為進(jìn)一步降低NOX排放量，全面提升燃煤火電機(jī)組環(huán)保效益，針對(duì)300MW“W”型電廠鍋爐的特性及NOX形成機(jī)理，本文提出了合理的脫硝改造工程方案以及改造后的影響，并闡述了SCR煙氣脫硝技術(shù)影響因素及實(shí)際運(yùn)行調(diào)節(jié)工況中易出現(xiàn)的問題和注意事項(xiàng)。
引言
現(xiàn)今我國(guó)大氣污染日益嚴(yán)重，尤其是處于燃用化石燃料較多的華北華東區(qū)域霧霾天氣頻發(fā)，環(huán)保要求呼聲愈來愈高，而作為大氣污染重最主要的成分就是NOX,采用煙氣脫硝技術(shù)控制NOX排放已成為我國(guó)發(fā)電廠的必然趨勢(shì)。2011年國(guó)家環(huán)保部頒布了新一期的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，特別規(guī)定：現(xiàn)有W型火焰鍋爐機(jī)組自2014年7月1日起氮氧化物排放必須在200mg/Nm3以內(nèi)。SCR法煙氣脫硝裝置主要由脫硝反應(yīng)劑制備系統(tǒng)和反應(yīng)器本體組成。通過向反應(yīng)器內(nèi)噴入脫硝反應(yīng)劑NH3,將NOx還原為氮?dú)?，降低Nox的排放，實(shí)現(xiàn)減排的目標(biāo)。
1設(shè)備概況
國(guó)電菏澤發(fā)電公司二期工程2×300MW機(jī)組，配備了英國(guó)MitsuiBabcock公司生產(chǎn)的“W”型火焰鍋爐。該鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單汽包鍋爐，蒸發(fā)量為1025t/h。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為85%無煙煤+15%半無煙煤，其煤質(zhì)如下：Car=60.3%、Har=2.23%、Oar=3.36%、Nar=0.89%、Sar=0.76%、Mt=8.75%、Aar=23.71%、Vdaf=11.36%、AR(固定碳)=59.87%、Qgr•nr=22857kj/kg、Qnet•ar=22317kj/kg。鍋爐配備正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)、2臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)、3臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)。由于W型火焰鍋爐燃用的煤種是無煙煤、貧煤，需要極高的爐膛溫度、較高的氧量和較長(zhǎng)的燃燒火焰才能把煤粉充分燃盡，因此帶來的問題是NOx排放值很高，NOx排放量1000~~1600mg/Nm3(O2=6%)，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
2.SCR法煙氣脫硝技術(shù)介紹
SCR(SelectiveCatalyticReduction)——選擇性催化還原法脫硝技術(shù)是在催化劑(如V2O5-TiO2)作用下，向溫度約280～420℃的煙氣中噴入氨，將NOX還原成N2和H2O。它沒有副產(chǎn)物，不形成二次污染，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且脫除效率高(可達(dá)90%以上)，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
3.SCR在“W”型鍋爐上的應(yīng)用
3.1工程概述
脫硝系統(tǒng)采用一爐兩個(gè)反應(yīng)器。分別設(shè)置氨噴射系統(tǒng)、稀釋風(fēng)機(jī)、煙道、催化劑、吹灰系統(tǒng)等，公用系統(tǒng)歸入現(xiàn)役三期機(jī)組脫硝工程，在計(jì)煤種及校核煤種、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下，催化劑層數(shù)按3+1(初裝+備用)設(shè)置,初裝三層催化劑時(shí)(如下圖所示)
3.2工程實(shí)施
本工程脫硝系統(tǒng)根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)結(jié)合改造布置空間環(huán)境因素，不設(shè)置煙氣旁路系統(tǒng)，不考慮省煤器高溫旁路系統(tǒng)。該工程主要包括氨區(qū)(公共部分)和SCR反應(yīng)區(qū)，脫硝反應(yīng)系統(tǒng)主要是由煙氣系統(tǒng)、稀釋風(fēng)機(jī)、氨、空氣混合系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器、催化劑、吹灰及控制系統(tǒng)組成。氨氣和空氣在混合器和管路內(nèi)進(jìn)行稀釋、均勻混合后，通過氨噴射系統(tǒng)與煙氣在省煤器出口處接觸，經(jīng)靜態(tài)混合器與煙氣充分混合，進(jìn)入省煤器出口的兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行脫硝反應(yīng)(如圖2、圖3所示)。
3.3工程設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)
NOx脫除率不小于85%，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%;脫硝裝置催化劑按三層設(shè)置，預(yù)留一層的空間。在附加層催化劑投運(yùn)前，NOx脫除率按不小于83.4%考慮，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%;煙氣出口NOx含量不大于200mg/Nm3;從脫硝系統(tǒng)入口到出口之間的系統(tǒng)壓力損失在性能考核試驗(yàn)時(shí)不大于(980)Pa(設(shè)計(jì)煤種，100%BMCR工況，不考慮附加催化劑層投運(yùn)后增加的阻力);從脫硝系統(tǒng)入口到出口之間的系統(tǒng)壓力損失不大于(1180)Pa(設(shè)計(jì)煤種，100%BMCR工況，并考慮附加催化劑層投運(yùn)后增加的阻力)?；瘜W(xué)壽命期內(nèi)，對(duì)于SCR反應(yīng)器內(nèi)的每一層催化劑，壓力損失應(yīng)保證增幅不超過20%。在滿足NOx脫除率、氨的逃逸率及SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的性能保證條件下，供方保證SCR系統(tǒng)具有正常運(yùn)行能力。最低連續(xù)運(yùn)行煙溫300℃;最高連續(xù)運(yùn)行煙溫420℃。在設(shè)計(jì)條件下，且煙氣中NOx濃度不大于1200mg/Nm3時(shí)，SCR出口保證NOx濃度不大于200mg/Nm3，承包方保證系統(tǒng)氨耗量不超過421kg/h(每臺(tái)爐)。
4.SCR運(yùn)行效果
在實(shí)際運(yùn)行中，氨氣/空氣混合氣體，氨濃度范圍為3%~~5%，稀釋風(fēng)量一定，額定風(fēng)量為4820m3/h。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)兩側(cè)氨流量閥來控制氨濃度，從而保證負(fù)荷在170~~300MW變化間脫硝效率均能維持在70%以上(如下表1)，出口煙氣NOx濃度降至200mg/Nm3，并且在氨逃逸不超出空預(yù)器所承受值的情況下，可以適當(dāng)設(shè)定出口出口煙氣NOx濃度，以降低NOx總的排放量，減輕對(duì)大氣環(huán)境的污染。
5.SCR裝置運(yùn)行注意事項(xiàng)及其建議
該方法存在以下問題：催化劑的時(shí)效和煙氣中殘留的氨。為了增加催化劑的活性，應(yīng)保證催化劑表面清潔度，否側(cè)會(huì)影響脫NOx效果。逃逸殘留的氨與SO2反應(yīng)生成(NH4)2SO4，NH4HSO4很容易對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行粘污，對(duì)空氣預(yù)熱器影響很大。為此，在實(shí)際運(yùn)行過程中要注意一下幾個(gè)問題：
5.1加強(qiáng)爐前燃料摻配，確保S和N含量穩(wěn)定，避免因煙氣中NOx、SOX波動(dòng)大，致使噴氨量波動(dòng)大。逃逸率高，生成(NH4)2SO4，NH4HSO4，而對(duì)空預(yù)器運(yùn)行帶來嚴(yán)重危害。為此，建議采用耐磨損抗腐蝕的冷段蓄熱元件采用搪瓷材料的空氣預(yù)熱器。
5.2確保SCR反應(yīng)區(qū)溫度在300-420℃。超過此溫度范圍，隨反應(yīng)溫度提高，溫度繼續(xù)升高會(huì)使NH3氧化而使脫硝率下降;反應(yīng)溫度過低,煙氣脫硝反應(yīng)不充分，易產(chǎn)生NH3的逃逸。建議，在開停機(jī)和極低負(fù)荷工況下注意監(jiān)視其溫度，超出其溫度區(qū)間范圍切除脫硝島。
5.3聲波吹灰器要正常投入，確保吹灰效果。每臺(tái)爐兩臺(tái)SCR反應(yīng)器，每臺(tái)反應(yīng)器現(xiàn)在安裝催化劑三層，預(yù)留一層，每層安裝聲波吹灰器3臺(tái)，每臺(tái)鍋爐共18個(gè)聲波吹灰器，用氣引自脫硝儀用壓縮空氣。
SCR聲波吹灰器按煙氣流向由上至下順序開啟各吹灰器的吹掃電動(dòng)門進(jìn)行吹掃。吹掃時(shí)每層反應(yīng)器兩臺(tái)吹灰器同時(shí)吹掃，吹灰頻率為每1.1min吹灰1次，每10.67分鐘循環(huán)吹掃一次。
5.4自動(dòng)保安系統(tǒng)運(yùn)行正常，投入良好，確保安全。液氨，有毒，具有刺激性氣味，當(dāng)與空氣混合濃度達(dá)到16～25%時(shí)，遇火可爆炸，屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。因此無論在氨區(qū)還是在SCR反應(yīng)區(qū)都裝設(shè)了報(bào)警及自動(dòng)切斷系統(tǒng)，以防止人員中毒、火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生。
6.結(jié)論
SCR法煙氣脫硝技術(shù)的改造實(shí)施有效脫出了煙氣中的氮氧化物，對(duì)消除大氣污染和保護(hù)碧水藍(lán)天具有重大意義。同時(shí)，也為其后的除塵工藝改進(jìn)和效率提高(如將電除塵器改造為電-袋混合式除塵器)提供了廣闊空間。盡管運(yùn)行中存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際運(yùn)行中，通過合理控制調(diào)節(jié)，精心監(jiān)視和操作，對(duì)鍋爐乃至整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行不會(huì)造成大的影響。
