熱電廠氮氧化物超低排放控制策略

梅建國*

（杭州江東富麗達熱電有限公司，浙江杭州，311228）

熱電廠氮氧化物超低排放控制策略

梅建國*

（杭州江東富麗達熱電有限公司，浙江杭州，311228）

熱電鍋爐常見脫硝工藝有鍋爐低氮改造、SCR法、SNCR法、SCR+SNCR法、吸收法、電子束法、臭氧法等等，熱電廠由于供熱負荷不穩(wěn)，造成鍋爐床溫、氧量變化，單一SNCR法脫硝工藝難以保證NOX穩(wěn)定排放，采用鍋爐低氮改造+SNCR法+臭氧多脫技術聯(lián)合工藝，可有效控制NOX穩(wěn)定達到超低排放要求。從經(jīng)濟、運行、安全等方面綜合分析，采用此聯(lián)合脫硝工藝對于熱電鍋爐調節(jié)具有較強的實用性，可操作性、穩(wěn)定性。

鍋爐低氮改造；SNCR工藝；臭氧多脫技術

引言

當前，國內外燃煤鍋爐主要采用的成熟脫硝工藝方法：鍋爐低氮改造、SCR法、SNCR法、SCR+SNCR聯(lián)合法、吸收法、電子束法和最近運行的活性分子臭氧脫硝工藝等等，這些工藝在實際應用中各有優(yōu)缺點，我公司根據(jù)自身鍋爐特性、場地條件、運行需求、投資成本等因素選擇鍋爐低氮改造+SNCR法+臭氧聯(lián)合脫硝工藝，運行一年來實踐證明，此聯(lián)合工藝是解決循環(huán)流化床鍋爐 NOX濃度超低排放有效途經(jīng)之一。

鍋爐形式：四臺130t/h循環(huán)流化床鍋爐 ，杭州鍋爐廠制造，三臺 75t/h循環(huán)流化床鍋爐,無錫光華鍋爐廠制造，參數(shù)均為次高溫次高壓鍋爐；采用汽冷高溫分離結構。主要燃用煤種：神華煤和山西平優(yōu)煤，正常工況下，75t/h鍋爐爐膛出口煙道溫度約900～980℃之間，O2含量約7～8%，床溫 980℃左右，NOX排放濃度 350～450mg/Nm3,130t/h鍋爐爐膛出口煙道溫度約 850～950℃之間，O2含量約3～4%，床溫950℃左右，NOX排放濃度約180～300mg/Nm3。

2012年底采用SNCR工藝，脫硝劑選用20%濃度的氨水溶液。噴槍布置在循環(huán)流化床鍋爐爐膛出口煙道處，根據(jù)模擬側試，左右兩側煙道需布置噴槍各兩只，采用百能公司專用特效噴嘴，工藝泵選用帕期菲達計量泵，靜態(tài)混合器布置于噴槍入口處，噴槍霧化風改為鍋爐一次風。運行至今，各參數(shù)達到原設計要求（NOX＜100mg/Nm3）。然而隨著環(huán)保要求的不斷提升，煙氣深度治理項目的推進，單獨靠SNCR法將原來鍋爐NOX排放濃度在250～450mg/Nm3控制在50mg/Nm3以下，且穩(wěn)定運行，技術難度大。在實際運行中，由于熱電行業(yè)特性，熱負荷不穩(wěn)，鍋爐床溫、含氧量區(qū)間變化大等因素，氮氧化物控制波動大，而且需加大氨水輸送量，導致后面氨逃逸上升，鍋爐出口省煤器、空預器出現(xiàn)積灰、積垢現(xiàn)象，嚴重影響鍋爐安全運行。

1 存在問題

1.1 非工況運行

受供熱負荷變化影響，鍋爐非工況下運行，鍋爐燃燒偏離正常值（特別相對于CFB低灰分煤種），此時爐膛氧含量偏高、溫度區(qū)間超出SNCR反應條件，NOX控制不穩(wěn)。

1.2 煙氣排放標準提高

鍋爐排放標準提高，原設計鍋爐出口 NOX控制在100mg/Nm3以下，現(xiàn)超低排放標準要求控制 50mg/Nm3以下，要提高脫硝效率，需提高氨氮比，增加氨水量，在同樣燃燒工況下，氨逃逸會出現(xiàn)上升。自從標準提高了以后，氨水用量大幅增加，末段省煤器、空預器積灰嚴重，嚴重影響鍋爐安全、經(jīng)濟運行。

1.3 省煤器空間位置有限

鍋爐尾部省煤器有三段，空間布置有限，旁邊場地引出反應塔困難，且鍋爐出口引風機全壓余量不夠，而且SCR裝置長時間運行存在堵塞、催化劑失效等問題。

2 采取措施

針對上述問題，并結合我公司具體實際情況分析：首先從源頭上降低鍋爐污染物排放濃度——鍋爐低氮改造，其次，優(yōu)化SNCR脫硝工藝，并在爐后加裝一套臭氧多脫裝置（2*20kg），這樣可保證任何工況下出口 NOX排放不會超標。

2.1 鍋爐低氮改造

2.1.1 循環(huán)物料系統(tǒng)改造

分離器進口加速段改造，原鍋爐分離器入口基本沒有加速段，用抓釘和耐磨澆注料在分離器進口內側建立一個逐步加速的加速段。原汽冷旋風筒椎體下部連接一個直段部分取消，不再產生失速區(qū)。回料腿內徑減小，由原來的φ500減小至小于φ400。

原鍋爐中心筒太長，影響分離器效率，將原中心筒現(xiàn)場割短 800mm。循環(huán)物料系統(tǒng)分離效率會有顯著提高，循環(huán)量增加，飛灰粒徑會比現(xiàn)在更細，實際傳熱系數(shù)增加，床溫適當降低。

2.1.2 二次風改造

二次風采用單層布置，口徑加大，標高為由5200mm，提高至8200mm，增設一個環(huán)形二次風箱，爐內加4片水冷屏。減小一次風，加大二次風，根據(jù)一二次風機實際情況和空預器原設計情況調整一二次風比例，布風床面積適當縮小。改造后，水冷布風板阻力約 2500Pa，流化更均勻。一次風量遠小于原運行一次風量，同時一次風機更節(jié)能。

2.1.3 增加水冷屏

爐膛前上部添加2屏水冷屏，增加爐膛水冷壁受熱面積，進一步降低運行床溫。

表1 改造前后，同煤種同工況下參數(shù)對比

鍋爐低氮改造后，鍋爐爐膛氧含量下降至1～2%，床溫下降約 20～50℃左右，氮氧化物排放量正常負荷下明顯減少，從250～350mg/Nm3降至80～150mg/Nm3，一、二次風機電流變小，節(jié)能降耗效益明顯，達到改造目的。

圖1 改造前

圖2 改造后

2.2 優(yōu)化SNCR工藝

2.2.1 SNCR脫硝反應原理

還原劑為濃度20%氨水

同時還發(fā)生如下反應：

2.2.2 SNCR脫硝技術影響因素

a) 最佳溫度區(qū)間：800℃～950℃，選擇在爐膛出口和旋風分離器入口處的水平煙道上布置噴槍噴射還原劑，該處煙溫恬好恰好在SNCR反應區(qū)間溫度內。

b) 足夠長的停留時間：循環(huán)流化床鍋爐自旋風分離器入口到鍋爐高溫過熱器入口間，煙氣在該段行程內的停留時間在2秒以上，可以保證SNCR反應時間接近理論最高值。

c) 還原劑對煙氣的覆蓋率。循環(huán)流化床鍋爐爐膛兩側出口煙道由水冷包墻管組成，高度 2520mm,寬度1200mm,長度3000mm，煙氣均勻進入高溫分離器，此處有利于噴槍布置，還原劑的噴射要靠噴射器來完成。噴射器是根據(jù)SNCR技術對射流剛性、擴角、顆粒霧化粒度等的要求專門設計。保證霧炬覆蓋整個煙道；二是霧化后還原劑霧滴細度分布與射流特性和煙溫特性匹配，從16微米到250微米霧滴按特性分布曲線分布，霧炬在進入煙道后，細霧滴首先蒸發(fā)，其攜帶還原劑在離噴槍較近區(qū)域與煙氣混合，粗霧滴蒸發(fā)較慢，其攜帶還原劑在與噴槍較遠處與煙氣混合，從而保證整個煙道內還原劑分布均勻

d) 氨氮比。為滿足排放要求，氨氮比一般不超過2.0左，在鍋爐低氮燃燒改造后，保持較低≦1.3，這樣不會造成后面省煤器、空預器積灰，保證鍋爐正常安全運行。

2.2.3 SNCR優(yōu)化控制

煤種變化及鍋爐負荷的調整，對SNCR法工藝影響較大，熱電廠一般選用一臺或兩鍋爐進行合理及時調節(jié)，來保證供熱用戶參數(shù)，對所選用調整鍋爐采用的SNCR工藝一般將氮氧化物控制范圍適當大一些，同時采用鍋爐與脫硝崗位聯(lián)合調整方式。為保證噴嘴霧化效果，氨水輸送壓力根據(jù)霧化試驗不得低于0.15MPa，噴槍用吹掃風控制在3.5～4.5KPa。在鍋爐非工況下運行，氨水投入量會增大氨逃逸量，此時應將鍋爐出口氮氧化物控制在50～120mg/Nm3左右，尾部吸收塔入口處適當投入臭氧裝置來保證出口參數(shù)能達標。

2.3 爐后加裝臭氧脫硝工藝

2.3.1 臭氧脫硝工藝原理

低溫臭氧氧化脫硝反應原理：從除塵器出來的煙氣進入等離子煙氣凈化器，對煙氣進行預處理，將煙氣中含有的水、細微顆粒、氧通過高壓脈沖電暈放電，在常溫下獲得非平衡高低溫等離子體，為后道臭氧對一氧化氮的氧化提供了良好的反應條件。隨后煙氣進入臭氧混合反應裝置，在混合反應裝置內注入臭氧，使臭氧與煙氣充分混合，將煙氣中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高價態(tài)氮氧化物，包括NO2，N2O3，N2O5等。然后煙氣進入吸收塔，噴淋堿性溶液將煙氣中被氧化成高價態(tài)的易被吸收的NOx吸收，確保NOx排放濃度滿足排放要求，同時將零價汞（Hg0）氧化成可溶性二價汞（Hg2+)），結合濕法脫硫洗滌塔與SO2、HF、HCL等可溶性酸性氣體一同除去。

脫硝吸收主要反應原理如下：

臭氧發(fā)生器按照兩臺20kg出力設計，保證兩臺鍋爐70%負荷下運行時NOX不高于50mg/Nm3。此工藝作為SNCR工藝的補充，在鍋爐非工況下運行，NOX難以控制情況投入使用。進入等離子裝置時NOX經(jīng)過臭氧多脫裝置后，廢氣的NO基本去除，同時會產生少量NO2氣體，濃度能控制20mg/Nm3以下。

3 結束語

綜合以上三步工藝實施，采用多種聯(lián)合脫硝技術，是循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物超低排放穩(wěn)定控制有效途徑之一。鍋爐低氮燃燒從源頭上降低了氮氧化物排放濃度，正常工況下鍋爐出口氮氧化物濃度為120～250mg/Nm3，SNCR 法脫硝工藝將氮氧化物濃度控制在50～100mg/Nm3范圍內，明顯降低了氨水噴入量，進一步減少了氨逃逸量，使鍋爐省煤器、空預器積灰概率降低，保證了鍋爐安全、正常運行。臭氧活性分子脫硝與鍋爐的負荷變化，氧量變化等因素影響較小，在鍋爐非正常工況下仍能保證出口NOx＜50mg/Nm3超低排放要求，而且進一步氧化零價汞，降低了汞的排放濃度。經(jīng)過運行一年的實踐證明：鍋爐低氮改造+SNCR法+臭氧聯(lián)合脫硝工藝，比其中任何一種方式單獨運行，調節(jié)方便 ，參數(shù)控制穩(wěn)定。

[1]郝吉明,馬廣大,王書肖.大氣污染控制工程 [M].高等教育出版社,2010.

[2]鐘祎勍,姚國鵬,王劍利,等.CFB鍋爐SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)控制策略研究[J].熱力發(fā)電,2014(7):101-103.

[3]周國民,趙海軍,龔家,等.SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術在410t/h鍋爐上的應用[J].熱力發(fā)電,2011,(3):58-61.

[4]金輝,潘旭東.火電廠氮氧化物超低排放改造工程實例研究[J].山東工業(yè)技術,2016,(11):1+94.

[5]吳智鵬,毛奕升.火電廠超低排放脫硝控制策略優(yōu)化研究與實踐[J].鍋爐制造,2016,(03):1-4+10.

Thermal Power Plant Nitrogen Oxide Ultra Low Emission Control Strategies

MEI Jianguo*
(Hangzhou Jiangdong Fulida Thermal Power Co.,Ltd.,Zhejiang Hangzhou,311228,China)

thermoelectric boiler common denitration technology has low nitrogen transformation,SCR,SNCR and SCR +SNCR method,absorption method,electron beam,ozone,etc.,unstable thermal power plant due to the heating load,change of boiler bed temperature,oxygen content,a single method of SNCR denitration technology is difficult to guarantee the stability of NOX emissions,the retrofit boiler low nitrogen + + SNCR method ozone technology combined technology,which can effectively control stability at low NOX emissions requirements.From the comprehensive analysis of economy,operation and safety,this joint denitration technology is applicable to the regulation of thermoelectric boilers,which is operable and stable.

boilerlownitrogenreforming;SNCRprocess;ozone multi-removal technology

TK018

A

1672-9129(2017)04-0224-04

梅建國.熱電廠氮氧化物超低排放控制策略[J].數(shù)碼設計,2017,6(4):224-227.

Cite：MEI Jianguo.Thermal Power Plant Nitrogen Oxide Ultra Low Emission Control Strategies[J].Peak Data Science,2017,6(4):224-227.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.056

[5]道里剛,唐亞,王安.因子分析法在江安河地表水水質評價中的應用[J].四川環(huán)境,2004,(02):75-77+83.