電廠600MW機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)改造性能評價

張維維

摘要：燃煤電廠是我國電力資源的主要來源，對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。燃煤過程中容易產(chǎn)生許多環(huán)境污染物。氮氧化物是燃煤過程中產(chǎn)生的污染物之一，其對酸雨、溫室效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)等都具有影響，嚴(yán)重污染環(huán)境。本文對燃煤煙氣中氮氧化物脫除的技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合600MW機(jī)組的脫硝改造來說明選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞：SCR煙氣脫硝 催化劑 脫硝效率

1引言

我國的一次能源中有70%-80%的能源是由煤炭提供，尤其是電力資源。目前，我國電網(wǎng)中的電力資源絕大部分是通過燃煤電廠提供，煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生大量的污染物。氮氧化物是在煤炭燃燒中產(chǎn)生的，相關(guān)的研究已經(jīng)證實NOx對環(huán)境具有較大的影響，不僅和酸雨、光化學(xué)煙霧有關(guān)，同時也是誘導(dǎo)溫室效應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，燃燒1t的煤炭可以產(chǎn)生約20-30kg的氮氧化物。因此，采取相關(guān)的措施減少電廠NOx的排放量對于改善環(huán)境具有重要的影響。減少氮氧化物的排放的主要途徑可以分為兩大方面：其一改善燃煤結(jié)構(gòu)，燃燒優(yōu)質(zhì)煤，從源頭降低NOx生成。其二，通過煙氣脫硝裝置吸收或者還原煙氣中的NOx。本文主要針對第二種方式進(jìn)行說明。

2運(yùn)行原理

目前，常使用的脫硝工藝分為選擇性催化還原技術(shù)和選擇性非催化還原技術(shù)。

SCR煙氣脫硝技術(shù)就是利用還原劑選擇性地將煙氣中的NOx反應(yīng)生成對環(huán)境無害的無機(jī)小分子物質(zhì)氮?dú)夂退?。具體的工作原理如圖1表示。

SCR煙氣脫硝技術(shù)中應(yīng)用的還原劑一般為碳?xì)浠衔?，?yīng)用較多的是氨氣，氨氣作為還原劑的條件下，主要發(fā)生的反應(yīng)如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3 H2O

6NO2+8NH3→7N2+12 H2O

由于燃煤煙氣中的NOx主要為NO，因此SCR煙氣脫硝反應(yīng)中主要發(fā)生上述的第一個反應(yīng)。在沒有催化劑的條件下，NOx和NH3也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不過只能在相對較窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，一般在930℃左右。通過選擇合適的催化劑，有效的降低反應(yīng)溫度，提升反應(yīng)的效率，在使用催化劑的條件下，上述反應(yīng)可以在電廠的合適溫度范圍內(nèi)反應(yīng)（300℃-400℃）。

選擇性非催化還原脫硝方法是不利用催化劑，直接將還原劑噴入高溫的煙氣中進(jìn)行還原反應(yīng)，從而將NOx脫除。溫度對于選擇性非催化還原脫硝方法的選擇性影響較大，一般情況下，該方法的適宜溫度為800-1100℃，方法的脫除效率為30%-40%左右。還原劑一般選用尿素和NH3。

3系統(tǒng)改造分析

通過分析比較上述兩種脫硝方法的特點(diǎn)，相對于選擇性非催化還原脫硝工藝，選擇性催化還原脫硝方法更具有優(yōu)勢。因此，將結(jié)合我廠600MW機(jī)組的催化還原脫硝工藝改造進(jìn)行分析介紹。

我廠一期2臺600MW的鍋爐，為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛，一次中間再熱，四角切圓燃燒，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，露天布置，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，原有的鍋爐未設(shè)置脫硝工程，鍋爐的設(shè)計煤種為中貧煤，校核煤種為煙煤。

320-340℃的煙氣自省煤器出口煙道引入到SCR系統(tǒng)，首先進(jìn)入系統(tǒng)的進(jìn)口煙道中，煙氣與噴射出的還原劑氨氣一同進(jìn)入催化系統(tǒng)內(nèi)，在催化劑的作用下，NOx被還原為無機(jī)氮?dú)夂退?，脫硝后的氣體離開SCR系統(tǒng)回到尾部煙道中。SCR系統(tǒng)主要包括催化劑系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、氨供應(yīng)系統(tǒng)及檢測控制系統(tǒng)。

本廠脫硝系統(tǒng)采取的催化劑為蜂窩式催化劑，催化劑隨著運(yùn)行時間的延長，其催化活性逐漸減弱，一般在運(yùn)行約20000小時后，惰化速度逐漸減緩，為了有效保證催化劑的催化作用，一般采取“2+1”模式進(jìn)行布置，催化劑的運(yùn)行壽命約為6年左右。SCR 反應(yīng)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、反應(yīng)器殼體、內(nèi)部支撐、吹灰器、及保溫材料等。從氣氨緩沖槽出來的氨氣壓力約 0.3～0.4MPa，經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥之后，分兩路分別進(jìn)入每臺反應(yīng)器前的氨與稀釋空氣在混合器內(nèi)混合。

4 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)改造效果診斷

4.1 環(huán)境效益分析

改造前的2臺鍋爐的NOx排放濃度為660mg/Nm3，為了保證工況變化條件下SCR系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，本次改造選用了40mg/Nm3作為裕量，即進(jìn)入SCR系統(tǒng)的NOx濃度為700mg/Nm3，經(jīng)過試驗，本次選用的系統(tǒng)，在BMCR工況，100%煙氣量的條件下，脫硝效率可以達(dá)到86%，即煙氣出SCR系統(tǒng)后時，其NOx排放濃度為100mg/Nm3，2臺鍋爐的NOx年減排排放量為14292噸（全年運(yùn)行5500小時）。

4.2社會效益分析

采用SCR系統(tǒng)后，有效的降低了煙氣中的氮氧化物含量，可以減緩了酸雨發(fā)生的趨勢。對于當(dāng)時環(huán)境存在較好的保護(hù)作用，具有較好的社會效益。另外，由于企業(yè)的污染量減少了，環(huán)境污染量減少，對于居民的健康具有重要作用。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

環(huán)保部門規(guī)定，2004年7月1日開始，國家開始征收環(huán)保污染費(fèi)用，即每一污染當(dāng)量為0.6元，污染物的減排排放量為14292噸，氮氧化物的污染當(dāng)量值為0.95Kg。工程改造后的直接經(jīng)濟(jì)效益毛利潤為900萬元。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)語

煙氣中氮氧化物對于環(huán)境存在嚴(yán)重的影響，電廠進(jìn)行煙氣脫硝對于環(huán)境保護(hù)和提升企業(yè)的社會責(zé)任都具有積極的作用。通過對SCR煙氣脫硝技術(shù)的概述，可以有效地為SCR技術(shù)的研究和實踐應(yīng)用提升參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬鵬增. 某型600MW燃煤機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)工藝改造及運(yùn)行優(yōu)化研究[D]. 華北電力大學(xué)（北京）， 華北電力大學(xué)， 2016.

[2]馬強(qiáng). 電廠煙氣脫硝技術(shù)研究[D]. 鄭州大學(xué)， 2015.