火電廠煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用及綠色節(jié)能

金鑫

摘 要：依據(jù)國(guó)家提出的最新關(guān)于對(duì)大氣污染物排放濃度的要求，目前正針對(duì)性對(duì)廠內(nèi)的現(xiàn)役火電機(jī)組不斷地進(jìn)行脫硝改造來(lái)滿足排放限值要求。文章針對(duì)火電機(jī)組煙氣中氮氧化物排放的情況進(jìn)行分析，提出了關(guān)于在脫硝技術(shù)中存在的問(wèn)題及如進(jìn)行取綠色節(jié)能的方案。

關(guān)鍵詞：脫硝技術(shù)；問(wèn)題分析；綠色節(jié)能

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）28-0160-02

Abstract： According to the latest national requirements on the emission concentration of air pollutants， the thermal power units in service in the plant are undergoing continuous denitrification transformation to meet the emission limit requirements. This paper analyzes the nitrogen oxide emission in the flue gas of thermal power unit， and puts forward the existing problems in denitrification technology and the scheme of green energy saving.

Keywords： denitrification technology； problem analysis； green energy saving

引言

伴隨著煙氣脫硝技術(shù)的發(fā)展，分別在SCR反應(yīng)器進(jìn)口和出口處設(shè)置了NOX CEMS分析儀以及多個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)。 理想的達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)是，SCR出口NOx應(yīng)該低于排放標(biāo)準(zhǔn)值，并且逃逸NH3監(jiān)測(cè)濃度小于其規(guī)定值，這就要求無(wú)論是NOx還是逃逸NH3的檢測(cè)都必須準(zhǔn)確無(wú)誤。一旦NH3過(guò)量將引起空預(yù)器結(jié)焦等嚴(yán)重后果，將會(huì)使機(jī)組效率降低、輕則機(jī)組停運(yùn)，重則設(shè)備損壞。由于我廠逃逸NH3檢測(cè)準(zhǔn)確度不高，也未設(shè)置逃逸NH3吸收裝置，造成空預(yù)器結(jié)焦，機(jī)組效率有所下降。

1 目前在火電廠脫硝改造中存在的問(wèn)題

依據(jù)循環(huán)流化床火力發(fā)電鍋爐和建成的投產(chǎn)或通過(guò)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書(shū)審批的火力發(fā)電鍋爐都規(guī)定把 NOx的排放濃度控制在200mg/Nm3左右；剩下的燃煤火力發(fā)電鍋爐應(yīng)將NOx排放濃度控制在100mg/Nm3之下。

目前，國(guó)內(nèi)配備了脫硝裝置的只有新的火電廠機(jī)組，煤粉鍋爐的氮氧化物排放濃度約為400mg/Nm3，循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物的排放濃度約為250mg/Nm3，兩者都違背了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放限值要求，所以，兩者都需要在未來(lái)進(jìn)行有力地脫硝改造。

導(dǎo)致氮氧化物排放濃度不能達(dá)標(biāo)的主要原因：

1.1 影響脫硝效率的因素

全國(guó)各地的煤質(zhì)都不相同，混燒煤的情況時(shí)常會(huì)出現(xiàn)，所以，燃用低發(fā)熱量煤質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣；相反，如果采取高發(fā)熱量煤質(zhì)，所產(chǎn)生的煙氣量則很少。一旦煤質(zhì)熱值偏低，它的水分就多，燃燒所達(dá)到的排煙溫度也會(huì)很高，煙氣量在很多的情況下就會(huì)造成脫硝效率明顯下降。

煤質(zhì)的變化導(dǎo)致不得不對(duì)于SCR裝置及催化劑的選用上需要更高的要求。第一是催化劑要能夠滿足每種燃料和煙氣成分的需求，工廠需要考慮的是在脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)及催化劑選型上最不利工況的情況，從而有力的來(lái)保證脫硝后煙氣中所涵蓋的NOx的排放濃度達(dá)標(biāo)。

1.2 低氮燃燒技術(shù)

現(xiàn)役火電廠采用的低氮燃燒技術(shù)，它排放出來(lái)的煙氣中含有的氮氧化物的濃度多在450mg/Nm3上下。在《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》中明確規(guī)定：若要保證鍋爐煙氣的大氣污染物排放可以達(dá)標(biāo)，首先應(yīng)該改變低氮燃燒技術(shù)，把鍋爐爐膛溫度控制在不超過(guò)1000℃，保證鍋爐煙氣中包含的氨氧化物濃度少于350mg/Nm3。

低氮燃燒器燃燒、優(yōu)化技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃燒分級(jí)燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等等是被各大工廠普遍利用的低氮燃燒技術(shù)。新型的低氮燃燒器把煙氣再循環(huán)、空氣分級(jí)和燃料分級(jí)等技術(shù)有力的結(jié)合在一起后，所產(chǎn)生的脫硝效果就相對(duì)明顯，易取到的脫硝效率大概在50～70%左右。在采用優(yōu)質(zhì)煤質(zhì)的情況下，可將煙氣中產(chǎn)生的氮氧化物的排放濃度壓縮在300mg/Nm3，更有可能少于250mg/Nm3。所以，針對(duì)役火電機(jī)組的低氮燃燒器進(jìn)行改造，是一個(gè)將當(dāng)前火電鍋爐控制NOx的一大選擇。目前，可將國(guó)內(nèi)煤粉鍋爐低氮燃燒改造中才去的最新的常用技術(shù)歸結(jié)為三大種類：一是高濃縮比水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒技術(shù)，二是雙尺度低氮燃燒技術(shù)，三是潔凈煤燃燒技術(shù)。

1.3 煙氣的溫度

NOx脫除效率的主要原因是鍋爐排煙氣的溫度不同。

工廠在選取SCR法脫硝的時(shí)候，鍋爐的煙氣溫度范圍在871～1038℃，氨作為還原劑，產(chǎn)生變化；溫度在小于871℃的時(shí)候，反應(yīng)不會(huì)全部發(fā)生，從而便導(dǎo)致脫硝效率的大幅度降低，氨中的逃逸率也隨著升高，結(jié)果便導(dǎo)致雙重污染。SNCR也可采取尿素作為還原劑，混水調(diào)成有濃度的液體，將其噴入溫度在927～1093℃的煙氣里，以此達(dá)到同噴氨相同的目的。不過(guò)，在使用的過(guò)程中，如果運(yùn)行控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致大量的CO的污染。原因在于溫度偏低的尿素溶液噴入高溫氣流時(shí)產(chǎn)生了“淬冷效應(yīng)”，因?yàn)槿紵袛喽黾恿薈O排放濃度。同時(shí)，如果在鍋爐過(guò)熱器前溫度大于800℃的爐膛位置，頓時(shí)噴入低溫的尿素溶液，兩者溫度不一樣，就會(huì)發(fā)生熾熱煤炭的不斷地燃燒，引從而發(fā)飛灰、未燃燒碳增加的現(xiàn)象；但是如果當(dāng)溫度小于927℃，這時(shí)噴入尿素液體，產(chǎn)生的反應(yīng)不明顯而將脫硝效率大幅度的下降。

SCR法脫硝當(dāng)煙氣的溫度未達(dá)300℃時(shí)，催化劑的作用反而不夠明顯，NOx的脫除效率也會(huì)跟著下降，NH3的逃逸率也跟著上升。SO2易被氧化成SO3與還原劑NH3及煙氣中涵蓋的水反應(yīng)從而生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。 由于NH4HSO4粘性十分強(qiáng)，當(dāng)溫度在230～250℃的時(shí)候易與 SCR發(fā)生反應(yīng)， 溫度在180～240℃之間是它呈出液體壯態(tài)，而當(dāng)溫度不到180℃時(shí)呈現(xiàn)出固態(tài)，催化劑最外面有灰塵將其微孔堵住。（NH4）2SO4的腐蝕性和粘性很強(qiáng)，可損壞尾部煙道和導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。盡管SO3產(chǎn)生的數(shù)量不多，但不可小覷它對(duì)后生成的設(shè)備造成巨大的威脅。為了避免這種不利的情況發(fā)生，工廠不僅僅是應(yīng)當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂铺?hào)氨逃逸量和 SO2氧化率，降低后部空氣預(yù)熱器上和催化層的（NH4）2SO4和NH4HSO4的生成，還應(yīng)該確保SCR反應(yīng)的溫度大于300℃。但是，當(dāng)溫度大于450℃的時(shí)候，NH3會(huì)與O2產(chǎn)生作用，容易增加煙氣中包含的NOx，易導(dǎo)致熔結(jié)催化劑，微孔消失后促使催化劑完全失去作用。所以，工廠在使用SCR時(shí)的反應(yīng)溫度都應(yīng)合理得當(dāng)?shù)目刂圃?00～420℃左右。

由此可見(jiàn)，尤其重要的是選擇和控制好煙，這決定著脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

2 采取綠色節(jié)能的方式勢(shì)在必得

2.1 控制或減少SO2的氧化率和氨逃逸率

在美國(guó)的巴威公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中，采取了合適的SO2氧化率和漏氨率指標(biāo)，對(duì)空氣預(yù)熱器的影響還包括了漏氨濃度的分布、脫硝設(shè)備的性能對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性、脫硝設(shè)備的穩(wěn)定性。

2.2 空預(yù)器結(jié)焦后的危害及預(yù)防措施

我廠采用的是三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器。

容克式空氣預(yù)熱器是一種空氣和煙氣逆向流動(dòng)、回轉(zhuǎn)式的熱交換裝置，在熱交換過(guò)程中，有丟失能量的內(nèi)在趨勢(shì)。能量的丟失是因?yàn)榭諝夂蜔煔庵g的壓差引起的空氣向煙氣的泄漏。密封系統(tǒng)能控制并減少漏風(fēng)從而減少能量的流失。密封系統(tǒng)是根據(jù)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子受熱變形而設(shè)計(jì)的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封。該密封系統(tǒng)提供了許多調(diào)整，維修方便。

我廠在之前發(fā)生過(guò)空預(yù)器結(jié)焦的事故，嚴(yán)重的影響了換熱效果，大大增加了風(fēng)煙阻力等。

工作原理：當(dāng)空氣側(cè)換熱元件經(jīng)過(guò)煙氣時(shí)，煙氣攜帶的一部分熱量就傳遞給換熱元件；當(dāng)換熱元件經(jīng)過(guò)空氣側(cè)時(shí)，又把熱量傳遞給空氣。使空預(yù)器回收了煙氣熱量，降低了排煙溫度，提高了燃料與空氣的初始溫度，強(qiáng)化了燃燒，從而提高了鍋爐效率。空氣預(yù)熱器主要是利用鍋爐尾部煙道中的煙氣來(lái)加熱鍋爐燃燒所需要的空氣，從而提高整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。空預(yù)器積灰堵塞嚴(yán)重，會(huì)給廠內(nèi)帶來(lái)極大的安全問(wèn)題以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

空預(yù)器結(jié)焦后，換熱效率明顯下降，進(jìn)出口差壓明顯增大。這使得空預(yù)器以及引風(fēng)機(jī)功率均有不同程度的增大，廠用電率提高。與此同時(shí)空預(yù)器動(dòng)靜間隙減小摩擦阻力增大，使得空預(yù)器軸承負(fù)荷增大易損。為了提高空預(yù)器換熱效率以及降低空預(yù)器進(jìn)出口差壓，不得不投入空預(yù)器在線除焦，或停機(jī)檢修除焦工作而投入大量的精力和資金。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）控制NOX有兩種方式：一個(gè)是采取偏低的NOX燃燒技術(shù)，從而減少在鍋爐爐膛內(nèi)時(shí)煤燃燒所生成的NOX數(shù)量；一個(gè)是從煙氣中直接消除NOX，以此降低排放到環(huán)境中的數(shù)量。當(dāng)前來(lái)看，國(guó)內(nèi)被采納較多的是選擇性催化還原法（SCR）的煙氣脫硝技術(shù)。

（2）目前，我廠擁有兩臺(tái)330MW機(jī)組，脫銷檢測(cè)采用的是丹麥格林 G4100測(cè)量，脫硫系統(tǒng)采用石膏濕式脫硫，進(jìn)出口采用北京雪迪龍煙氣分分析儀進(jìn)行測(cè)量，脫銷系統(tǒng)逃逸氨也采用丹麥格林的設(shè)備。

（3）目前依舊存在的問(wèn)題：丹麥格林的測(cè)量不準(zhǔn)確，故障率高，測(cè)量傳感器型號(hào)單一且壽命短只有三個(gè)月。脫銷測(cè)量取樣口容易堵塞，且測(cè)量過(guò)程中隊(duì)噴氨超標(biāo)測(cè)量不準(zhǔn)，而且還會(huì)造成氮氧化物超標(biāo)。引入噴氨調(diào)節(jié)精度控制脫銷效果，三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化以及參數(shù)超標(biāo)后的補(bǔ)充措施，比如增加二級(jí)噴氨調(diào)節(jié)及二級(jí)氮氧化物測(cè)量。

（4）因?yàn)槲覐S氮氧化物超標(biāo)較多，現(xiàn)階段考慮將丹麥格林的設(shè)備更換成北京雪迪龍的測(cè)量系統(tǒng)。

（5）燃煤發(fā)電鍋爐的低 NOx燃燒技術(shù)，使排放的 NOx濃度大多可滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定要求，新的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行之后，迫使廠內(nèi)必須進(jìn)行煙氣脫硝技術(shù)的大力使用。

（6）煙氣通過(guò) SCR反應(yīng)器后，煙氣性質(zhì)從而發(fā)生了大面積的改變，產(chǎn)生了腐蝕和堵灰的現(xiàn)象，因此，工廠可以根脫硝要求對(duì)空氣預(yù)熱器改進(jìn)和升級(jí)， 以此能在很大幅度上上解決這一大問(wèn)題。

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