燃煤電廠煙氣超低排放中的脫硝設計優化探討

王鳳榮

摘 要：鍋爐脫硝系統，應納入電站主體系統一并優化，方能適應越來越嚴格的環保排放及設備安全運行及節能增效的要求。文章介紹了稀釋風系統、SCR反應器、尿素催化水解等系統優化具體方法。

關鍵詞：鍋爐脫硝;系統優化;探討

中圖分類號： X701.7 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-188-2

0 ?引言

近來，全國大面積霧霾天氣的持續加重，環保部門加大了對燃煤電站煙氣處理的管理力度。被稱為“史上最嚴”的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）實施不久， 2014年9月12日，國家發展改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發改能源（2014）2093號），要求東部11個省市新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3），中部地區8省市新建機組原則上接近或達到燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值。2015年12月11日，國家發展改革委員會、環境保護部、國家能源局又聯合下發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》（環發[2015]164號文），推動《行動計劃》“提速擴圍”：到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3）。全國有條件的新建燃煤發電機組達到超低排放水平，加快現役燃煤發電機組超低排放改造步伐，將東部地區原計劃2020年前完成的超低排放改造任務提前至2017年前總體完成;將對東部地區的要求逐步擴展至全國有條件地區，其中中部地區力爭在2018年前基本完成，西部地區在2020年前完成。

為了滿足日益嚴格的環保排放要求，大型燃煤電廠煙氣脫硝系統90%以上采用的是選擇性催化還原法（SCR），還原劑則根據當地部門的要求，選擇液氨、尿素或者氨水。

目前，常見脫硫系統的方案是：稀釋分系統采用的是獨立的系統，SCR反應裝置是作為一個設備安裝在鍋爐鋼架上，并沒有將脫硝與電站主體系統相結合，給系統運行安全帶來了一定的安全隱患，同時也在一定程度上提高了工程造價，不利于系統節能。以下就結合電站主體系統，對稀釋風系統設置、SCR裝置膨脹設計以及尿素制備還原劑等方面，進行系統優化。

1 ?稀釋風系統優化

目前，SCR脫硝技術的稀釋風均采用獨立的稀釋風機提供（見圖1），這種配置方案的優點是脫硝系統運行與電廠主體設備獨立運行，但由于設置了獨立的稀釋風機，造成系統復雜，耗電量大，且投資也高些。同時由于稀釋風機一般布置在SCR鋼結構上，其運行時的振動對SCR的安全造成一定的影響;增加了的噪音源，對周邊環境造成一定的影響。

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圖1

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圖2

由于脫銷稀釋風量大約為鍋爐送風機或者一次風機風量的1.2%～1.5%，且鍋爐一次風機的壓頭一般宜能滿足稀釋風的需要。優化方案建議取消稀釋風機，在鍋爐送風機或一次風機出口風道引一路風道至氨/空混合器入口，稀釋風由鍋爐本體送風機或一次風機提供。為了防止鍋爐啟動時確保顆粒物不進入氨噴射格柵（AIG），需要引入一路壓縮空氣，在引風機啟動后且送風機啟動前，氨/空混合器噴嘴有空氣噴出。優化后的系統圖見圖2。

2 SCR裝置膨脹指示器的設置

眾所周知，鍋爐啟動過程中，影響設備安全的主要有整體系統的膨脹以及鍋爐密封等，故在鍋爐本體多個位置設置了膨脹指示器，在鍋爐啟動時，要對鍋爐的膨脹進行跟蹤監測，只有鍋爐整體膨脹按照預先設計好的方向及位移量進行，才能保證鍋爐本體的設備安全。

在設計過程中，SCR反應器是作為一個獨立裝置進行設置的，而它實際上與省煤器或空氣預熱器一樣，是鍋爐本體的一部分。SCR反應器的工作溫度在300～420℃之間，也是和鍋爐本體一樣由冷態逐漸加熱、升溫。此外，由于SCR反應器內部裝有催化劑，煙氣溫升速度也會對催化劑的活性和壽命產生一定影響（例如某催化劑要求：反應器入口溫度在≤70℃、70～150℃和≥150℃時，煙氣溫升速度要求≤5℃/min、≤10℃/min和≤20℃/min），因此，對SCR膨脹的檢測與鍋爐本體其他部件一樣重要。

建議在每個SCR反應器的底部和頂部的四角，分別設置一個膨脹指示器。在鍋爐啟動過程中，將SCR反應器的膨脹納入鍋爐本體的膨脹檢測體系中，確保包括SCR反應器在內的鍋爐各部分設備安全。

3 尿素轉化氨氣的方式

脫硝還原劑絕大部分采用液氨、尿素，由于液氨運輸、儲存和使用過程中，存在較大的安全隱患，在有關部門批復的安評文件中，要求脫硝還原劑采用尿素。

2014年之前，尿素制氨基本上都是采用的尿素熱解，即濃度為40%～50%尿素溶液噴入電熱解容器中，將容器出口溫度維持在350℃左右，將尿素制成氨氣，同時保證氨氣不再結晶。該方案能耗較高，200MW機組配置電熱解容器的電耗量為800kW左右，運行電耗在0.3%左右，同時電熱容器內氨水噴槍以及在氨氣輸送管路上極易出現結晶現場，對系統的安全運行產生一定的影響。

尿素催化水解技術是一種新型制氨技術，它是利用電廠低品質蒸汽（壓力1.0MPa，溫度200℃）在低溫下采用電廠蒸汽將尿素溶液分解生成氨氣混合氣，由于使用了少量催化劑，其反應速度快，響應時間小于1min，能夠適應鍋爐負荷波動的需要，不會出現環保排放事故，同時能耗水平大幅度降低，運行成本為尿素熱解技術的14%左右。

隨著國家環保政策、節能要求越來越高，尤其是在電站鍋爐煙氣采用超低排放后，對系統配置、運行的要求越來越高，單一從有一個設備、一個點可優化量越來越艱難，建議把脫硝系統納入主體系統，其共用的氣、汽、電、水等作為一個整體去系統優化，方能進一步滿足日益嚴格的環保排放安全、設備運行安全、節能增效等要求。