以國(guó)內(nèi)某電廠7臺(tái)煤粉鍋爐實(shí)現(xiàn)超低排放為指標(biāo)進(jìn)行燃煤電站煙氣脫硝改造，采用低NOx燃燒技術(shù)和爐后選擇性催化還原技術(shù)相結(jié)合的工藝，對(duì)煤粉鍋爐燃燒方式、SCR脫硝系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)等進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，研究了空氣過(guò)量系數(shù)、反應(yīng)器溫度、氨氮摩爾比等對(duì)脫硝效率的影響，并對(duì)改造后系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

結(jié)果表明，溫度控制在360℃附近，過(guò)量空氣系數(shù)在0.9~1.0之間，氨氮摩爾比為1.2時(shí)，SCR脫硝效率達(dá)到90%以上，煙氣出口NOx質(zhì)量濃度在45mg/Nm3以下，煙氣出口溫度為250~280℃之間，符合環(huán)保部門的排放指標(biāo)。

據(jù)中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)，2014年全國(guó)SO2排放總量為1974萬(wàn)t，NOx排放總量為2078萬(wàn)t。如果不合理控制NOx的排放，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，未來(lái)中國(guó)NOx排放量將繼續(xù)增長(zhǎng)。按照目前的發(fā)展趨勢(shì)，到2030年我國(guó)NOx排放量將達(dá)到3540萬(wàn)t，勢(shì)必造成嚴(yán)重的環(huán)境影響。

隨著大氣污染防治法規(guī)的不斷推進(jìn)，《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》越來(lái)越嚴(yán)格，大部分省市推出史上最嚴(yán)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，SO2不超過(guò)35mg/m3、NOx不超過(guò)50mg/m3、煙塵不超過(guò)5mg/m3，全國(guó)火電機(jī)組均在超低排放改造。本文以國(guó)內(nèi)某燃煤電站為實(shí)現(xiàn)超低排放并達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，根據(jù)電廠實(shí)際情況，對(duì)煤粉鍋爐及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造。

1鍋爐概況

該熱電廠共有7臺(tái)鍋爐，建有3臺(tái)(1#~3#)蒸發(fā)量為150t/h的中溫中壓煤粉鍋爐、2臺(tái)(4#、5#)220t/h和2臺(tái)(6#、7#)240t/h的高溫高壓煤粉鍋爐。根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量，配套建設(shè)有3臺(tái)6MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)抽凝式12MW、2臺(tái)25MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)25MW抽背式汽輪發(fā)電機(jī)組。目前，燃煤熱電站/熱電廠7爐7機(jī)鍋爐總蒸發(fā)量為1370t/h，總裝機(jī)容量為105MW。7臺(tái)鍋爐全部建設(shè)了除塵與脫硫設(shè)施，沒(méi)有脫硝設(shè)施。鍋爐及配套除塵、脫硫設(shè)施及污染物排放情況如表1所示。

表1熱電廠污染物治理設(shè)施與排放基本情況

2改造

該系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)是“煤粉鍋爐采用低NOx燃燒器”和“爐后選擇性催化還原法(SCR)”的混合工藝方案。在滿足實(shí)際燃用煤種、鍋爐最大工況(BMCR)的條件下，要求低氮燃燒器改造后的NOx質(zhì)量濃度≤540mg/Nm3；SCR系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)值為580mg/Nm3，還原劑采用液氨，煙氣排放NOx質(zhì)量濃度≤45mg/Nm3，脫硝效率≥90%。主要改造內(nèi)容包括：對(duì)1#~7#鍋爐中的5臺(tái)鍋爐實(shí)施低氮燃燒改造；在鍋爐省煤器出口與空氣預(yù)熱器之間增加SCR反應(yīng)器(共5套，每套催化劑按2+1層配置)，配套建設(shè)液氨儲(chǔ)存制備供應(yīng)系統(tǒng)，并對(duì)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施改造；同時(shí)對(duì)鍋爐燃燒器、除塵器及引風(fēng)機(jī)等進(jìn)行改造。

2.1低氮燃燒器

新型低NOx燃燒技術(shù)以爐內(nèi)影響燃燒的兩大關(guān)鍵過(guò)程(爐膛空間過(guò)程和煤粉燃燒過(guò)程)為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，全面實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化，達(dá)到防渣、燃盡、低NOx一體化的目的。首先將爐內(nèi)大空間整體作為對(duì)象，通過(guò)爐內(nèi)射流合理組合及噴口合理布置，爐膛內(nèi)中心區(qū)形成具有較高溫度、較高煤粉濃度和較高氧氣區(qū)域，同時(shí)爐膛近壁區(qū)形成較低溫度、較低CO和較低顆粒濃度的區(qū)域，使在空間尺度上中心區(qū)和近壁區(qū)特性差異化。在燃燒過(guò)程尺度上通過(guò)對(duì)一次風(fēng)射流特殊組合，采用低NOx噴口或等離子體燃燒器，熱煙氣回流等技術(shù)，強(qiáng)化煤粉燃燒、燃盡及NOx火焰內(nèi)還原，并使火焰走向可控，最終形成防渣、防腐、低NOx及高效穩(wěn)燃多種功能的一體化燃燒技術(shù)。通過(guò)采用該技術(shù)使NOx的排放濃度降低50%~70%，實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐改造后最終NOx質(zhì)量濃度≤45mg/Nm3。

2.2SCR反應(yīng)器

將溫度低于500℃的煙氣通過(guò)導(dǎo)流板通入帶有還原劑及催化劑的垂直反應(yīng)塔內(nèi)，煙氣中NOx與氨、尿素、碳?xì)浠衔锏冗€原劑在催化層中混合，在催化劑的作用下將NOx還原分解成N2和H2O。主要的化學(xué)反應(yīng)為：

根據(jù)3#~7#機(jī)組鍋爐場(chǎng)地的條件，除塵器進(jìn)口煙道上方空間狹窄，SCR脫硝反應(yīng)器布置在鍋爐左側(cè)或右側(cè)空地上。因此1臺(tái)鍋爐裝置1臺(tái)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，每套系統(tǒng)催化劑按2+1層設(shè)置，采用高灰型SCR布置方式。

對(duì)于SCR系統(tǒng)的入口和出口煙道，使用新的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)支撐鍋爐鋼架，在2個(gè)立柱之間設(shè)置非金屬補(bǔ)償器以進(jìn)行相對(duì)隔離。SCR反應(yīng)器選用蜂窩式釩鈦鎢催化劑，正常工況下催化劑化學(xué)壽命要求超過(guò)24000h，并且機(jī)械壽命要求在10年以上。反應(yīng)器主要性能參數(shù)如表2所示。

表2SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3引風(fēng)機(jī)改造

原有引風(fēng)機(jī)已達(dá)到額定出力，無(wú)富余量。本次新增SCR系統(tǒng)和電除塵改為布袋除塵器后，其煙氣系統(tǒng)阻力增加約2.5kPa，原有引風(fēng)機(jī)壓頭不能滿足煙氣系統(tǒng)改造后的要求，需對(duì)原有引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。在保持原有風(fēng)量(1#~3#鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)量197000m3/h，4#~5#鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)量260000m3/h，6#~7#鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)量280000m3/h不變的情況下，將1#~5#鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓從4.8kPa改至7.2kPa，6#~7#鍋爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓從4.5kPa改至7.0kPa。

3運(yùn)行性能分析

本次改造通過(guò)在SCR反應(yīng)器入口處和出口處增添溫度測(cè)試點(diǎn)及NOx質(zhì)量濃度測(cè)試點(diǎn)，分析了不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐NOx轉(zhuǎn)化率影響、不同煙氣溫度對(duì)SCR反應(yīng)器脫硝效率的影響、不同煙氣溫度對(duì)SCR反應(yīng)器氨逃逸率的影響和不同氨氮摩爾比對(duì)脫硝效率的影響，其結(jié)果如圖1~圖4所示。

圖1過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)鍋爐NOx轉(zhuǎn)化率影響

圖2煙氣溫度對(duì)脫硝效率的影響

圖3不同煙氣溫度和氨氮比的氨逃逸量

圖4不同煙氣溫度和氨氮比的脫硝效率

由圖1可知，隨著空氣過(guò)量系數(shù)的增加，NOx轉(zhuǎn)化率逐漸升高，空氣過(guò)量系數(shù)為1.4時(shí)，其最高轉(zhuǎn)化率約為60%。圖2表明，隨著SCR反應(yīng)溫度的增加，SCR脫硝效率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，約365℃時(shí)，脫硝效率最高。圖3給出了氨氮摩爾比和氨逃逸率的關(guān)系，可以看出，溫度為380℃時(shí)，氨的逃逸量較低，約為5×10-6；然而，隨著反應(yīng)溫度的降低，氨逃逸呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，特別是當(dāng)氨氮摩爾比的較高時(shí)，氨逃逸量更多。圖4為氨氮摩爾比與脫硝效率的關(guān)系圖，可以看出，隨著氨氮摩爾比的增加，脫硝效率逐漸升高，隨著反應(yīng)溫度的增加，脫硝效率亦逐漸增加。通過(guò)調(diào)試分析得出，當(dāng)溫度控制在360℃左右，過(guò)量空氣系數(shù)在0.9~1.0之間，氨氮摩爾比為1.2左右時(shí)，電廠SCR系統(tǒng)的脫硝效率能達(dá)到90%以上，實(shí)現(xiàn)煙氣出口NOx質(zhì)量濃度在45mg/Nm3以下，含氧量在6%~8%，出口SO2質(zhì)量濃度15mg/Nm3以下，煙氣出口溫度為250~280℃，符合環(huán)保部門的排放指標(biāo)。

4經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益

本項(xiàng)目鍋爐均為煤粉鍋爐，采用低NOx燃燒加SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，使煙氣NOx排放質(zhì)量濃度<50mg/Nm3，將原有電除塵器改造為布袋除塵器，使煙塵排放質(zhì)量濃度<20mg/Nm3。本工程實(shí)施后NOx由改造前的10262t/a減少到1109t/a，每年可減少NOx排放量9153t。

煙塵排放量由改造前的1685t/a減少到222t/a，每年減少煙塵排放量1463t。根據(jù)規(guī)定，每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)為0.6元，本辦法中規(guī)定NOx的污染當(dāng)量值為0.95，煙塵的污染當(dāng)量值為2.18。項(xiàng)目實(shí)施后，每年減少排污費(fèi)用618.35萬(wàn)元，不僅大大改善了大氣環(huán)境，帶來(lái)良好的環(huán)境效益與社會(huì)效益，也為企業(yè)減少了巨額排污費(fèi)用，達(dá)到了改造的目的。

5結(jié)論

隨著國(guó)家對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，燃煤電廠煙氣脫硝改造勢(shì)在必行。對(duì)于一些老機(jī)組，設(shè)備老化，改造難度較大，脫硝技術(shù)對(duì)于不同電廠出現(xiàn)不同問(wèn)題，很難達(dá)到理想脫硝效率。研究發(fā)現(xiàn)，隨著空氣過(guò)量系數(shù)的增加，NOx轉(zhuǎn)化率逐漸升高。

隨著SCR反應(yīng)溫度的增加，SCR脫硝效率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。溫度為380℃時(shí)，氨的逃逸量較低，約為5×10-6；然而，隨著反應(yīng)溫度的降低，氨逃逸呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。隨著氨氮摩爾比的增加，脫硝效率逐漸升高，隨著反應(yīng)溫度的增加，脫硝效率亦逐漸增加。改造后采用低NOx燃燒加SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，脫硝效率達(dá)到90%以上，NOx出口質(zhì)量濃度低于45mg/Nm3，符合環(huán)保部門的排放指標(biāo)。