670MW超臨界直流鍋爐脫硝改造及運行調整

摘要：我國“十二五”規劃綱要提出，地級以上城市空氣質量達到二級標準以上的比例達到80%，并對新建火電機組配套脫硫、脫硝裝置進行了規定。為響應國家“節能減排”政策，文章簡要介紹了華電濰坊發電有限公司#4鍋爐的脫硝改造，并對脫硝原理及實際運行調整進行了重點闡述，對火力發電企業的脫硝改造具有一定的指導意義。

關鍵詞：火力發電；節能減排；脫硝改造；運行調整

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0064-02

1 概述

環保部最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）提出NOx排放限制：從2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐及燃氣輪機組執行NOx的排放限值為100mg/m3。而華電濰坊發電有限公司#4機組于2003年11月開工建設，2007年7月投產，沒有裝設脫硝裝置，排放煙氣中NOx濃度500mg/m3（干基，標態，6%O2），不能滿足“標準”要求，必須進行脫硝改造。

2 脫硝原理

采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術，主要原理：還原劑在催化劑的作用下，將火電廠煙氣中產生的氮氧化合物還原成無污染的氮氣和水，其中煙氣中的氮氧化合物主要以NO和NO2為主。脫硝所用的還原劑為NH3。

脫硝的基本反應方程式：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

其反應產物為對環境無害的水和氮氣，但只有在800℃以上的條件下才具備足夠的反應速度，工業應用時須安裝相關反應的催化劑，在催化劑的作用下其反應溫度降至400℃左右，鍋爐省煤器后溫度正好處于這一范圍內，這為鍋爐脫硝提供了有利條件，選用釩鈦鎢/鉬催化劑，型式為板式催化劑。

SCR（脫硝系統）催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過高（>450℃）時催化劑會加速老化；當溫度在300℃左右時，在同一催化劑的作用下，另一副反應也會

發生。

2SO2+O2→2SO2

NH3+H2O+SO3→NH4HSO4

即生成氨鹽，該物質粘性大，易粘結在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運行。因此，只有在催化劑環境的煙氣溫度在320℃～400℃之間時方允許噴射氨氣進行脫硝。

3 改造內容

3.1 煙氣系統

在#4鍋爐省煤器出口煙道和空預器進口煙道之間安裝脫硝裝置。采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，SCR按照入口NOx濃度500mg/Nm3（干基，標態，6%O2）、出口低于100mg/Nm3（干基，標態，6%O2）進行系統整體設計。SCR工藝采用高灰型布置，按“2+1”模式布置催化劑及支撐。備用層在最下層。設2臺SCR反應器，SCR反應器入口采用“U”型煙道，在“U”型結構底部設置灰斗及輸灰系統，保證不發生積灰堵灰。

配置2臺SCR反應器，反應器斷面尺寸為13522×11692mm。反應器設計成煙氣豎直向下流動，反應器入口設氣流均布裝置，反應器內部易磨損的部位采用防磨措施。

催化劑選用板式，催化劑的規格尺寸統一，具備相互替換要求。

3.2 氨的噴射系統及噴氨控制

按每臺SCR反應器設置一套噴射系統，噴射系統即噴氨格柵，靠近省煤器出口煙道布置，在注入格柵前設調節閥，根據SCR反應器進、出口NOx、O2濃度、煙氣溫度、煙氣流量等計算氨的注入量，通過噴氨流量閥調節，并通過相應計算實時監測混合器內的氨濃度。

3.3 氨噴射混合系統

從氣氨緩沖槽出來的氨氣壓力為0.3～0.4MPa，經流量調節閥之后，分兩路分別進入每臺反應器前的氨與稀釋空氣混合器內混合。充分混合的氨/氣壓力為2～4kPa，經由噴氨格柵進入SCR上升煙道內，在煙氣擴散和混合器的作用下，氨氣與煙氣中的NO混合，并在催化劑的作用下進行還原脫硝反應。

3.4 SCR吹灰系統

每臺反應器設蒸汽及聲波吹灰系統，吹灰蒸汽取自#4爐空預器吹灰管道，聲波吹灰壓縮空氣取自#4爐儀用氣母管。每層催化劑設置4臺半伸縮式耙式蒸汽吹灰器，4臺聲波吹灰器，包括備用層，吹灰器控制納入脫硝DCS系統。

3.5 氨區系統

氨區包括卸氨壓縮機、液氨儲罐、液氨泵、液氨蒸發器、緩沖罐、氨氣吸收罐、廢水池、廢水泵等。液氨的供應由液氨槽車運送，利用卸氨壓縮機將液氨由槽車輸入液氨儲罐內。液氨儲罐中的液氨在氣溫高時可以通過自身壓力，輸送到液氨蒸發器內蒸發為氨氣進入氨氣緩沖罐，控制緩沖罐一定壓力0.3MPa，然后送到脫硝SCR區。

4 脫硝系統運行中的調整

4.1 煙氣的調整

在滿足NOx脫除率、氨的逃逸率及SO2/SO3轉化率的性能保證條件下，SCR系統設計最低連續運行煙溫320℃，最高連續運行煙溫400℃。當SCR反應器入口煙氣溫度高于420℃或低于320℃時，應停止噴氨。

SCR反應器內催化劑最高能承受運行溫度450℃（每次不超過5h，一年不超過3次）。

4.2 噴氨量的調整

根據鍋爐負荷、燃料量、SCR反應器入口NOx濃度和脫硝效率調節噴氨量。

當氨逃逸率超過設定值，而SCR反應器出口NOx濃度高于3ppm時，應減少氨氣噴入量，把氨逃逸率降至設計值后，查找氨逃逸率高的原因。

4.3 稀釋風流量的調整

稀釋風流量應使氨/空氣混合物中的氨體積濃度小

于5%。

在氨、空氣混合器內，氨與空氣應混合均勻。

當停止氨噴射時，應隨鍋爐運行一直保持稀釋風系統運行。

4.4 噴氨混合器噴氨平衡優化調整

當脫硝效率較低而局部氨逃逸率過高時，應對噴氨A/B混合器調節門進行調整。

噴氨混合器噴氨平衡優化調整應采取循序漸進的方式進行：首先將脫硝效率調整到設計值的60%左右，根據SCR反應器出口的NOx濃度分布調節噴氨混合器調節門，然后在SCR反應器出口的NOx濃度分布均勻性改善后，逐漸增加脫硝效率到設計值，并繼續調節噴氨支管閥門，使SCR反應器出口的NOx濃度分布均勻。

5 效果

華電濰坊發電有限公司#4機組于2013年7月大修結束，脫硝系統正式投入運行，在BMCR至50%負荷時，脫硝系統裝置性能值主要如下：

脫硝裝置的NOx脫除率：

脫硝率===82%

式中：

C1—脫硝系統運行時脫硝裝置入口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）

C2—脫硝系統運行時脫硝裝置出口處煙氣中NOx含量（mg/Nm3）

脫硝裝置出口的氨氣濃度即氨的逃逸率0.3ppm。

液氨耗量平均650kg/h。

6 結語

通過脫硝改造，NOx含量由500mg/m3降至90mg/m3，脫硝率達到82%以上，超前達到環保要求，但是由于脫硝裝置投入運行時間短，運行調整經驗還需進一步積累，以便更好地服務于大氣污染治理，達到節能減排的要求。

參考文獻

[1] 環保部.火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-

2011）[S].

[2] 山東省環境保護廳.山東省火電廠大氣污染物排放標

準（DB37/664-2013）[S].

[3] 華電濰坊發電有限公司.輔機規程-脫硝部分.

作者簡介：陳偉（1974—），男，山東濰坊人，華電濰坊發電有限公司工程師，研究方向：火力發電節能環保。