新時期電廠鍋爐脫硝及改造的研究

王世杰

（大唐魯北發(fā)電有限責任公司，山東 濱州 251909）

脫硝系統(tǒng)是現代電廠運轉工程中必備的輔助裝置，脫硝系統(tǒng)的安裝也是整個節(jié)能減排的重要過程之一。為了與當前環(huán)保要求相符，降低各種污染物的排放量，相關部門和工作人員需要對鍋爐系統(tǒng)進行合理的脫硝改造，這也進一步提升了電廠鍋爐脫硝問題探討的實施意義。因此，各個電廠在發(fā)展過程中需要高度重視該項問題。

1 低NOx 燃燒技術分析

首先是低過量空燃燒技術，該技術通過優(yōu)化燃燒裝置，可以降低氮氧化物的生產量。另外，在該項技術作用之下，可以對整個燃燒裝置進行結構改造，在降低氮氧化物排放量的同時，提升整個裝置運行效率。其次是低氮燃燒器技術，其最大優(yōu)勢就是在燃燒器口處可以實現分級送風，并讓燃料之間保持充分合理性，對氮氧化物產生形成有效的抑制作用。再次是空氣分級燃燒技術，它主要是指對煤粉和空氣進行有效混合，將燃燒過程中所需要的空氣送入燃燒火焰中，徹底降低氮氧化物的排放量。從具體應用角度來說，分級燃燒技術主要包括垂直分級、水平分級兩種。最后是燃料分級技術，可以將整個燃燒過程分成主燃燒區(qū)域和在燃燒區(qū)域，并在煙氣再循環(huán)技術的幫助下，將燃燒產物加入到二次或一次風中，對NOx的生成進行抑制。不同種類的煤產生的NOx排放質量濃度數量如表1所示。

2 電廠鍋爐脫硝技術

2.1 NOx 的產生機理

NOx是鍋爐燃燒物燃燒后的主要產物之一，主要包括NO、NO2、N2O 等。在整個燃煤鍋爐燃燒過程中，產量最多的物質為NO，占排放總量的5%～10%。相關試驗研究表明，燃料型所產生的NOx最高。另外，從電廠實際運行角度來說，整個NOx的控制主要包括鍋爐內部NOx燃燒以及煙氣脫硝兩種。此時，工作人員需要控制好鍋爐內部的氧氣濃度，如果是在低氧狀態(tài)之下，會出現一些中間產物，如HCN、NH3等，可以有效遏制NOx的產生量。站在煙氣脫硝角度來說，可以運用催化劑，調整溫度，為煙氣脫硝的進行提供有利條件，從而對NOx產物進行合理抑制[1]。

表1 NOx 排放質量濃度

2.2 NOx 排放控制技術

首先是爐內的低氮燃燒，該項技術實施主要借助NOx燃燒器進行，最終實現有效的空氣分級。除此之外，新型直流低NOx燃燒器可以在水平彎頭離心應力幫助下實現分離操作。在具體燃燒過程中，各個燃燒器還可以借助有效方式，促使CO、煤粉等物質的充分燃燒，最終實現NOx產生量的有效控制。

其次是SCR 技術，該技術在煙氣脫硝過程中十分常見，可以將整個煙氣溫度控制在350℃左右，之后結合相關催化劑的應用，讓NOx和還原劑發(fā)生氧化還原反應，將污染物變成對空氣無污染的水和氮氣。SCR 技術的應用十分理想，除了抑制NOx產生之外，最終的脫硝效果達到95%左右。但在該項技術應用過程中，需要對SCR 裝置進行合理安裝，很容易對下游鍋爐設備產生不必要的影響。因此，為了確保工作的穩(wěn)定開展，人們需要對下游設備進行合理改造，在滿足SCR 技術應用的同時，確保脫硝工藝效果的有效提升。

2.3 NO2 控制技術

2.3.1 燃燒前的脫硝

在電廠鍋爐脫硝改造過程中，除了脫硝作用之外，還要展示出一定的脫硝功效。為了降低煤中的氮含量，人們可以應用物理、化學等手段，將煤中的含氮量降低40%左右。在我國，煤炭的選擇以物理方式為主，如介質選煤、浮選煤等。整體來看，煤中的氮元素可以通過物理法實現去除操作，而有機成分則需要通過化學法進行，如果人們想要將燃煤中的氮轉化成硝酸鹽，可以采用微生物方式，其效果突出。

2.3.2 燃燒中的脫硝

在煤炭燃燒過程中，內部的氮可以向廢物中實現轉移，從而將NO2的排放量降低。另外，粉煤爐還能實現直接噴鈣，具體的完成機理如下：人們可以將需要噴施的鈣鹽放置在爐膛區(qū)低溫處，整個脫硝率的范圍在30%左右，效率并不明顯。倘若將尾部活化器加入其中，還能起到增濕效果，這樣一來，脫硝率可以達到70%。另外，固氮技術機理主要是在煤的燃燒過程中加入固化劑。在整個燃燒過程中，會產生大量的二氧化氮，如果該氣體可以和固氮劑結合，便能生成硝酸鹽，這些物質會隨著燃燒的進行留在灰渣中，實現穩(wěn)定脫硝。整體來看，在該種固硫技術應用下，脫硝率將會達到40%[2]。

2.3.3 煙氣脫硝

整個脫硝反應所生成的物質包含很多種類型，為了便于研究，電廠可以對煙氣脫硝進行有效分類，常見的方式有濕法、半干法以及干法。其中，濕法的應用范圍最廣，而且它可以分成很多種。在該方法使用過程中，鍋爐內部氣體可以成功通過進口中的擋板，之后進入增壓風機，在經過煙氣換熱器后，再將其吸收到塔內。除此之外，經過脫硝操作后，煙氣會進入除霧器中，將其中的一些小液滴去除干凈，之后排到大氣層。脫硝后，同樣會出現很多副產物，這些副產物在經過真空皮帶脫水等程序后，逐漸變成脫硝石膏。但是，整個脫硝過程中所使用的設備極容易受到腐蝕。因此，脫硝石膏的合理應用，是整個脫硝操作的重點內容。如果二氧化氮的排放量為1.0 t，最終會形成2.7 t 石膏混合物。由于我國整體的脫硝石膏利用率低于10%，因此在整個電廠鍋爐脫硝改造上，脫硝石膏的有效處理成為重點和難點內容。

2.4 電廠鍋爐脫硝工作中存在的問題

SCR 法脫硝和NOx脫硝在整個脫硝工作中具有關鍵作用，但實際應用過程中會出現一系列問題，從而對脫硝質量和效率產生極大影響。SCR 法脫硝很容易出現催化劑失活現象和逃逸問題，而NOx脫硝也會出現以下幾點不足之處：首先，該種方式下氨的利用率明顯下降，更容易對環(huán)境產生污染；其次，如果在工作中出現操作不當等情況，直接導致CO 的生成。

3 新時期電廠鍋爐脫硝改造流程

為了將電廠之中的鍋爐脫硝問題解決，相關管理和工作人員需要做好各個脫硝環(huán)節(jié)的改造工作，將工作中容易出現的弊端克服，提升脫硝工作質量，最大限度降低電廠污染物排放量，具體操作如下：

3.1 鍋爐整體脫硝工藝的改造

在整個電廠鍋爐脫硝改造過程中，人們應該將工作重點放在脫硝效率提升上。從大量研究內容可以看出，燃燒脫硝的實現以主燃區(qū)的空燃比調節(jié)為主。因此，在脫硝實踐環(huán)節(jié)，人們應該明確具體的電廠脫硝要求，實現對可燃物排放的整體控制。與此同時，可燃物的燃燒情況會給整個SCR 性能帶來很大影響，尤其是當SCR系統(tǒng)改造時，需要對相關應用技術進行合理設計，從而實現CO 含量的進一步降低，避免脫硝效率為其帶來負面影響。除此之外，在NOx脫硝改造上，可以從以下幾方面著手：首先，對引風機、除塵器以及空氣預熱等進行合理改造。其次，做好燃燒裝置的改造工作，最終將SCR 脫硝流程的經濟性全面激發(fā)出來[3]。

3.2 相關設備的改造

目前，部分電廠在脫硝操作過程中沒有重視輔助設備。因此，在改造工作開始之前，工作人員應做好輔助設備檢查工作，確保其滿足消防要求，同時對相關參數進行有效設置。另外，在鍋爐脫硝改造過程中，為了實現脫硝效果的全面提升，應該從經濟性和技術性兩方面出發(fā)，實現鍋爐的脫硝改造，為后續(xù)脫硝工作開展創(chuàng)造良好條件。另外，在整個電廠鍋爐脫硝和改造過程中，輔助設備的應用顯得十分重要，涉及的專業(yè)技術更是多種多樣。例如，在具體電廠鍋爐脫硝中，工作人員可以將工作重點放在煙塵排放研究過程中，并根據實際情況，進行除塵器等設備的改造工作，并實現相關設備使用的合理規(guī)劃，避免最終脫硝和改造效果受到影響。通過相關設備改造，電廠鍋爐脫硝工作效果將會更加明顯，效果也十分顯著。

3.3 選擇性催化還原工藝的應用

截至目前，我國很多電廠引進新型的W 型鍋爐，但無論鍋爐種類如何，其脫硝改造均可以劃分成燃燒改造和煙氣脫硝改造兩大類。脫硝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)系統(tǒng)和吹灰系統(tǒng)。站在工作原理角度來說，SCR煙氣脫硝技術主要是將NH3稀釋到標準濃度，隨后與混合氣體一起送到SCR 反應器中，此時如果金屬催化劑和溫度適宜，人們便可以有選擇性地將煙氣中NOx還原成氮氣和水，提升整個脫硝改造效果。當煙氣脫硝裝置正式運行后，人們可以通過完全燃燒將整個電廠脫硝率提升到90%，整個NOx的排放標準也會降低到50 mg/Nm3，實現電廠的優(yōu)化運行[4]。

3.4 脫硝改造過程中的注意事項

電廠鍋爐的脫硝改造，一般都會將改造重點放在脫硝率提升上?？諝夥謱尤紵脑旒夹g的應用與主燃區(qū)域中的化學當量存在很大關系，而且低氮燃燒技術通常會通過降低主燃區(qū)域空燃比實現順利脫硝，該種方式產生的后果就是飛灰中未完全燃燒的碳含量進一步提升。因此，該廠在鍋爐脫硝改造上應該將重點放在可燃物排放控制上。除此之外，還要通過主燃區(qū)的燃燒情況，看是否能夠對SCR 性能產生影響，進而從主燃區(qū)釋放更多的CO，之后對氣體的質量分數進行合理探查，倘若高于1×10-4，SCR 脫硝率便會進一步下降。因此，在具體SCR 系統(tǒng)設計上，需要提升對整個工程設計工作的重視程度。部分電廠還需要實施除塵器和引風機改造，此時，工作人員可以根據具體情況，對方案進行規(guī)劃，避免不協調因素出現，必要時可以通過二次改造將其中影響因素消除。

4 結語

煤炭一直是我國的重要能源之一，在社會經濟發(fā)展過程中起到了重要作用，使用時間較長?，F階段，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，鍋爐煙氣管理已經迫在眉睫。電廠工作人員需要根據具體情況，對脫硝技術進行合理選擇，進一步降低NOx排放量，最終實現電廠周圍環(huán)境的合理改善。