火電廠600mw機組節(jié)能脫硝

高偉 謝月亮

摘要：火力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展極大地滿足了人們工業(yè)生產(chǎn)與生活對電力的需求，但隨之帶來的環(huán)境污染問題也在一定程度上困擾著人們，制約著人們對于“環(huán)境友好型”社會的建設(shè)。近年來相關(guān)工作人員也在制定措施，防治環(huán)境污染。本文以火電廠600mw機組為例，以節(jié)能脫硝為著手點，探討其相關(guān)技術(shù)原理，并對節(jié)能脫硝的相關(guān)步驟進行分析概括，并體會其對于“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會建設(shè)的意義。

關(guān)鍵詞：火電廠；600mw機組；節(jié)能脫硝

一、火電廠600mw機組

眾所周知，火電廠是生產(chǎn)電力和電能的工廠，其基本燃料為不可再生資源，例如煤、石油、天然氣等。其基本生產(chǎn)過程為：煤、石油、天然氣等不可再生燃料在大型鍋爐中充分燃燒，產(chǎn)生相應(yīng)化學(xué)能并推動其轉(zhuǎn)化為熱能，燃燒過程中加入熱水產(chǎn)生的水蒸汽所形成的壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，促使熱能轉(zhuǎn)化為機械能，汽輪機又在蒸汽的壓力下帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，最終將機械能轉(zhuǎn)化為電能，從能量轉(zhuǎn)換的過程來看，燃料能的依次變化為：化學(xué)能、蒸汽熱勢能、機械能、電能，這就是火電廠發(fā)電的基本過程。但是火電廠的發(fā)電絕大部分是以化學(xué)燃料為基礎(chǔ)的，大部分依靠的是煤炭發(fā)電，在發(fā)電過程中自然而然就產(chǎn)生了環(huán)境污染的問題。以600mw機組發(fā)電為例，在其燃燒煤炭與發(fā)電過程中產(chǎn)生的煙塵里面含有大量二氧化氮或一氧化氮，兩者都是有毒有害的物質(zhì)，對環(huán)境以及人的身體健康造成極大危害，而其主要來源就是發(fā)電過程中所產(chǎn)生的硝。因此如何在發(fā)電過程中對排出的煙氣或是鍋爐進行脫硝成為了一個不可回避的技術(shù)性話題。

二、火電廠600mw機組節(jié)能脫硝的原理與步驟

（一）SCR煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)缺點

目前，國內(nèi)大部分火電廠都基本安裝了SCR煙氣脫硝裝置，SCR裝置又被稱為選擇性催化還原，也就是說，國內(nèi)的大部分發(fā)電廠安裝的是選擇性催化還原煙氣脫硝裝置[1]。煙氣脫硝技術(shù)是應(yīng)用于多種氮氧化物或硫氧化物生成化工工業(yè)的一項鍋爐煙氣凈化技術(shù)，而安裝SCR煙氣脫硝裝置是眾多煙氣凈化技術(shù)中最具代表性，也是在國際上應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)。SCR煙氣脫硝技術(shù)的原理即為：向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其他合適的還原劑，利用催化劑（例如鐵、釩、鉻、鈷或鉬等堿金屬）在溫度為200～450℃時將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為氮氣和水。由于氨氣具有選擇性，且只與NOx發(fā)生反應(yīng)，基本上不與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以被稱為選擇性催化還原脫硝。在通常的設(shè)計中，使用液態(tài)純氨或氨水（即氨的水溶液），無論以何種形式使用氨，首先應(yīng)做到的是使氨蒸發(fā)，然后將氨和稀釋空氣或煙氣混合，最后利用噴氨格柵將其噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中。與其他脫硝技術(shù)相比，SCR技術(shù)沒有副產(chǎn)物、不形成二次污染，且裝置結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，具有脫硝效率高、運行可靠、便于維護的優(yōu)點。它是火電廠里應(yīng)用最多、最普遍的煙氣脫硝技術(shù)，脫硝效率可達90%。但與此同時，SCR技術(shù)還具有一些缺點；例如，由于火電廠煙塵廢氣的成分較為復(fù)雜，某些污染物可使催化劑中毒；高分散度的粉塵微?？筛采w催化劑的表面，使其活性下降；煙氣脫硝系統(tǒng)中可能存在一些未反應(yīng)的氨氣和煙塵廢氣中的二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易腐蝕和堵塞設(shè)備的硫酸氨和硫酸氫氨，降低氨的利用率；造成整個系統(tǒng)的投資、運行和維護費用高等問題。

（二）其他方法的節(jié)能脫硝技術(shù)研究

除了運用以化學(xué)反應(yīng)為原理的SCR煙氣脫硝技術(shù)以外，還有一些物理方法，例如采用低氨燃燒技術(shù)[2]。所謂低氨燃燒技術(shù)，指的是在煤炭燃燒的過程中改變?nèi)紵臈l件，從而降低在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化合物的含量；從某種角度來看，這項技術(shù)也可視為脫硝技術(shù)的一種，因為無論是氮氧化物、氨氣還是硝中都含有氮元素。在降低氮氧化合物含量的技術(shù)中低氮燃燒技術(shù)又最為簡單，作為應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，低氮燃燒技術(shù)主要包括空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低過量空氣系數(shù)、煙氣再循環(huán)等。

（1）空氣分級燃燒

空氣分級燃燒技術(shù)在使用的過程中主要是利用對爐膛中的通風(fēng)和燃燒的空間進行設(shè)計，在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)將燃料燃燒的不同階段進行分級，從而達到通入不通種空氣的目的。一般在第一階段的燃燒過程中主要是減少空氣的輸入量，使空氣大約燃燒70%，目的就是使燃料在缺氧的狀態(tài)下進行燃燒，不完全的燃燒會降低燃燒區(qū)域內(nèi)的溫度以及燃燒的速率，從而減少了氮氧化合物的生成速率。在第二階段的燃燒過程中可將剩余的空氣從燃燒器的上方通入，致使在主燃燒的區(qū)域形成富氧燃燒，以便剩余的燃料能夠發(fā)生完全燃燒的現(xiàn)象。該方法可以在各種無煙煤或是劣質(zhì)煤炭中使用。使用該方法，在煙塵形成之前就從根本上杜絕了硝的產(chǎn)生。

（2）燃料分級燃燒

此燃燒技術(shù)是指將燃燒燃料的80%輸送到主燃燒區(qū)域內(nèi)，然后將剩余的燃料輸送到二級燃燒區(qū)域內(nèi)，這樣氮氧化物在該燃燒區(qū)域內(nèi)會被還原成無毒無色無味的氮氣，從而有效抑制氮氧化物和的生成，抑制硝的生成，并且在再燃燒區(qū)域的生成面設(shè)置一些通風(fēng)口，保證能夠在再燃燒區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)完全燃燒，從而達到控制和抑制氮氧化物生成的目的。在該燃燒技術(shù)中主要是對再燃燒區(qū)域內(nèi)的空氣系數(shù)進行控制，通過對空氣系數(shù)的有效控制與把握從而有效控制和把握氮氧化物生成的含量。一般為了有效地保證煤炭能夠完全燃燒，不至于造成資源的浪費，經(jīng)常會在再燃燒區(qū)域內(nèi)通入適當(dāng)?shù)目諝猓缓髮⑷剂线M行三級燃燒，但是在該燃燒的過程中對通風(fēng)系統(tǒng)的要求會比較高[3]。

（3）低過量空氣系數(shù)

這種方法主要概述為一個較為簡單的鑒定氮氧化物排放的方法，該方法在使用的過程中不需要對燃料的結(jié)構(gòu)進行改變，而只需要對燃料的裝置進行改進即可；這樣不僅能夠降低氮氧化合物的排放，同時還能夠提高整個裝置運行的經(jīng)濟效益，對于火電廠的火力發(fā)電的成本節(jié)約與資金投入具有重要意義。降低氮氧化物的排放也是節(jié)能脫硝措施的一種。例如，在鍋爐燃燒的過程中由于過量空氣系數(shù)較低，會導(dǎo)致在化學(xué)燃燒的過程中出現(xiàn)一些未燃盡的現(xiàn)象，進而引起一些未燃燒的物質(zhì)以飛煙的形式外濺，從而降低在鍋爐爐膛中某些區(qū)域內(nèi)形成還原性氣體的可能性，造成爐壁內(nèi)側(cè)發(fā)生一些腐蝕的現(xiàn)象。所以，運用該技術(shù)進行脫硝處理的主要方法就是適當(dāng)?shù)卣{(diào)整過量空氣系數(shù)。

（4）煙氣再循環(huán)

該方法主要指的是煙氣在經(jīng)過循環(huán)風(fēng)的作用后再次進入到燃燒氣流中，因為煙氣自身的溫度低，所以煙氣在進入燃燒氣流中能夠降低火焰的總體溫度，從而有利于煙氣中惰性氣體發(fā)揮作用，沖淡其中氧氣的濃度，減少相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的表面，達到抑制氮氧化合物生成的目的。也就是說，該方法在使用過程中脫硝的效果主要取決于燃燒的種類和燃燒的溫度，具有一定的現(xiàn)實性和可操作性，但運用該技術(shù)卻對火電廠的設(shè)備和進行操作的場地有一定的要求[4]。

三、火電廠600mw機組節(jié)能脫硝的意義

火電廠600mw機組節(jié)能脫硝具有重要意義，一方面，節(jié)能脫硝可以將相關(guān)技術(shù)理念應(yīng)用于實踐中，實踐是檢驗真理的唯一標準，理念落實于行動中，從而真正發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，積累相關(guān)經(jīng)驗；另一方面，節(jié)能脫硝相應(yīng)政府號召，為節(jié)約資源、保護環(huán)境與建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”社會建設(shè)奠定基礎(chǔ)，甚至可以倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進火電廠相關(guān)產(chǎn)能的發(fā)展。

總結(jié)：

火電廠600mw機組節(jié)能脫硝可有效利用SCR煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點，并注重克服其缺點，從空氣狀況、燃料燃燒情況等各方面綜合施策，做到有效控制氮氧化合物的生成，從而達到脫硝的目的。除此之外，這也是火電廠脫硝技術(shù)不斷發(fā)展的一個過程。

參考文獻：

[1]大氣污染控制工程[M].高等教育出版社，郝吉明，2010

[2]煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，蔣文舉，2006

[3]大氣污染控制工程[M].高等教育出版社，郝吉明，馬廣大主編，2002

[4]火電廠熱工自動化控制的應(yīng)用實踐及發(fā)展方向之研究[J].趙天天.建材與裝飾.2015（49）