試，2016年9月29日，在完成了單機調(diào)試后，脫硝系統(tǒng)正式投入聯(lián)動運行，嚴格按照調(diào)試方案進行調(diào)試。

脫硝系統(tǒng)投入運行后，根據(jù)鍋爐負荷和NOX的排放情況，首先進行少量噴氨測試，全面檢查脫硝系統(tǒng)（氨氣）嚴密性及SCR反應(yīng)器后各參數(shù)顯示正常，參數(shù)變化趨勢正確，隨后逐漸增加噴氨量。經(jīng)過近10天的時間，系統(tǒng)主要設(shè)備消缺、調(diào)試完畢，脫硝效率可以達到90%以上，出口NOX最低可以達到30mg/Nm3以下。

2016年11月，2臺鍋爐均順利完成了第三方性能考核試驗，12月份通過環(huán)保部門的驗收。截止目前，脫硝系統(tǒng)運行正常，效率穩(wěn)定，完全滿足當?shù)丨h(huán)保排放的要求。

4 改造工程過程中的問題和積累的經(jīng)驗

4.1 設(shè)計、采購、施工及調(diào)試中的問題

①設(shè)計人員技術(shù)水平高低不一，部分設(shè)計人員第一次進行類似設(shè)計。且出于成本考慮，主設(shè)人員僅去了一次現(xiàn)場，土建設(shè)計人員根本沒去現(xiàn)場，主觀設(shè)計較多。直接造成后期施工的被動，很多設(shè)計直到施工到了這一步才發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)果推翻重來，浪費了工程成本和延誤了工期。

②設(shè)備到貨較晚。因前期合同談判事宜，部分設(shè)備遲遲不能訂貨，恰逢設(shè)備采購高峰期，引風(fēng)機、反應(yīng)器、CEMS和氨逃逸、電氣設(shè)備、進口儀器儀表等設(shè)備到貨較遲。工程后期積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)面過廣，施工人員集中過多，給工程的安全管理和質(zhì)量管理帶來了極大的難度。

③施工單位的管理能力明顯欠缺，尤其是本項目施工單位的管理人員，之前幾乎沒有接觸過脫硝改造項目，過分依賴施工隊長，不能在施工現(xiàn)場盡到施工單位管理人員應(yīng)盡的管理責任，給各方的現(xiàn)場管理帶來了非常大的壓力。

④大部分施工人員的技術(shù)水平和素質(zhì)較低，不能適應(yīng)大型工程各項管理的要求。施工隊伍中部分人員安全意識差，技術(shù)水平低，現(xiàn)場被業(yè)主和監(jiān)理違章處罰較多，存在很多的施工質(zhì)量整改，給現(xiàn)場安全和施工質(zhì)量管理帶來難度。

⑤本項目工程各作業(yè)面全部展開后，施工人員數(shù)量不足，質(zhì)量也不高。因設(shè)備到貨較為集中，在工程后期，積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)人員嚴重不足，一人身兼數(shù)職，后期夜間施工明顯增加，現(xiàn)場安全管理難度加大。

4.2 改造工程積累的經(jīng)驗

①在鍋爐脫硝改造方案設(shè)計前進行有針對性的CFD模擬設(shè)計，為方案的合理設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。

②同步對省煤器進行了改造，盡可能地減少爐膛煙溫損失，既保證了催化劑的投運溫度又提高了鍋爐效率。

③對鍋爐的燃燒進行了優(yōu)化，不僅針對省煤器進行了改造，還對空預(yù)器、鍋爐燃煤配比、一次風(fēng)、二次風(fēng)等各項指標進行最優(yōu)化的調(diào)整。

④改造前對鍋爐原有引風(fēng)機進行了性能測試，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，使引風(fēng)機的改造量降到最小。

⑤催化劑前端加裝了蒸汽吹灰器，以蒸汽吹灰為主，保證催化劑在運行過程中能得到較好的清潔，防止催化劑的堵塞。

⑥預(yù)留了足夠的催化劑布置空間，即使后期國家進一步提高環(huán)保排放標準，也無須進行大型改造。

⑦工程管理這一塊需要更充分的綜合考慮，提前選好一支高素質(zhì)好技術(shù)的施工隊伍是項目能夠順利實施的重要保證。

5 結(jié)語

本工程是國家電力投資集團（中電投和國家核電合并組建）在新疆的全資子公司的第一個脫硝改造項目，政治意義非凡，在工程實施過程中，國家電投集團總經(jīng)理、新疆分公司領(lǐng)導(dǎo)，新疆環(huán)保廳和烏魯木齊市環(huán)保局等各級領(lǐng)導(dǎo)多次蒞臨項目現(xiàn)場考察和指導(dǎo)工作，在各位領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷下，本項目一次性通過環(huán)保驗收，得到了國家電投集團公司和業(yè)主方的認可。

該熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝項目采用了SN?CR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，脫硝效率可達到90%以上。按目前配煤摻燒后脫硝入口NOX濃度為800mg/Nm3左右，脫硝后最低可降低到30mg/Nm3，可以直接滿足目前各大電廠正在實施改造的超低排放要求。目前該熱電廠結(jié)合當?shù)丨h(huán)保要求和運行經(jīng)濟性的最佳考慮，脫硝后NOX排放濃度一般穩(wěn)定在90mg/Nm3以下，每年可以消減NOX大約為1000t。

綜上所述，該電廠進行本次脫硝項目改造一步到位，且可以滿足國家越來越嚴格的環(huán)保減排政策（可以直接滿足超低排放的要求），增加脫硝裝置對NOX消減量十分顯著，這對改善周邊地區(qū)空氣質(zhì)量，提升居民生活質(zhì)量，改善當?shù)丨h(huán)境都很有利，環(huán)境和社會效益非常明顯。

［1］蔣文舉，煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊（第二版）［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012-4-1.

［2］劉建民，火電廠氮氧化物控制技術(shù)［M］．北京：中國電力出版社，2012-12-1.

［3］段傳和，選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝［M］．北京：中國電力出版社，2012-1-1.

［4］西安熱工研究院，火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)［M］．北京：中國電力出版社，2013-1-1.

［5］李肇全，工業(yè)脫硫脫硝技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014-10-1.

［6］楊楠，王雪．氮氧化物污染及防治［J］．環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2010.

［7］焦傳寶，鐘磊.600MW“W”火焰鍋爐脫硝技術(shù)改造工程實踐［J］．山西電力，2014.

龍翼川（1982-），男，湖南長沙人，2005年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，環(huán)保工程師，主要從事環(huán)保工程項目管理工作。