淺談煤粉鍋爐的脫硝改造

黃祿全（廣東省湛江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標準與編碼所,廣東 湛江 524000）

淺談煤粉鍋爐的脫硝改造

黃祿全
（廣東省湛江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標準與編碼所,廣東 湛江 524000）

根據(jù)脫硝改造工程實際經(jīng)驗，指出煤粉脫硝改造過程中應(yīng)注重改造前的技術(shù)準備及其具體內(nèi)容，并簡要介紹了脫硝改造常用的幾種技術(shù)及選擇原則。

鍋爐；脫硝改造；選擇原則

1　概述

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，取得了舉世矚目的成就。由于發(fā)展經(jīng)濟，需要消耗大量的化石能源，由此產(chǎn)生的大氣污染物排放量也逐年增加，氮氧化物（以下簡稱NOx）便是其中之一，而NOx的一個重要來源是火電廠的燃煤鍋爐，這些鍋爐當中又以煤粉爐占大多數(shù)，由于種種原因，早期的鍋爐在設(shè)計階段沒有配置脫硝裝置或者所配置的脫硝裝置已不能滿足日益嚴格的環(huán)保標準要求，因此需要進行鍋爐的脫硝改造。

2　煤粉爐脫硝改造的技術(shù)準備

對鍋爐進行脫硝改造，首先需要對鍋爐的設(shè)計、運行狀況有一個全面而深刻的了解，因此需要收集鍋爐的相關(guān)信息。除了應(yīng)收集鍋爐的原始設(shè)計資料如總圖、煙風系統(tǒng)圖、鍋爐構(gòu)架圖、鍋爐房總平面圖、鍋爐設(shè)計說明書、煙風阻力計算書及熱力計算書等外，應(yīng)重點收集如下信息：

（1）鍋爐的改造狀況。包括鍋爐是否經(jīng)過改造、都改了什么地方、改造的目的是什么、改造后對鍋爐有什么影響等，并收集改造的設(shè)計資料，供脫硝改造設(shè)計參考；

（2）鍋爐的運行狀況。重點關(guān)注NOx的初始排放濃度和煙氣的溫度分布及煙風系統(tǒng)的阻力，這些信息可以從中控室的DCS畫面及現(xiàn)場的監(jiān)測儀表獲得，如果沒有，則應(yīng)考慮采用經(jīng)過校準的便攜式儀器儀表進行測量，測量結(jié)果應(yīng)獲得鍋爐使用單位的書面認可。尤其需要清楚的是，NOx的初始排放濃度是根據(jù)什么原理、采用什么設(shè)備進行測量的，測量所得結(jié)果是什么基準狀態(tài)下的值，以確保方案設(shè)計的輸入信息準確無誤，否則一旦出錯，后果不堪設(shè)想；

（3）通過脫硝改造，鍋爐使用單位期望達到的NOx排放目標；（4）鍋爐現(xiàn)場場地空間。由于脫硝改造可能需要新增燃燒裝置、還原劑噴槍、SCR反應(yīng)器、還原劑儲存罐以及泵、管道、閥門、儀表等，因此應(yīng)到鍋爐現(xiàn)場進行勘察，初步確定可供上述設(shè)備布置的大致區(qū)域。

3　煤粉爐脫硝改造的技術(shù)

目前，可供選擇的、成熟的脫硝技術(shù)主要有如下幾種：

（1）低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)通過降低燃燒器區(qū)域溫度及氧濃度等措施減少燃燒過程中產(chǎn)生的NOx，包括空氣分級、燃料分級、煙氣再循環(huán)等技術(shù)，其脫硝效率約為30%~50%。采用低氮燃燒技術(shù)的燃燒設(shè)備則為低氮燃燒器。由于低氮燃燒技術(shù)改造完成后，運行過程中不再需要消耗還原劑等物料，其運行成本與其它技術(shù)相比大大降低，并且不會產(chǎn)生由于氨逃逸造成的二次污染，所以脫硝改造通常都首先考慮采用低氮燃燒技術(shù)。實際工程中比較常用的是低氮燃燒器+空氣分級技術(shù)。

需要注意的是采用低氮燃燒技術(shù)，有可能會造成燃燒后延，火焰中心上升，爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致排煙溫度上升，另外由于降低燃燒溫度及氧濃度，也有可能會造成化學(xué)不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失增加。總而言之，由于采用低氮燃燒技術(shù)，可能會降低鍋爐的熱效率。

（2）選擇性催化還原（SNCR）。該技術(shù)主要通過噴槍將還原劑（如純氨、氨水或尿素等）噴入煙氣中并混合，在煙溫850~1050℃的區(qū)域，NOx被還原劑還原成氮氣（N2）。該技術(shù)的關(guān)鍵是還原劑噴槍的選用及布置，如果布置恰當，則脫硝效果好、效率高，反之，則效果差、效率低，甚至有可能出現(xiàn)脫硝效率為零的情況，因此應(yīng)當引起足夠重視。考慮到鍋爐變負荷導(dǎo)致煙溫發(fā)生改變，噴槍通常都分層布置，層與層的間距除了應(yīng)當綜合考慮反應(yīng)物在適當煙溫區(qū)域停留時間、煙溫、噴槍特性等因素的影響外，還應(yīng)當盡量利用已有的平臺扶梯，達到方便運行操作及檢修維護并且改造工程量小、成本低的目的。需要強調(diào)的是，噴槍的布置還應(yīng)當考慮由于低氮燃燒改造使爐膛出口煙溫發(fā)生改變造成的潛在影響。

對于煤粉爐的脫硝改造，其脫硝效率往往要求達到80%以上，由于該技術(shù)的脫硝效率只能達到30~60%且其氨逃逸率較高易造成二次污染，因此很少單獨采用，通常都與其他技術(shù)組合使用。

（3）選擇性催化還原（SCR）。該技術(shù)主要通過將還原劑（如純氨、氨水或尿素等）噴入煙氣中并混合后，在煙溫為300~420℃時經(jīng)過催化劑層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將NOx還原成氮氣（N2）。該技術(shù)與SNCR的主要區(qū)別除了化學(xué)反應(yīng)溫度區(qū)間不同外，還在于其需要用到催化劑。通過布置多層催化劑，其脫硝效率可以達到90%以上，因此該技術(shù)可以單獨使用，也可以和其他技術(shù)組合使用。由于催化劑價格較高，并且改造過程中需要新增加空間以便對催化劑進行布置，催化劑的使用壽命通常只有2~3年，在脫硝過程中還需要消耗還原劑，因此SCR脫硝技術(shù)的改造及運行成本比前述的脫硝技術(shù)都要高得多，為了節(jié)約成本，采用與其它技術(shù)相結(jié)合的方式往往更適合。

實際煤粉鍋爐的脫硝改造工程，對于中小容量鍋爐，比如130t/h、220t/h，往往采用低氮燃燒+SNCR＋煙道SCR的技術(shù)路線即可達到比較高的脫硝效率，滿足環(huán)保標準要求，此種技術(shù)路線不需要新增SCR脫硝反應(yīng)器，對鍋爐改動相對較小，阻力增加較小，成本較低。對于300MW以上的電站煤粉鍋爐，往往需要布置兩層以上的催化劑才能滿足脫硝要求，由于此種鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，很難在原有的尾部煙道騰出足夠的空間布置催化劑，因此通常都需要在鍋爐尾部新增空間放置催化劑，即SCR脫硝反應(yīng)器，則技術(shù)路線低氮燃燒+SNCR＋SCR或低氮燃燒＋SCR均可行，那種更優(yōu)則需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較。

4　結(jié)論

綜上所述，煤粉鍋爐的脫硝改造首先應(yīng)對鍋爐進行全面考察并充分收集鍋爐的各種信息，然后通過分析、討論及計算，確定出可行的幾種技術(shù)路線，再經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較得到最終采用的技術(shù)路線，這種技術(shù)路線應(yīng)滿足在達到所要求的脫硝效率的前提下，其改造、運行成本低，對鍋爐效率的影響小。

黃祿全（1985—），男，本科，助理工程師。