循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)合脫硝技術改造工程實踐

龍翼川(湖南安普諾環(huán)保科技有限公司，湖南 長沙 410000)

循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)合脫硝技術改造工程實踐

龍翼川(湖南安普諾環(huán)保科技有限公司，湖南 長沙 410000)

以新疆某熱電廠2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造工程為例，闡述了項目的實施及工程項目管理、脫硝方案及工藝的選擇、鍋爐的配套改造等，總結了工程建設及設備調試、運行中積累的經(jīng)驗及出現(xiàn)的問題，為類似鍋爐的脫硝改造提供借鑒作用。

循環(huán)流化床；SNCR；SCR；聯(lián)合脫硝；改造

我國以燃煤為主的鍋爐生產所造成的環(huán)境污染是造成霧霾天氣的重要因素。煤炭燃燒產生的煙氣中含有煙塵、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和CO2等污染物，已經(jīng)形成了嚴重的環(huán)境問題，是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要課題。

NOx的控制是繼粉塵和SOx之后燃煤鍋爐環(huán)保治理的重點。我國自20世紀80年代起就頒布了相關的法律、法規(guī)和政策針對污染物排放提出了明確的要求，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對NOx的排放要求也越來越嚴格，2011年國家發(fā)布火電行業(yè)最嚴標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）、2014年先后發(fā)布《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）和《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源[2014] 2093號），首次提出“超低排放”的要求，推行更嚴格的能效環(huán)保標準。

為減少鍋爐NOx的排放，改善當?shù)卮髿猸h(huán)境，提前適應新的環(huán)保政策，新疆某熱電廠決定對該廠1#、2#爐2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐進行煙氣脫硝改造。

1 設備概況

新疆某熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐于1996年開始建設，1998年4月投入使用，孤網(wǎng)運行，累積運行約13萬小時，使用年限較長。鍋爐為濟南鍋爐廠生產制造，型號：YG-75/3.82-M6，過熱蒸汽額定溫度：450℃，過熱蒸汽額定壓力：3.82MPa，汽包額定壓力：4.12MPa，給水溫度：105℃，一次風預熱溫度：180℃，二次風預熱溫度：120℃，冷風溫度：30℃，排煙溫度實際運行值在150℃～190℃區(qū)間，過剩空氣系數(shù)1.475。

因進行脫硫除塵改造后原引風機風量過小，經(jīng)新疆風機廠對引風葉輪進行了改造，參數(shù)為：電機：10Kv 280kw，風量117797m3，風壓：7975Pa。

鍋爐設計煤種為無煙煤，爐膛溫度較低，NOx排放濃度較高。正常負荷下NOx排放濃度可達到700～900mg/Nm3，本項目NOx設計排放濃度800mg/Nm3。

2 工程的實施

2.1 工程建設方式

本工程采用項目總承包方式，總包單位為湖南安普諾環(huán)保科技有限公司，工程施工單位由新疆本地一家安裝企業(yè)承擔。

2.2 脫硝工藝簡介

選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡寫為SNCR）技術是一種成熟的商業(yè)性NOx控制處理技術。SNCR技術主要在870～1,205℃下，將含氮的化學劑噴入鍋爐煙氣中，將NO還原，生成氮氣和水。

選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，以下簡寫為SCR）技術是一種成熟且高效的Nox控制處理技術。利用催化劑使Nox與NH3在285～420℃的條件下發(fā)生反應，將NO還原，生成氮氣和水。

SNCR/SCR聯(lián)合法是將SNCR工藝中還原劑噴入爐膛的技術同SCR工藝中利用逸出氨進行催化反應的技術結合起來，從而進一步脫除NOx，它是結合了SCR技術高效、SNCR技術投資省的特點而發(fā)展起來的一種新型工藝。下圖1是SNCR/SCR聯(lián)合法的原理示意圖，該組合工藝具有兩個反應區(qū)，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第1個反應區(qū)爐膛，在高溫下還原劑與煙氣中NOx在沒有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應，實現(xiàn)初步脫硝。然后未反應的還原劑進入混合工藝的第2個反應區(qū)SCR反應器，在有催化劑參與的情況下進一步脫硝。SNCR/SCR聯(lián)合脫硝工藝最主要的改進就是省去了SCR設置在煙道里的復雜氨噴射系統(tǒng)，并減少了催化劑用量。

2.3 改造方案

新疆某熱電廠的2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐NOx的排放濃度較高（最高接近1000mg/Nm3），新疆當?shù)氐臏p排要求是100mg/ Nm3以下。綜合考慮，本工程脫硝改造采用燃燒優(yōu)化+SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，入口NOx按800mg/Nm3設計，出口NOx濃度可降至100mg/Nm3以下，脫硝效率可達到87.5%以上。

圖1 SNCR/SCR組合技術脫硝工藝

該熱電廠的2臺鍋爐均室內布置，鍋爐房未考慮脫硝預留位置。SNCR脫硝系統(tǒng)無須占用其余空間，公用系統(tǒng)放置于鍋爐房旁的脫硝站房內，分配和噴射模塊也直接放置于鍋爐平臺上。考慮到新疆冬季氣候，SCR系統(tǒng)直接放置于鍋爐房內，如果按照常規(guī)的SCR系統(tǒng)布置，現(xiàn)場根本無法進行煙道的布置和施工。經(jīng)多次現(xiàn)場查勘，結合實際情況，確定最終施工方案：從鍋爐原有三段省煤器處傾斜設置一塊煙氣擋板門，將原鍋爐煙氣從側面引出，經(jīng)垂直煙道至鍋爐頂端后再轉個彎回到鍋爐正面，經(jīng)過催化劑層后煙道再轉彎從另一側回鍋爐。現(xiàn)場布置如下圖所示：

2.4 主要設計參數(shù)

①單臺鍋爐煙氣量（引風機額定風量）按120000Nm3/h設計；

②NOx初始濃度按800mg/Nm3設計，脫硝出口NOx排放值降至100mg/Nm3以下，脫硝總效率達到87.5%以上。

③脫硝系統(tǒng)的壓降差按不大于1500Pa設計。

④SNCR脫硝噴射裝置布置三層，分別位于鍋爐前墻16.5m標高處、旋風筒入口和出口，SCR脫硝系統(tǒng)催化劑按1+1設計，一用一備，初始安裝1層催化劑。

⑤脫硝系統(tǒng)采用尿素溶液為還原劑，單臺鍋爐滿負荷干尿素最大消耗量為38kg/h。

⑥根據(jù)相關規(guī)定和鍋爐運行情況，本工程不設置脫硝旁路和省煤器旁路系統(tǒng)。

⑦在滿足脫硝系統(tǒng)要求的溫度下（SNCR區(qū)域在800℃～1000℃，SCR系統(tǒng)入口在300℃以上），NOx的脫硝效率能達到90%以上，氨逃逸測量值小于3mg/m3。

2.5 鍋爐相關設備的改造

2.5.1 鍋爐燃燒優(yōu)化

根據(jù)鍋爐原始數(shù)據(jù)，在低負荷的情況下（60%—30%），爐膛燃燒溫度較低，旋風筒進口和出口溫度已低于700℃，根本無法達到SNCR反應的溫度條件。通過CFD模擬設計和詳細計算，調整一次風、二次風開度和燃煤配比，并進行高效省煤器的改造，適當增加爐膛煙溫，達到鍋爐低負荷運行時也能滿足SNCR的反應條件。

2.5.2 引風機改造

鍋爐加裝煙氣脫硝裝置會使鍋爐煙氣系統(tǒng)的阻力增加，脫硝裝置的阻力包括這幾個部分：煙道的沿程阻力、彎道或變截面處的局部阻力、反應器本體（主要是催化劑）產生的阻力以及整流裝置、噴氨格柵（本系統(tǒng)無）等阻力。經(jīng)過詳細設計計算，本工程脫硝改造裝置煙氣系統(tǒng)總阻力約1200-1500Pa（增加備用層催化劑），原有引風機已無法滿足鍋爐系統(tǒng)阻力的要求，故需要對引風機進行改造。根據(jù)引風機性能試驗結果，整體更換引風機是最簡單的改造方式，成本也在可控范圍之內，故重新更換兩臺符合改造后系統(tǒng)阻力要求的引風機。

2.5.3 省煤器改造

由于現(xiàn)有鍋爐部分省煤器爆管、腐蝕甚至脫落嚴重，且為了控制省煤器出口煙味，結合燃燒優(yōu)化，盡可能減少煙溫損失，在提高鍋爐效率的同時提升反應器的性能和延長反應器催化劑的使用壽命，對鍋爐省煤器也進行了改造。

3 調試及運行情況

2016年9月中旬，本工程完成了全部安裝工程，達到調試條件。2016年9月15—9月29日，進行系統(tǒng)冷態(tài)單機調試，2016年9月29日，在完成了單機調試后，脫硝系統(tǒng)正式投入聯(lián)動運行，嚴格按照調試方案進行調試。

脫硝系統(tǒng)投入運行后，根據(jù)鍋爐負荷和NOX的排放情況，首先進行少量噴氨測試，全面檢查脫硝系統(tǒng)（氨氣）嚴密性及SCR反應器后各參數(shù)顯示正常，參數(shù)變化趨勢正確，隨后逐漸增加噴氨量。經(jīng)過近10天的時間，系統(tǒng)主要設備消缺、調試完畢，脫硝效率可以達到90%以上，出口NOX最低可以達到30mg/Nm3以下。

2016年11月，2臺鍋爐均順利完成了第三方性能考核試驗，12月份通過環(huán)保部門的驗收。截止目前，脫硝系統(tǒng)運行正常，效率穩(wěn)定，完全滿足當?shù)丨h(huán)保排放的要求。

4 改造工程過程中的問題和積累的經(jīng)驗

4.1 設計、采購、施工及調試中的問題

①設計人員技術水平高低不一，部分設計人員第一次進行類似設計。且出于成本考慮，主設人員僅去了一次現(xiàn)場，土建設計人員根本沒去現(xiàn)場，主觀設計較多。直接造成后期施工的被動，很多設計直到施工到了這一步才發(fā)現(xiàn)問題，結果推翻重來，浪費了工程成本和延誤了工期。

②設備到貨較晚。因前期合同談判事宜，部分設備遲遲不能訂貨，恰逢設備采購高峰期，引風機、反應器、CEMS和氨逃逸、電氣設備、進口儀器儀表等設備到貨較遲。工程后期積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)面過廣，施工人員集中過多，給工程的安全管理和質量管理帶來了極大的難度。

③施工單位的管理能力明顯欠缺，尤其是本項目施工單位的管理人員，之前幾乎沒有接觸過脫硝改造項目，過分依賴施工隊長，不能在施工現(xiàn)場盡到施工單位管理人員應盡的管理責任，給各方的現(xiàn)場管理帶來了非常大的壓力。

④大部分施工人員的技術水平和素質較低，不能適應大型工程各項管理的要求。施工隊伍中部分人員安全意識差，技術水平低，現(xiàn)場被業(yè)主和監(jiān)理違章處罰較多，存在很多的施工質量整改，給現(xiàn)場安全和施工質量管理帶來難度。

⑤本項目工程各作業(yè)面全部展開后，施工人員數(shù)量不足，質量也不高。因設備到貨較為集中，在工程后期，積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)人員嚴重不足，一人身兼數(shù)職，后期夜間施工明顯增加，現(xiàn)場安全管理難度加大。

4.2 改造工程積累的經(jīng)驗

①在鍋爐脫硝改造方案設計前進行有針對性的CFD模擬設計，為方案的合理設計提供了可靠的依據(jù)。

②同步對省煤器進行了改造，盡可能地減少爐膛煙溫損失，既保證了催化劑的投運溫度又提高了鍋爐效率。

③對鍋爐的燃燒進行了優(yōu)化，不僅針對省煤器進行了改造，還對空預器、鍋爐燃煤配比、一次風、二次風等各項指標進行最優(yōu)化的調整。

④改造前對鍋爐原有引風機進行了性能測試，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，使引風機的改造量降到最小。

⑤催化劑前端加裝了蒸汽吹灰器，以蒸汽吹灰為主，保證催化劑在運行過程中能得到較好的清潔，防止催化劑的堵塞。

⑥預留了足夠的催化劑布置空間，即使后期國家進一步提高環(huán)保排放標準，也無須進行大型改造。

⑦工程管理這一塊需要更充分的綜合考慮，提前選好一支高素質好技術的施工隊伍是項目能夠順利實施的重要保證。

5 結語

本工程是國家電力投資集團（中電投和國家核電合并組建）在新疆的全資子公司的第一個脫硝改造項目，政治意義非凡，在工程實施過程中，國家電投集團總經(jīng)理、新疆分公司領導，新疆環(huán)保廳和烏魯木齊市環(huán)保局等各級領導多次蒞臨項目現(xiàn)場考察和指導工作，在各位領導的親切關懷下，本項目一次性通過環(huán)保驗收，得到了國家電投集團公司和業(yè)主方的認可。

該熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝項目采用了SN?CR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，脫硝效率可達到90%以上。按目前配煤摻燒后脫硝入口NOX濃度為800mg/Nm3左右，脫硝后最低可降低到30mg/Nm3，可以直接滿足目前各大電廠正在實施改造的超低排放要求。目前該熱電廠結合當?shù)丨h(huán)保要求和運行經(jīng)濟性的最佳考慮，脫硝后NOX排放濃度一般穩(wěn)定在90mg/Nm3以下，每年可以消減NOX大約為1000t。

綜上所述，該電廠進行本次脫硝項目改造一步到位，且可以滿足國家越來越嚴格的環(huán)保減排政策（可以直接滿足超低排放的要求），增加脫硝裝置對NOX消減量十分顯著，這對改善周邊地區(qū)空氣質量，提升居民生活質量，改善當?shù)丨h(huán)境都很有利，環(huán)境和社會效益非常明顯。

［1］蔣文舉，煙氣脫硫脫硝技術手冊（第二版）［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2012-4-1.

［2］劉建民，火電廠氮氧化物控制技術［M］．北京：中國電力出版社，2012-12-1.

［3］段傳和，選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝［M］．北京：中國電力出版社，2012-1-1.

［4］西安熱工研究院，火電廠SCR煙氣脫硝技術［M］．北京：中國電力出版社，2013-1-1.

［5］李肇全，工業(yè)脫硫脫硝技術［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2014-10-1.

［6］楊楠，王雪．氮氧化物污染及防治［J］．環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2010.

［7］焦傳寶，鐘磊.600MW“W”火焰鍋爐脫硝技術改造工程實踐［J］．山西電力，2014.

龍翼川（1982-），男，湖南長沙人，2005年畢業(yè)于長沙理工大學能源與動力工程學院，環(huán)保工程師，主要從事環(huán)保工程項目管理工作。