谈火力发电厂脱硝系统改造的应用

青青

1工程概况 广州西村发电厂1-5号锅炉为220t/h高温高压、自然循环、平衡通风、煤粉汽包炉，1-3号锅炉由武汉锅炉厂制造，锅炉型号为WGZ220/9.8-13，4-5号锅炉由杭州锅炉厂制造，型号为NG220/9.8-M。为满足环保要求，广州发电厂有限公司对五台锅炉实施了脱硝工程技术改造。改造分为两个部分：一是低NOx燃烧系统改造；二是在尾部烟道上安装单层SCR（选择性催化还原）脱硝处理工艺。技术指标为：脱硝装置进口处NOx不超过370mg/Nm?，出口处NOx不超过200mg/Nm3，烟气脱硝效率不低于46.5%，脱硝装置的氨逃逸不大于 2.5 mg/Nm3，SO2/SO3转化率小于 1 %。
2低NOx燃烧系统改造
　　低NOx燃烧系统改造目的：在保持锅炉较高的燃烧效率情况下，防止结渣，炉膛出口NOx得到较大幅度地削减。
2.1低NOx燃烧系统双尺度燃烧技术
　　改造采用了烟台龙源电力技术股份有限公司的双尺度燃烧技术，双尺度燃烧技术是一种低NOx燃烧技术，同时兼顾防渣及锅炉效率，煤种适应性更宽。它是采用了炉内燃烧过程的空间尺度与过程尺度全方位优化的复合燃烧技术。
　　空间尺度：采用炉内大空间防结渣技术，是指将炉内燃烧的三维空间在水平方向上分为近壁区和中心区两个区域，同时在垂直方向上分为两个氧化还原区，特点如下：
　　1）采用独特空气分级及一次风分组组合，降低了主燃区的燃烧温度；
　　2）通过独特一二次风射流组合，在炉内形成中心区和近壁区双区燃烧；
　　3）采用专有贴壁风技术，使水冷壁表面始终有足够的氧量分布；
　　4）可实现炉内彻底不结渣、长时间不吹灰。
     过程尺度：优化煤粉燃烧过程，强调的是炉内燃烧过剩空气系数α分布的差异化，使整个炉内的燃烧由集中扩散燃烧向分散、还原扩散燃烧方向优化，特点如下：
　　1）稳燃型低NOx燃烧器，强化早期着火；
　　2）建立节点功能区，实现燃烧时分区供风，实现小区域内稳燃及抑制NOx生成。
　　3）采用分区优化高度方法，波动给风，焦碳可及时得到燃尽；
　　4）布置适当的可多角度供风主位燃尽风，建立较大的还原区并保证多角度供风实现飞灰可燃物进一步燃尽。
2.2 低氮燃烧器各部件特点
　　1）高位燃尽风SOFA喷嘴：喷口由汽缸驱动可以整组上下±20°摆动，水平方向上可左右±10°摆动，用来调节汽温、飞灰及氮氧化物。
　　2）一次风：采用上下浓淡的射流形式，在上、下一次风喷燃器出口形成[论文网 www.ap5u.com]“高温、高浓度、高氧量”三高区，有利于锅炉燃烧稳定，使燃料燃烧完全。
　　3）上、中二次风增设贴避风，在不影响主气流的情况下，起到防渣、降氮的目的。
　　4）新增一层三次风喷口，降低了原较高的三次风速。三次风喷口加装内缩式稳燃波纹顿体，起到加强燃烧的目的，这样既不会对主燃烧器煤粉气流的燃烧造成明显影响，又可起到压火作用，延长煤粉气流在炉内的燃烧时间。
3尾部烟道加装SCR改造
3.1 SCR工艺应用情况
　　SCR法是一种燃烧后NOx控制工艺，关键技术是将氨气喷入锅炉燃煤产生的烟气中，把含有NH3的烟气通过一个含有专用催化剂的反应器，在催化剂的作用下，NH3同NOx发生反应，将烟气中的NOx转化成H2O和N2等过程，脱硝效率可以大于90%。
3.2 SCR工艺系统组成
　　本系统采用单炉单层SCR反应器结构，脱硝反应流程见下图：

                               图1 SCR脱硝反应流程图
3.2.1 SCR反应器本体
     SCR反应器本体内装有催化剂，当混合好的烟气与氨进入反应器本体后在催化剂的催化作用下，发生氧化还原反应，达到脱硝的目的。
3.2.2 氨喷射系统
　　氨喷射系统主要指喷氨格栅，其中母管的数量、位置采用流体力学计算软件模拟，同时，将整个喷氨格栅分成若干区域，有独立的阀门对所在区域的喷氨量进行控制，以达到最佳的NH 3/NOx混合比。
3.2.3 SCR吹灰系统
　　本系统采用半伸缩耙式蒸汽吹灰系统和声波吹灰系统，蒸汽吹灰器采用1.1MPa、295℃厂用蒸汽，声波吹灰器采用0.35~0.5MPa压缩空气，使采用相应锅炉的DCS控制。
3.2.4还原剂制备系统
　　还原剂是由尿素热解制成氨，然后以一定的压力流出，进入氨/空气混合器进行稀释，最后通过喷氨格栅喷入SCR反应器本体中进行脱硝反应。
3.2.5催化剂
　　1）催化剂适宜的使用温度是320℃～420℃，超过适宜温度的使用是造成催化剂性能退化甚至丧失的重要原                                [/td][/tr]                [/table]
因。 2）运行时尽可能缓慢升温或降温，一旦温度变化的幅度超过12℃/min，有可能在催化剂内部产生裂纹或对催化剂活性和寿命造成影响。 3）当烟尘沉积在催化剂上时，应使用热空气进行吹扫和清洗。 4、脱硝工程改造对锅炉运行的影响及运行优化 4.1燃烧器改造带来的影响 4.1.1过热器结焦、积灰加剧 r /> 　　低氮燃烧器改造后，造成煤粉燃烧过程拉长，炉膛出口烟温升高，原因是增加了高位燃尽风，在总风量不变的情况下，二次风量减小，导致煤粉缺氧燃烧；三次风由原来一个喷口改为上下两个喷口，造成三次风速降低，使得炉内煤粉燃烧过程拉长，导致炉膛上部过热器结焦、积灰情况严重。
4.1.2 三次风喷燃器的使用寿命缩短
　　由于各风速的降低和为保证SCR进口NOx不超规定值，运行人员需对各次风进行进一步调整，未能燃烧的成分随气流上升到三次风区域与三次风强烈混合，在此区域开始剧烈燃烧，造成此区域温度高，同时三次风喷口采用大钝体，卷吸高温烟气能力强，也易烧三次风喷口。
4.2 加装SCR对锅炉运行带来的影响
4.2.1 SCR对锅炉经济性的影响
　　SCR脱硝装置需要安装反应器及连接烟道，锅炉的散热损失增加。SCR脱硝装置也使锅炉烟气侧阻力增加，增加了引风机的功率和电耗，运行成本增加。
4.2.2 SCR对锅炉燃烧的影响
　　为保证烟囱出口NOx不超标，运行人员采取减小一、二、三次风量、开大燃尽风等措施来减少炉膛氧量，以使SCR进口NOx不超规定值。这样的调节会带来飞灰的增加和炉内结焦的加剧。特别在低负荷和满负荷时，调整难度加大，甚至影响到锅炉的安全运行。
4.2.3 NH3逃逸对下游设备的影响
　　在脱硝的反应过程中，会有少量的NH3逃逸出反应器；催化剂的氧化作用又会将烟气中的部分SO2氧化为SO3。二者发生反应，生成NH3化合物NH4HSO4与（NH4）2SO4，沉积[论文网 www.ap5u.com]在催化剂表面和在空气预热器换热管上冷凝析出晶体物质，降低了催化剂的活性，增大了空预器的换热阻力和堵塞、腐蚀的风险。
4.3运行管理及优化建议
4.3.1 炉膛出口NOx及飞灰可燃物的控制
　　为控制炉膛出口NOx，需要减少炉膛氧量，然而这样会带来飞灰可燃物的增加，应设法降低飞灰可燃物，根据试验总结出以下措施：
　　1）将炉氧量控制在2-3%之间，以控制炉膛出口NOx排放量不超370mg/Nm?。
　　2）上层燃尽风应全开，下层燃尽风视情况开20-30%。
　　3）一次风速根据给粉机转速来定，二次风对炉内燃烧起扰动、加强燃烧等作用，其风量的大小直接影响飞灰可燃物的大小，在实际运行中，二次风总门的开度在40-45%之间。
4.3.2 防止过热器结焦、积灰加剧的措施
　　采取的措施有：煤种掺烧、煤中添加除焦剂、合理配风、在保证SCR进口NOx不超标的情况下，适当的增大炉膛出口氧量、定期吹灰、减少双制粉系统运行时间。
4.3.3 氨逃逸的解决
　　首先测量运行时反应器出口的NOx分布，对喷氨隔栅各阀门进行调整，以改变不同位置的喷氨量，从而实现反应器出口均匀的NOx和NH3，并降低氨的逃逸率，运行中严格控制SCR进口烟气温度在320~420℃之间。
5结语
　　广州西村发电厂进行脱硝工程的改造，在降低NOx排放的同时也给锅炉运行带来了一些问题，如：过热器结焦积灰加剧、三次风喷燃器使用寿命缩短、烟道阻力增大等问题，这些都为需要脱硝改造的电厂提供了一定的参考经验。SCR烟气脱硝技术作为目前最成熟、效率最高的脱硝技术，我国应加快技术引进、消化吸收，推广已经运行的SCR烟气脱硝系统的经验。

参考文献：
[1] 郭锦涛 SCR法烟气脱硝系统工程应用[J] 能源与环境,2009.5
[2] 同方环球境股份有限公司 《广州发电厂有限公司#1-#5锅炉烟气脱硝EPC改造工程施工组织设计》 2010.6                                [/td][/tr]                [/table]