大型燃煤發(fā)電企業(yè)“先減后脫法”降低NOX排放策略分析

韓愛國

（大唐國際發(fā)電股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 311600）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家對環(huán)境保護(hù)的重視，氮氧化物NOx產(chǎn)生的危害被更多人所了解?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》明確要求，從2014年7月1日開始，對珠三角等發(fā)達(dá)地區(qū)現(xiàn)有火電機組NOx污染物排放定值改為100mg/Nm3。作為國企，遵守國家規(guī)定、改善環(huán)境質(zhì)量，是義不容辭的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“烏沙山發(fā)電公司”）的鍋爐選用哈鍋產(chǎn)品，配備低NOx燃燒器（LNASB）。30只燃燒器分3層，每層前墻安裝5只，后墻布置5只，前后墻對沖方式燃燒。其中，等離子轉(zhuǎn)子安裝在前墻最下層。前后墻各布置1層燃盡風(fēng)口，共10只。鍋爐自投運以來運行良好，效果明顯。但也發(fā)生一些制約設(shè)備安全和燃燒效率提高的問題，一是鍋鍋爐煤粉燃燒器出口邊緣損壞嚴(yán)重，對燃燒的效果有明顯的不利影響；二是爐膛NOx排放量較高，燃料型和熱力型氮氧化物的產(chǎn)生量較多；SOFA率偏小)。另外一個情況是由于制造廠家的技術(shù)制約，本機組最初的原始設(shè)計上就沒有降低氮氧化物的設(shè)備。這些特殊情況決定了目前鍋爐降氮難度大，而運用“爐內(nèi)減少爐外脫氮”綜合脫氮技術(shù)對鍋爐燃燒設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和技術(shù)改造，不但可以讓環(huán)保問題得到解決，而且環(huán)保物料成本明顯降低。

1 先減后脫法方案介紹

先減后脫法是指通過燃燒調(diào)整，根據(jù)氮氧化物的生產(chǎn)機理，控制其生成，在爐膛出口通過增加反應(yīng)器，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)再脫去煙氣中的部分氮氧化物。具體方案如下。

1.1 爐膛內(nèi)減少——鍋爐燃燒系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

綜合機組運行的本質(zhì)安全、環(huán)境保護(hù)和高效運行的要求，經(jīng)過論證，最終形成的技術(shù)線路如下。

更換25只燃燒器的部分部件（等離子燃燒不進(jìn)行改造）。新燃燒器的結(jié)果簡單示意圖見圖1。

圖1 改造后低氮燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

在鍋爐原燃盡風(fēng)系統(tǒng)的最頂部再增加一次SOFA。計劃本次增加10只，SOFA裝置的系統(tǒng)分布見圖2。

圖2 改造后的OFA 噴口布置圖

本機增加的SOFA采用外旋內(nèi)直方式進(jìn)風(fēng)，其示意結(jié)果見圖3。

1.2 后脫——SCR煙氣脫硝裝置改造

SCR煙氣脫硝是目前應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)，具有維護(hù)簡單，運行效率高、對其他設(shè)備影響小等優(yōu)點。

圖3 改造后OFA 燃燒器結(jié)構(gòu)圖

煙氣中的氮氧化合物和還原劑氨氣在催化劑的催化作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成無害的水和氮氣。主要反應(yīng)如下：

NO +NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O

6NO2+ 8NH3→7N2+ 12H2O

4NO + 4NH3+O2→4N2+ 6H2O

SCR裝置主要由SCR發(fā)生器、催化劑、噴氨系統(tǒng)和吹灰系統(tǒng)組成，系統(tǒng)包含相關(guān)閥門及熱控儀表。

烏沙山發(fā)電公司利用2013年4月機組大修的機會進(jìn)行了脫硝系統(tǒng)改造，該系統(tǒng)采用宇星科技的技術(shù)和設(shè)備。每臺機組有左右兩側(cè)脫硝反應(yīng)器，但是共用一套氨氣制備系統(tǒng)。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用蜂窩狀催化劑，可以再生；脫硝效率設(shè)計不低于80%。而還原劑采用液態(tài)氨氣，其純度要求不低于99.5%。

具體改造內(nèi)容是將SXR裝置安裝在空預(yù)器和省煤器中間的煙道上。省煤器出來的熱煙氣在進(jìn)入反應(yīng)器前，首先與AIG噴出的氨氣進(jìn)行混合，此處有混流板以保證混合的均勻度?；旌蠠煔膺M(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的催化作用下，氨氣與氮的化合物發(fā)生反應(yīng)，生成無害的水和氮氣。煙氣在SCR內(nèi)部反應(yīng)完成后，煙氣沿?zé)煹肋M(jìn)入空預(yù)器。整個工藝流程涉及到原煙氣和凈煙氣、還原劑氨氣和生成物氮氣等。其中主要介質(zhì)的流向如下：

原煙氣：從省煤器出來的煙氣經(jīng)過噴氨裝置和導(dǎo)流裝置進(jìn)入脫硝反應(yīng)器；

凈煙氣：SCR→反應(yīng)器出口煙道→空預(yù)器入口煙道；

氨：運輸車→儲罐→蒸發(fā)槽→氨緩沖罐→氨/空氣混合器→噴氨格柵→SCR反應(yīng)器；

氮氣和水蒸氣隨煙氣流向排出。

1.3 其他配套改造

和本項目同步的配套改造項目較多，主要包括輔機（空預(yù)器和引風(fēng)機等）的改造、鍋爐原始部件如鋼梁、煙道的改造等，除此之外，最主要的改造在于熱控邏輯和保護(hù)裝置、自動調(diào)整系統(tǒng)的改造。

2 先減后脫法聯(lián)合脫硝效益分析

1號機組投產(chǎn)時，沒有氮氧化物脫除裝置，當(dāng)時NOX的排放濃度約為400毫克每標(biāo)立方米，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是100mg/Nm3。近年來，由于煤炭市場調(diào)控，煤價上漲，電廠大力開展配煤摻燒，爐膛出口的氮氧化物有時可以達(dá)到400mg/Nm3以上。首先，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，其次，對央企的形象有影響。

烏沙山發(fā)電公司脫硝改造工程已列入當(dāng)?shù)刂卮蠼ㄔO(shè)項目規(guī)劃。本改造項目完成后，經(jīng)過地方電力試驗機構(gòu)在運行現(xiàn)場的試驗對比、數(shù)據(jù)測試和研究分析，綜合得出了脫除氮氧化物的效率超過了百分之八十，經(jīng)過脫硝系統(tǒng)后的凈煙氣氮氧化物的排放達(dá)到了國家排放要求。經(jīng)過相關(guān)分析和核算，一臺機組進(jìn)行燃燒調(diào)整減氮和催化劑反應(yīng)脫氮的技術(shù)改造后，每年氮氧化物排放量減少值達(dá)到了4516t，為大容量燃煤機組進(jìn)行環(huán)保改造，實現(xiàn)機組環(huán)保運行，做出了貢獻(xiàn)。

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