OFA與SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)在600MW超臨界“W”型火焰鍋爐上的應(yīng)用研究

王永豪

（國電滎陽煤電一體化有限公司，河南 滎陽 450199）

據(jù)國家環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，2011年全國氮氧化物排放總量2404．3萬噸，2012年全國氮氧化物排放總量為2337．8萬噸，已充分體現(xiàn)了國家節(jié)能減排工作的初步成效和決心。為滿足國家和地方環(huán)保法規(guī)，改善本地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，確保電力與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，火力發(fā)電廠鍋爐煙氣脫硝迫在眉睫。由于某電廠為“W”型火焰鍋爐，該鍋爐爐膛溫度高，氮氧化物生成濃度較高，所以必須采用先降后脫的方案，即OFA（Over Fire Air：燃盡風(fēng)）與SCR（Selective Catalytic Reducation：選擇性催化還原）聯(lián)合脫硝技術(shù)。

1 脫硝技術(shù)選擇

1.1 氮氧化物生成機(jī)理

煤燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），在煤燃燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件有關(guān)。研究表明，在煤的燃燒過程中生成NOx的主要途徑有三個(gè)：熱力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx。

根據(jù)熱力型NOx的生成過程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛中燃燒溫度，并避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型NOx的生成。

快速型NOx主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度較低的富燃料區(qū)，多發(fā)生在內(nèi)燃機(jī)的燃燒過程。而在燃煤鍋爐中，其生成量很小。

燃料型NOx是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生的NOx的主要途徑。研究燃料型NOx的生成和破壞機(jī)理，對(duì)于控制燃燒過程中NOx的生成和排放，具有重要的意義。

1.2 脫硝技術(shù)分類

目前控制NOx排放的措施大致分為三類，一類是低NOx燃燒技術(shù)，通過各種技術(shù)手段，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，來降低NOx排放；另一類是爐膛噴射脫硝技術(shù)；第三類是煙氣脫硝技術(shù)。對(duì)低NOx燃燒技術(shù)的要求是，在降低NOx的同時(shí)，使鍋爐燃燒穩(wěn)定，且飛灰含碳量不能超標(biāo)。爐膛噴射脫硝實(shí)際上是在爐膛上部噴射某種物質(zhì)，使其在一定的溫度條件下還原以生成的NOx，以降低NOx的排放量，目前還不成熟。

煙氣脫硝技術(shù)又分為干法、濕法。

干法煙氣脫硝技術(shù)包括選擇性催化脫硝法（SCR）、選擇性非催化脫硝法（SNCR）、電子束照射法和電暈放電等離子體同時(shí)脫硫脫硝法。

濕法煙氣脫硝雖然效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜，用水量大，并有水的污染，因此燃煤鍋爐很少采用。

對(duì)上述幾種不同的煙氣脫硝工藝進(jìn)行技術(shù)比較，比較結(jié)果見表1。

1.3 超臨界“W”型火焰鍋爐簡介

該電站采用北京巴布科克·威爾克斯公司制造的B&WB-1950/25．4-M型超臨界“W”型火焰鍋爐，采用雙進(jìn)雙出磨正壓直吹式冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤種和校核煤種Ⅰ為無煙煤，校核煤種Ⅱ?yàn)樨毭骸?/p>

表1 煙氣脫硝工藝比較表

鍋爐采用尾部雙煙道布置，煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，噴水減溫控制過熱汽溫，配2臺(tái)容克式三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。除塵設(shè)備采用2臺(tái)雙室四電場靜電除塵器，煙氣除塵后經(jīng)脫硫系統(tǒng)進(jìn)入煙囪。鍋爐采用干式除渣系統(tǒng)，配干式排渣機(jī)一臺(tái)。

1.4 低氮燃燒與煙氣脫硝并用（先降后脫）

“W”型火焰超臨界燃煤機(jī)組NOx等污染物排放量較高，均在1000mg/Nm3以上，難以滿足我國新的排放標(biāo)準(zhǔn)， 根據(jù)國家環(huán)保部發(fā)布的《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》的要求，低氮燃燒技術(shù)應(yīng)作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)。當(dāng)采用低氮燃燒技術(shù)后，氮氧化物排放濃度不達(dá)標(biāo)或不滿足總量控制要求時(shí)，應(yīng)建設(shè)煙氣脫硝設(shè)施。

2 低氮燃燒技術(shù)改造

2.1 低氮燃燒技術(shù)改造概況

（1）“W”型火焰鍋爐低NOx燃燒技術(shù)改造，解決燃盡的主要措施是提高煤粉細(xì)度、提高燃燒區(qū)溫度、延長煤粉在燃燒區(qū)的停留時(shí)間、分級(jí)送入二次風(fēng)。其主要改造手段也有三個(gè)方面：一是對(duì)煤粉分離器進(jìn)行改造，調(diào)整分離器折向擋板，提高煤粉細(xì)度；二是調(diào)整燃燒器旋向和燃燒器二次風(fēng)量擋板開度，均衡燃燒器整體溫度，但要降低溫度峰值，實(shí)現(xiàn)火焰中心在下爐膛合適位置，延長煤粉在燃燒區(qū)的停留時(shí)間，加強(qiáng)煤粉燃盡；三是對(duì)分級(jí)風(fēng)噴口進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)下爐膛分級(jí)配風(fēng)。

（2）“W”型火焰鍋爐低NOx燃燒技術(shù)改造最核心最關(guān)鍵的技術(shù)就是增設(shè)OFA（燃盡風(fēng)）。在上爐膛入口（即燃燒器層上部）的前后墻各增加燃盡風(fēng)噴口12個(gè)，左右側(cè)墻各增加燃盡風(fēng)噴口2個(gè)，一共28個(gè)燃盡風(fēng)噴口。該燃盡風(fēng)從鍋爐二次風(fēng)箱引出，從根本上實(shí)現(xiàn)了分級(jí)配風(fēng)，最大限度地降低NOx生成。這是因?yàn)樵谌紵鞒隹谔幍拿悍壑饏^(qū)域，氧氣濃度較高，溫度較高，十分有利于NOx的生成，燃盡風(fēng)投運(yùn)后，送入主燃燒區(qū)的空氣量減少，主燃燒區(qū)的過量空氣系數(shù)小于1，使得該區(qū)域的溫度水平下降，大大減少了熱力型NOx的生成；同時(shí)送入主燃燒區(qū)的氧氣量減少，主燃燒區(qū)處于還原性氣氛中，也在一定程度上抑制了NOx的生成。

2.2 低氮燃燒技術(shù)改造后試驗(yàn)結(jié)果分析

使用試驗(yàn)煤種，在機(jī)組負(fù)荷600MW、480MW 和320MW三個(gè)工況下，省煤器出口6%O2折算后平均NOx 排放濃度分別為 626．1mg/Nm3、596．6mg/Nm3、553．6mg/Nm3。各工況下NOx排放濃度均比改造前降低30%～40%。

3 SCR工藝應(yīng)用

選擇性催化還原法（SCR）脫硝效率可以達(dá)到85%以上，可在較低的溫度范圍內(nèi)（300～420℃）完成催化還原反應(yīng)，對(duì)煤種及鍋爐負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行簡單，在目前全世界脫硝工藝中占據(jù)主導(dǎo)地位。目前脫硝布置中采用最多的布置方式為高灰段布置方式，即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間。綜合上述，根據(jù)技術(shù)先進(jìn)，工藝成熟，經(jīng)濟(jì)合理，有工業(yè)業(yè)績，脫硝效率高的原則，最終采用SCR煙氣脫硝技術(shù)。催化劑采用“3+1”層催化劑布置方式，還原劑采用液氨。

SCR工藝是向鍋爐煙氣中噴入氨氣（NH3）作為還原劑，使用氧化鈦、氧化鐵、佛石、活性碳等催化劑，在300～420℃較低的工作溫度下，將NOx還原為無害的N2和H2O。

4 OFA與SCR聯(lián)合應(yīng)用脫硝效果分析

鍋爐經(jīng)過低氮改造后，滿負(fù)荷情況下平均NOx排放濃度為626．1 mg/Nm3，此濃度即為脫硝入口NOx濃度。各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表2。

表2 OFA與SCR聯(lián)合應(yīng)用脫硝效果分析

（1）三個(gè)試驗(yàn)工況下，經(jīng)過低氮和脫硝共同作用后，煙氣中NOx的排放濃度降為105．1 mg/Nm3、91．2 mg/Nm3、83．7 mg/Nm3，在低氮改造的基礎(chǔ)上，脫硝效率分別為 83．2%、84．7%、84．9%。

（2）三個(gè)試驗(yàn)工況下，修正后的鍋爐熱效率分別為 92．59%、92．88%、92．54%，均均高于原鍋爐效率性能保證值91．54%。

（3）三個(gè)試驗(yàn)工況下，空預(yù)器出口CO排放濃度分別為21/25ppm、25/21ppm、16/18ppm；灰渣平均含碳量分別為 3．02%、2．36%、1．64%；經(jīng)進(jìn)風(fēng)溫度修正后排煙溫度為 133．1℃、128．4℃、120．8℃。

5 結(jié)論及建議

低氮燃燒改造從穩(wěn)燃、燃盡、降NOx的角度出發(fā)，以O(shè)FA為核心，最大限度地降低了爐膛內(nèi)氮氧化物的生成量。NOx生成濃度由原來的1100 mg/Nm3降至不足700 mg/Nm3，氮氧化物生成量減少30%～40%。

SCR脫硝技術(shù)通過噴氨口連續(xù)噴氨、催化劑催化還原的方式將省煤器出口煙氣中氮氧化物濃度從600 mg/Nm3左右降至100 mg/Nm3左右，脫硝效率高達(dá)83%以上。

OFA及SCR相結(jié)合的脫硝技術(shù)在600MW超臨界“W”型火焰鍋爐上得到應(yīng)用，經(jīng)過測試，脫硝效率完全達(dá)到了設(shè)計(jì)的效率，滿足了國家環(huán)保部門對(duì)氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)鍋爐效率沒有降低，CO排放濃度、灰渣平均含碳量及排煙溫度也在正常范圍之內(nèi)。

機(jī)組脫硝采用液氨作為還原劑，在一定程度上容易造成氨逃逸；煙氣中的SO2在經(jīng)過脫硝催化劑的過程中經(jīng)過催化劑的作用會(huì)有SO3產(chǎn)生；逃逸的氨在與煙氣中的SO2或SO3結(jié)合容易形成銨鹽，銨鹽附著在空氣預(yù)熱器上容易造成空預(yù)器堵塞，威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。建議電站燃煤鍋爐所用煤種硫分不要太高，嚴(yán)密監(jiān)視氨逃逸率。

[1]蘇亞欣, 毛玉如, 徐璋．燃煤氮氧化物排放控制技術(shù)[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2005-4．

[2]孫克勤，鐘秦．火電廠煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2007-2．

[3]閻維平．潔凈煤發(fā)電技術(shù)（第二版）[M]．中國電力出版社，2010-2．

[4]國電環(huán)境保護(hù)研究院．國電滎陽煤電一體化有限公司2×600MW機(jī)組煙氣脫硝項(xiàng)目可行性研究報(bào)告．

[5]北京巴布科克·威爾科克斯有限公司．B&WB-1950/25．4-M鍋爐說明書．

[6]河南恩湃高科集團(tuán)有限公司．國電滎陽煤電一體化有限公司1#鍋爐低氮燃燒器改造后性能試驗(yàn)報(bào)告．