燃煤機組氮氧化物的探討與措施

馬永峰

【摘 要】介紹了320MW燃煤鍋爐脫硝系統的結構，脫硝工藝原理、脫硝出口氮氧化物不達標、脫硝性能指標進行分析探討并提出具體措施。

【關鍵詞】燃煤機組；氮氧化物；SCR反應器；出口Nox；控制措施

0 前言

淮北國安電力有限公司的1、2號機組為引進型320MW燃煤發電機組，公司一期工程兩臺320MW機組鍋爐是采用了美國CE公司的引進技術。鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環、全懸吊、半露天布置、平衡通風、固態排渣、燃煤汽包鍋爐。采用四角切圓燃燒、熱風送粉。為了響應國家環保政策，適應電力市場發展需要。為應對“十二五”期間火電行業的NOx控制要求，電廠對2臺鍋爐采取LNB+SCR相結合的NOx污染治理措施。于2013、2014年在#1、2機組檢修時，對鍋爐煙氣側增加了脫硝系統。公司脫硝采取選擇性催化還原法（SCR），SCR反應器采用高灰型工藝布置在鍋爐省煤器與空預器之間。每臺機組的反應區各配備2臺稀釋風機（一用一備），由氨區來的氨氣噴射到氨空氣混合器中與稀釋空氣進行混合，混合后的空氣-氨氣混合物通過噴氨格柵送入SCR反應器（每臺鍋爐2個），被均勻地噴射到煙氣中，經過布置在反應器內的催化劑區時煙氣中的NOx與氨氣反應生成氮氣和水，達到去除煙氣中NOx的目的。

由于采用的是選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，為了避免催化劑模塊被堵塞，我們采用了蒸汽吹灰器定時對催化劑模塊進行吹灰。脫硝反應區左右兩側分別布置了兩層蒸汽吹灰裝置，每層都設有蒸汽吹灰器，在運行過程中輪流對催化劑模塊吹掃。經過近幾年的運行，加之設備老化，反應器處理效果不好，導致脫硝出口氮氧化物已經跟不上環保要求。本文從脫硝工藝原理和工藝介紹、反應器本身尺寸結構、性能指標，以下方面作一淺析，并提出了具體的防范及改進措施。

1 脫硝工藝原理和工藝介紹

通常所說的氮氧化物NOx有多種不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，其中NO和NO2是重要的大氣污染物。煙氣中NOx主要含量為NO，有極少量的NO2。

化學反應式如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+2NO2+6NH3→2N2+3H2O

6NO+4NH3→6H2O+5N2

在有水的條件下，SCR中未參與反應的氨會與煙氣中的SO3反應生成硫酸氫銨（NH4HSO4）與硫酸銨（NH4）2SO4等一些不希望產生的副產品。其副反應過程為：

2SO2+2O2→2SO3

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

SCR反應器本身尺寸結構：

（1）采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，工藝系統按SCR入口NOx濃度550mg/Nm3、處理100%煙氣量及最終NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進行設計。并應有一定的余量。

（2）催化劑采用蜂窩，按“2+1”模式布置，備用層在最下層，催化劑支撐梁的層間高度不小于3.3米。

（3）SCR反應器座落于獨立鋼架結構上，最大限度減少脫硝裝置荷載對鍋爐本體鋼架結構的影響。SCR反應器規格（長×寬×高）11.89m×6.978m×10.4m，在SCR進口煙道設灰斗，煙道、導流、整流及支撐鋼梁等采取防積灰措施，出口煙道傾斜角不小于30°。催化劑采用蜂窩式，配置耙式半伸縮蒸汽吹灰器。

2 性能指標

在機組160～320MW正常運行負荷范圍內，初裝兩層催化劑時，脫硝裝置須同時滿足脫硝效率、NOx排放濃度、氨逃逸、SO2/SO3轉化率、煙氣溫降及系統壓降等性能指標。SCR裝置在入口煙氣溫度300～370℃條件下持續、安全地運行，并確保凈煙氣中的NOx含量符合最初設計要求。

工藝系統按SCR入口NOx濃度550mg/Nm3、處理100%煙氣量及最終NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進行設計。并應有一定的余量。

采用液氨作為脫硝還原劑，2臺機組的煙氣脫硝系統共用一套液氨儲存、制備與供應系統。稀釋風機應能適應鍋爐160～320MW負荷下的正常運行，風量裕度不低于10%，風壓裕度不低于20%。為每臺SCR反應器配一套文丘里型稀釋風量測量裝置。

SCR裝置應能適應鍋爐的負荷變動，包括負荷變化速度和最小負荷，并能滿足環保要求。整套系統及其裝置應能夠滿足整個系統在各種工況下自動運行的要求，系統的啟動、正常運行監控和事故處理應實現完全自動化。

3 控制措施及效果

原脫硝裝置采用SCR工藝，按入口NOx濃度550mg/Nm3、出口NOx排放濃度不大于100mg/Nm3進行設計，已經不能滿足環保要求，隨著國家環保政策提出了燃煤機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值。即在基準含氧量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3的要求，現有脫硝無法滿足其要求，需對兩臺脫硝進行相關改造。

3.1 脫硝主要改造內容：

（1）反應器入口煙道擴寬改造，設置導流葉片，更換反應器內部整流格柵；

（2）反應器出口擴寬改造；

（3）反應器加高，同時反應器擴容1960mm；

（4）最下層催化劑增設3臺蒸汽吹灰器，每層新增可調頻旋笛式聲波吹灰器；

（5）更換稀釋風機；

（6）備用層+擴容部分的催化劑新增，并對原催化劑進行再生。

3.2 控制措施

針對NOx的生成機理，結合公司結構特點，降低NOx采取爐內脫硝以下具體措施：

3.2.1 采取分級配風燃燒方式

調整OFA（OFAA、OFAB）開度，減少燃燒區氧量、降低燃燒區域溫度，達到降低NOx目的。

3.2.2 降低鍋爐氧量

降低爐膛氧量，燃燒區域氧量減少，爐內溫度降低，燃燒區域氧濃度降低，降低了空氣中O2和N2高溫下反應的可能性，同時降低燃料氮的中間產物與氧反應可能性，使得“熱力”NOx和“燃料”NOx得到控制。

3.2.3 降低二次風箱差壓

降低二次風箱與爐膛差壓，即降低了輔助二次風速，使二次風混入一次風的時間滯后，從而使燃燒過程推后，降低了火焰溫度（爐內溫度），同時縮短了煤粉在著火區停留的時間，這也就達到了抑制熱力NOx和燃料NOx生成的效果。

3.2.4 富燃料貧氧燃燒方式

采用縮腰型配風方式，這是因為主燃燒器區域的氧濃度降低，既能降低主燃燒區域的火焰溫度，又能抑制燃料氮形成的中間產物與氧反應，所以熱力NOx和燃料NOx都受到抑制。

3.3 改造效果

通過以上改造及具體措施，改造后脫硝能滿足在#1、2機組任何負荷工況下，入口NOX在600mg/Nm3前提下，保證煙囪出口氮氧化物排放濃度≤50mg/Nm3。公司超凈排放已完全達到環保標準，改造前煙囪出口氮氧化物排放濃度年平均75.77mg/Nm3，改造后煙囪出口氮氧化物排放濃度年平均16.74mg/Nm3。真正實現了超凈排放，既享受了國家環保財政補貼也為公司長遠發展奠定了基礎。

【參考文獻】

[1]王寧軍，李強.脫硝運行規程Q/GO-ON，1，15，06：02-2014.

[責任編輯：朱麗娜]