火電廠脫硝改造及對(duì)鍋爐系統(tǒng)影響研究

任 兵

（國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司太原分公司 山西太原 030006）

1 火電廠煙氣脫硝技術(shù)工藝概況

在我國，煤炭約占能源結(jié)構(gòu)的3/4，火電廠則是以煤炭作為主要燃料進(jìn)行電能生產(chǎn)的場所，煤炭在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生煙塵，這是造成大氣污染的根源之一。煙氣脫硝是解決火電廠生產(chǎn)中NOx排放的重要技術(shù)措施。目前國內(nèi)火電廠中使用較為普遍的煙氣脫硝工藝包括干法脫硝和濕法脫硝，前者又分為SNCR和SCR兩種方法，后者主要是臭氧氧化吸收法。煙氣脫硝的基本技術(shù)原理如下：當(dāng)燃料在鍋爐當(dāng)中基本燃燒完畢后，借助還原劑，將氣體中的NOx還原成氮?dú)?。在煙氣脫硝的過程中，還原劑是關(guān)鍵因素，比較常用的有尿素、氨水等。按照催化劑設(shè)備架設(shè)的高度，可將煙氣脫硝工藝細(xì)分為高位煙塵段和低位煙塵兩種，前者具有如下技術(shù)特點(diǎn)：煙氣溫度較高，對(duì)催化劑具有加速和提效的作用，前期投入的資金較少，運(yùn)維費(fèi)用合理，是國內(nèi)火電廠的首選方式。后者最為突出的技術(shù)特點(diǎn)在于能夠顯著減少煙氣中的飛塵含量，但它的構(gòu)建過程復(fù)雜性較高，并且需要投入大量的資金，運(yùn)維費(fèi)用大，所以僅有部分資金和實(shí)力雄厚的大型火電廠應(yīng)用該工藝進(jìn)行煙氣脫硝。

2 火電廠煙氣脫硝改造對(duì)鍋爐系統(tǒng)的影響分析

部分火電廠為提高煙氣脫硝的處理能力和處理效果，采取對(duì)煙氣脫硝裝置進(jìn)行改造的方法，經(jīng)過改造后的煙氣脫硝會(huì)對(duì)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

2.1 對(duì)鍋爐燃燒的影響

在火電廠的鍋爐燃燒系統(tǒng)中，燃燒器是不可或缺的重要組成部分之一，下面重點(diǎn)分析脫硝改造后對(duì)燃燒器運(yùn)行產(chǎn)生的影響程度。采用低氮燃燒器和煙氣脫硝工藝相結(jié)合的改造方案，可對(duì)燃燒煙氣中NOx的含量起到有效地控制作用，從而使其含量進(jìn)一步減少，由此可達(dá)到脫除煙氣中NOx的目的。經(jīng)過改造后，NOx的排放量可控制在60mg/m3以內(nèi)。低氮燃燒的控制原理如下：通過對(duì)NOx產(chǎn)生的抑制，并利用二次燃燒的方式，可使燃燒過程中，NOx的產(chǎn)生量下降40%左右。以國內(nèi)某火電廠為例，該廠有兩臺(tái)鍋爐系統(tǒng)，原本采用的是直流燃燒器，為提高鍋爐的燃燒效率，火電廠經(jīng)過研究后決定對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，采用低NOx燃燒技術(shù)，提到原有的直流燃燒器，具體的改造方案如下：在主燃燒器的上部，分別增設(shè)高位和低位分離燃盡風(fēng)，并增設(shè)還原性氣氛，以此來對(duì)NOx的生成進(jìn)行抑制。對(duì)燃燒器進(jìn)行改造的過程，以不降低鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行效率為原則，對(duì)風(fēng)箱進(jìn)行改造，通過新增燃盡風(fēng)，使煤粉管道保持原有的性能，由此基本不會(huì)對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.2 對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響

某火電廠鍋爐機(jī)組原本采用的是靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，脫硝改造前進(jìn)行煙氣系統(tǒng)阻力測試評(píng)估，通過評(píng)估得出加裝脫硝裝置后，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)出力不能滿足要求。所以脫硝改造過程中也對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造。該廠改造時(shí)將引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓裕量分別設(shè)定為15%和30%。煙氣脫硝改造后，在BMCR的工況下，改造后阻力增大1.35kPa。經(jīng)核算煙氣脫硝改造后，引風(fēng)機(jī)的總阻力增加至5.5kPa。由于該電廠在改造前考慮的不夠全面，使得所選的引風(fēng)機(jī)參數(shù)過大，在實(shí)際運(yùn)行中，煙氣系統(tǒng)的阻力遠(yuǎn)低于計(jì)算阻力，致使風(fēng)機(jī)無法保持在高效的區(qū)域范圍內(nèi)運(yùn)行，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。另外該廠的負(fù)荷率不高，機(jī)組長期在中、低負(fù)荷下運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)效率更低。通過對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行全面勘察后，決定對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行再次改造，以此來提升其運(yùn)行效率。

2.3 對(duì)空氣預(yù)熱器的影響

某火電廠在對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，為滿足加裝脫硝系統(tǒng)的需要，選用的是國產(chǎn)空氣預(yù)熱器。在脫硝系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行后，SCR催化劑的催化效果開始出現(xiàn)下降情況，脫硝過程中，氨氣的噴入量逐步增大，氨氣的逃逸率有所上升。在這一前提下，使得硫酸氫銨的產(chǎn)生量顯著增多，并附著在空氣預(yù)熱器的傳熱部件上，當(dāng)積灰的厚度加大至一定程度時(shí)，換熱通道會(huì)被堵塞，預(yù)熱器的運(yùn)行阻力會(huì)隨之升高，與此同時(shí)，傳熱效率也會(huì)大幅度降低。為防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，并在原有的基礎(chǔ)上，提升空氣預(yù)熱器的運(yùn)行可靠性，決定對(duì)空預(yù)器進(jìn)行改造。

結(jié)語

綜上所述，火電廠在對(duì)煙氣脫硝設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面分析改造過程對(duì)鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，并采取合理可行的改造方案，將對(duì)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的影響降至最低程度，只有這樣，才能使火電廠的生產(chǎn)能效得到保障。