某電廠脫硝超凈改造研究

楊力

摘 要：在“十三五”國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格的情況下，進(jìn)行超凈改造是大勢(shì)所趨。豐城電廠積極的進(jìn)行脫硝超凈改造，并進(jìn)行了可行性研究，現(xiàn)將改造思路分享如下。

關(guān)鍵詞：超凈改造；脫硝；電廠

一、背景介紹

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的不斷深入，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)已不斷提高，排放監(jiān)督已愈發(fā)嚴(yán)格。根據(jù)GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，本項(xiàng)目機(jī)組NOx排放濃度應(yīng)執(zhí)行200 mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%氧）的排放標(biāo)準(zhǔn)。豐城某電廠地處中部地區(qū)，計(jì)劃于 2017年前基本完成超低排放改造，即煙塵、SO2、NOX排放濃度分別要求小于10、35、50mg/Nm3，豐城電廠NOx排放濃度須執(zhí)行50 mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%氧）的排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前豐城電廠#1、#2機(jī)組硝裝置運(yùn)行平均NOX出口濃度分別為145 mg/Nm3和143 mg/Nm3。出口濃度基本在50～200mg/Nm3間，其中超過(guò)200mg/Nm3不到3%，現(xiàn)有的脫硝裝置不能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以須對(duì)現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造。

二、脫硝裝置改造方案

目前電廠采用的是低氮燃燒+SCR脫硝工藝，根據(jù)2014年1月至2015年6月的脫硝運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，脫硝入口NOX濃度基本在200～400mg/Nm3范圍之間，平均#1、#2機(jī)組平均NOX濃度約300mg/Nm3，進(jìn)一步低氮燃燒改造空間不大，本次改造技術(shù)路線僅SCR脫硝改造考慮，其余系統(tǒng)盡可能利用現(xiàn)有系統(tǒng)，不作大的調(diào)整。SCR脫硝原設(shè)計(jì)效率為50%，執(zhí)行氮氧化物的排放限值為200mg/Nm3，根據(jù)最新要求2020年達(dá)到排放限值為50 mg/Nm3，本次脫硝改造設(shè)計(jì)效率為87.5%。

（一）SCR反應(yīng)器區(qū)改造

原SCR脫硝裝置每臺(tái)爐設(shè)置2臺(tái)反應(yīng)器，催化劑層采用“2+1”布置，反應(yīng)器設(shè)置在省煤器與空預(yù)器之間的高含塵段，反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置。脫硝入口煙道設(shè)氨噴射裝置，每臺(tái)SCR反應(yīng)器設(shè)置5臺(tái)渦流混合器。由氨氣-空氣混合器來(lái)的混合氣體噴入位于煙道內(nèi)的渦流混合器處，并設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)可根據(jù)煙道進(jìn)出口檢測(cè)出的NOx濃度來(lái)調(diào)節(jié)氨的分配量。每臺(tái)爐設(shè)有一臺(tái)尿素水解反應(yīng)器，布置于脫硝反應(yīng)器鋼架上。

本次改造總體沿用現(xiàn)有布置方式，不作大的調(diào)整。

1）催化劑。#1、#2爐脫硝裝置分別于2013年12月、2014年6月投運(yùn)，初裝兩層催化劑高度585mm（體積189.54m3），目前出口NOX濃度大部分時(shí)間可以控制在200mg/m3左右，難以達(dá)到超低排放要求，必須進(jìn)行改造。通過(guò)加裝一層975mm的催化劑（單臺(tái)爐體積168m3），第二次更換催化劑需在原催化劑達(dá)到化學(xué)壽命后即進(jìn)行，更換高度也為975mm，以后每3年更換催化劑高度均為975mm。

2）吹灰系統(tǒng)。本工程SCR反應(yīng)器采用“蒸汽吹灰+聲波吹灰”聯(lián)合吹灰模式，每臺(tái)反應(yīng)器安裝一套耙式蒸汽吹灰和一套聲波吹灰系統(tǒng)。

每層設(shè)置4只蒸汽吹灰器，布置于反應(yīng)器側(cè)墻上。每臺(tái)爐共24只。

每層催化劑層設(shè)3個(gè)聲波吹灰器，共2層，每臺(tái)反應(yīng)器共設(shè)9只聲波吹灰器（含備用層），每臺(tái)爐共18只聲波吹灰器，布置于反應(yīng)器后墻上。

目前2號(hào)機(jī)組脫硝裝置阻力達(dá)到了1200Pa，存在輕微堵塞現(xiàn)象。電廠因擔(dān)心蒸汽吹灰器損壞催化劑，投運(yùn)后從未運(yùn)行。

為確保超低排放改造后吹灰系統(tǒng)長(zhǎng)久安全可靠運(yùn)行，本次改造每層新增1臺(tái)聲波吹灰器，取消蒸汽吹灰器。因本次改造催化劑高度發(fā)生了變化，為保證吹灰效果，需相應(yīng)調(diào)整聲波吹灰高度位置。

3）尿素水解系統(tǒng)。#1、2機(jī)組尿素水解反應(yīng)器出力為93 kg/h，改造設(shè)計(jì)條件下，單臺(tái)水解反應(yīng)器出口的氨產(chǎn)量需要達(dá)到165 kg/h，出力不能滿足鍋爐BMCR負(fù)荷下出口NOx濃度小于50mg/Nm3設(shè)計(jì)，需進(jìn)行增容改造。根據(jù)電廠實(shí)際情況，保留現(xiàn)有2 臺(tái)水解反應(yīng)器，用于其中一臺(tái)爐的制氨，新增1臺(tái)大容量水解反應(yīng)器（制氨出力為180kg/h），單獨(dú)用于一臺(tái)爐的制氨。

4）氨稀釋噴射系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)計(jì)量模塊能力為單臺(tái)正常流量為46.5 kg/h，調(diào)節(jié)范圍：10%～110%，本次改造后需要流量為132.5kg/h，本次改造每臺(tái)爐更換2臺(tái)計(jì)量模塊，設(shè)計(jì)出力為132.5 kg/h，調(diào)節(jié)范圍：10%～120%。

按照超低排放的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，改造后氨耗量為165kg/h，按照將氣氨稀釋后體積濃度不超過(guò)5%進(jìn)行計(jì)算，所需稀釋風(fēng)流量為4355m3/h，本次改造設(shè)計(jì)稀釋風(fēng)量為4355Nm3/h，原設(shè)計(jì)已不能滿足要求，本次改造整體更換原稀釋風(fēng)管道和閥門，更換氨空氣混合器。考慮原稀釋風(fēng)采用熱一次風(fēng)，易造成稀釋風(fēng)管堵塞，本次改造改用冷一次風(fēng)，在反應(yīng)器下部設(shè)冷風(fēng)加熱管道，一次風(fēng)經(jīng)熱煙氣加熱后，作為稀釋風(fēng)。

5）流場(chǎng)及渦流混合器。渦流混合器應(yīng)根據(jù)流場(chǎng)優(yōu)化和噴氨優(yōu)化調(diào)整進(jìn)行相應(yīng)更換、改造。

（二）還原劑存儲(chǔ)及制備

#1、#2機(jī)組脫硝裝置還原劑采用尿素，原尿素溶液制備和存儲(chǔ)均能滿足改造后的要求，無(wú)需改造。

（三）實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝

#1、#2機(jī)組脫硝設(shè)計(jì)最低連續(xù)運(yùn)行煙溫305℃，最高連續(xù)運(yùn)行煙溫400℃，當(dāng)反應(yīng)溫度低于305℃時(shí)，在催化劑表面會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，NH3與SO3和H2O反應(yīng)生成（NH4）2SO4或NH4HSO4減少與NOx的反應(yīng)，生成物附著在催化劑表面，堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性。

因此，當(dāng)脫硝入口煙溫低于305℃時(shí)，SCR停運(yùn)，根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，低于最低噴氨溫度的時(shí)間占比約4%，即脫硝投運(yùn)率約96%，不能滿足98%要求，要解決上述問題，目前較為成熟的技術(shù)是提高低負(fù)荷時(shí)省煤器出口煙溫。主要技術(shù)方案有：

1）省煤器入口加裝旁路煙道；

2）省煤器水側(cè)旁路系統(tǒng)；

3）省煤器入口熱水再循環(huán)；

4）拆分省煤器。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，在最低穩(wěn)燃負(fù)荷下，SCR最低入口煙溫不小于300℃，正常不小于305℃，機(jī)組可以滿足全負(fù)荷脫硝，因此建議暫不改造，加強(qiáng)運(yùn)行管理和調(diào)整。

三、結(jié)語(yǔ)

在“十三五”國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格的情況下，進(jìn)行超凈改造是大勢(shì)所趨。在京津冀，火電廠已經(jīng)基本完成了超凈改造。在大面積霧霾經(jīng)常發(fā)生的情況下，全國(guó)范圍內(nèi)火電廠實(shí)現(xiàn)超凈改造將有效的改善環(huán)境空氣質(zhì)量，造福子孫后代。

參考文獻(xiàn)：

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