火電廠脫硝超低排放分析

張達勛+武利軍+劉章昊+袁建國+武俊杰

摘 要： 闡述了我國火力發(fā)電對超低排放的現(xiàn)狀，概述了煙氣脫硝的必要性和緊迫性。介紹了我國煙氣脫硝的發(fā)展歷程，結(jié)合我廠實際論述了脫硝不同工藝類型及其優(yōu)缺點。分析探討了我廠1-7號機組脫硝超低排放的改造情況及其效果。

關鍵詞：火電廠 超低排放 煙氣脫硝 尿素直噴

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0283-01

前言

近些年我國加大了新能源發(fā)電的研發(fā)和建設力度，但在我國火力發(fā)電仍然占據(jù)并將長期占據(jù)發(fā)電的主導地位。隨著我國空氣污染的加劇，作為污染的大戶，國家對火力發(fā)電企業(yè)施行了全世界最嚴格的排放標準。氮氧化物作為空氣污染的主要污染物，我廠也在2012年逐步投入了脫硝系統(tǒng)，并在2015年啟動了脫硝超低排放的改造，同步進行了尿素直噴改造以降低機組的電耗，做到環(huán)境保護和經(jīng)濟效益的雙贏。一、SCR脫硝技術

一、SCR脫硝工藝

由于爐內(nèi)低氮燃燒技術的局限性，使得NOx 的排放不能達到國家對排放的要求，為了進一步降低NOx 的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。在眾多脫硝方法當中，SCR 脫硝工藝以其脫硝裝置結(jié)構簡單、無副產(chǎn)品、運行方便、可靠性高、脫硝效率高、一次投資相對較低等諸多優(yōu)點，在日本和歐美得到了廣泛的商業(yè)應用。我廠也從2012年開始逐漸投用SCR脫硝系統(tǒng)，并且取得了不錯的效果。

我廠脫硝采用NOx燃燒器改造+SCR脫硝設計方案。SCR 裝置主要由煙氣系統(tǒng)，SCR催化反應器，尿素熱解及氨氣噴射系統(tǒng)，相應的管道及維護平臺；氨氣輸送管道的連接等部分組成。脫硝還原劑為尿素，還原劑制備按采用尿素熱解法制備方案設計。尿素熱解系統(tǒng)按每臺爐配置設計。通過向反應器內(nèi)噴入脫硝反應劑氨氣，將NOx 還原為氮氣。由于此還原反應對溫度較為敏感，故需加入催化劑，以滿足反應的溫度要求，增強反應活性。催化劑共三層，其中一層備用。

尿素制備熱解系統(tǒng)包括：尿素儲倉、干卸料、螺旋給料機、尿素溶解罐、尿素溶液儲罐、溶液循環(huán)泵、供液泵、計量和分配裝置、背壓控制閥、絕熱分解室（內(nèi)含噴射器）、一次風加熱系統(tǒng)等。帶噴射器組的熱解室的熱空氣來源為熱一次風，并配備電加熱系統(tǒng)對熱一次風進行加熱升溫。

二、我廠運行中發(fā)現(xiàn)的SCR工藝優(yōu)缺點

SCR脫硝工藝在全球是最成熟，應用最為廣泛的脫硝技術。以張電4號機組為例，投運以來，脫硝系統(tǒng)及裝置可用率大于98%，SCR脫硝效率大于80%，氨的逃逸率小于2.5mg/m3（6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%，SCR出口濃度小于90 mg/Nm3，滿足低于100 mg/Nm3的要求。

我廠運行中發(fā)現(xiàn)，脫硝設備存在電能消耗較大的問題，除了引起吸風機電流增大導致的吸風機電耗增大外，脫硝設備也存在較大的電耗。4號機組脫硝廠用電率平均超過0.2%，電耗較大。，根據(jù)統(tǒng)計，按照每年機組安全運行5500h計算，每年我廠為了運行SCR系統(tǒng)損失1200-2000萬度電量，造成經(jīng)濟消耗400-700萬元。

三、脫硝超低排放改造

2015年，我廠啟動了機組超低排放改造，我廠脫硝采取的方案是啟用催化劑備用層，催化劑由原來的兩層變?yōu)槿龑?，并且提高還原劑噴射量的設計方案。因為要提高還原計的噴射量，所以需要對尿素熱解系統(tǒng)進行改造，方案有三個：第一種，將尿素溶液直接噴射到鍋爐內(nèi)的高溫煙氣中進行分解制取氨氣；第二種：在原有熱解爐系統(tǒng)上利用煙氣換熱器替代電加熱器進行改造；第三個方案就是在原有熱解爐系統(tǒng)基礎上將一次風電加熱器進行增容改造。以上三個方案各有優(yōu)缺點，方案一為完全替代原尿素熱解系統(tǒng)，原熱解系統(tǒng)電加熱器、熱解爐、熱風管道系統(tǒng)、AIG設備可取消，改造費用最高。方案二系統(tǒng)相對復雜，改造工程量大，投資費用較方案三高。方案三系統(tǒng)簡單，改造工程量小，投資相對較小。方案一、二廠用電比較，方案一要小，長期運行優(yōu)勢明顯，符合電廠節(jié)能減排要求。方案一、二相對方案三節(jié)能優(yōu)勢更加明顯。并且。方案一已在大唐王灘電廠技能改造中應用，取得了不錯的效果，所以我廠除8號機組采用電加熱器增容改造方案外，其它1-7號機組均采用爐內(nèi)直噴方案代替原來尿素熱解系統(tǒng)。改造后要求SCR出口濃度低于50mg/Nm3，在一年的實際運行中，實際出口濃度大部分時間低于30mg/Nm3，取得了良好的效果，達到了氮氧化物超低排放的要求。

四、脫硝直噴改造

我廠原來的SCR脫硝系統(tǒng)采用尿素熱解工藝，進入熱解室的一次熱風需要電加熱器進一步的加熱，電加熱器所需的電耗，已經(jīng)成為成為我廠SCR脫硝工藝最大的問題，隨著我廠啟動超低排放改造，原有的電加熱器已經(jīng)不能滿足需要，如果尿素熱解仍然采用電加熱器，需要對加熱器進行增容改造，電耗進一步增大，所以，解決尿素熱解工藝電耗大的問題提上了日程。

在2012年8月7日中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會組織召開的“火電廠煙氣脫硝尿素爐內(nèi)直噴熱解制氨技術評審會”上，脫硝尿素爐內(nèi)直噴熱解制氨這一創(chuàng)新型技術驚世亮相。評審專家組一致認為，“該技術屬于北京洛卡環(huán)保技術有限公司（以下簡稱洛卡環(huán)保）首創(chuàng)，是一項值得推廣的安全節(jié)能環(huán)保新技術”。 該技術采用高轉(zhuǎn)氨效率鍋爐尿素直噴脫硝工藝，對鍋爐內(nèi)部結(jié)構和運行參數(shù)特性進行深入研究，通過鍋爐轉(zhuǎn)向室的流場模擬研究，尋找適合尿素溶液分解的區(qū)域。與現(xiàn)有煙氣脫硝技術相比，該技術將尿素溶液噴射器組布置在煙氣溫度為 300～700℃的鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)，使得大部分尿素溶液被分解為氨氣，到達反應器時氨氣濃度可達到上千個 ppm，提高了尿素的利用率和脫硝效率。而選擇在鍋爐內(nèi)直接噴射尿素溶液的方式，可以利用鍋爐煙氣熱量對尿素溶液進行加熱分解，從而減少了傳統(tǒng)技術消耗大量高品質(zhì)能源的弊端。傳統(tǒng)的脫硝尿素熱解工藝包含尿素溶液制備和供應裝置、電加熱、尿素熱解裝置等設備，設備復雜，前期投資較大，且能耗較大。而鍋爐內(nèi)尿素直接噴射制氨工藝技術可節(jié)省電加熱及尿素熱解裝置等設備，進一步簡化系統(tǒng)設備、降低尿素制氨能耗。

隨著國內(nèi)其他電廠爐內(nèi)直噴試驗成功，我廠為響應節(jié)能減排號召，2015年開始進行脫硝爐內(nèi)直噴改造。我廠采用洛卡環(huán)保爐內(nèi)直噴技術，將原尿素熱解制氨系統(tǒng)中的電加熱器、熱解爐全部退出備用，不僅消除了電廠擔心脫硝系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行的隱患，還大大降低了廠用電使用率，每年可為電廠節(jié)省600萬元左右。除了降低了電耗外，本次直噴改造還解決了下列問題： 取消用于尿素熱解的鍋爐一次熱風的消耗；簡化熱解系統(tǒng)，取消原有熱解制氨系統(tǒng)的爐區(qū)設備（電加熱器、熱解爐、熱風管道系統(tǒng)、AIG設備；消除尿素分解不完全或低溫結(jié)晶而導致AIG結(jié)晶堵塞的風險。改造方案具有以下特點：

1.保留原尿素熱解系統(tǒng)，新熱解系統(tǒng)與原系統(tǒng)不交叉，可隨時方便的進行系統(tǒng)切換操作；

2.新系統(tǒng)的供氨氣能力不能小于原系統(tǒng)的供氨能力；

3.新系統(tǒng)的運行，不能降低原SCR的各性能參數(shù)指標；

4.新系統(tǒng)采用獨立的電源系統(tǒng)，不影響原系統(tǒng)的切換運行；

5.新系統(tǒng)采用獨立的控制系統(tǒng)，不占用原系統(tǒng)IO模板；

6.新系統(tǒng)的尿素溶液從現(xiàn)有計量分配裝置尿素溶液母管抽取，原尿素溶液制備系統(tǒng)及其運行方式保持不變。

目前，采用爐內(nèi)直噴方案代替原來尿素熱解的1-7號機組脫硝系統(tǒng)已經(jīng)全部投入運行。改造后的4號機組脫硝5，6月份的廠用電率平均為0.035%，相比改造前的超過0.2%，電耗大幅下降超過80%，降低了機組的廠用電率，提高了機組的經(jīng)濟性，取得了良好的效果。

4號機組2015年和2016年直噴改造前后同期脫硝設備廠用電率對比圖（單位：%）

五、總結(jié)

火力發(fā)電作為我國電力的主要來源，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式給我國環(huán)境帶來了極大的負面影響。進行煙氣脫硫、脫硝、除塵的超低排放是燃煤發(fā)電必走的路。脫硝在我國發(fā)展剛剛起步，我國缺乏核心技術，主要依賴進口，煤電企業(yè)的選擇不多。煤電企業(yè)在堅持環(huán)境保護的同時，必須兼顧經(jīng)濟效益。在生產(chǎn)中不斷摸索前進，進行技術改造，降低脫硝等環(huán)保設施的運行成本，提高設備運行的穩(wěn)定性。我廠將會持續(xù)關注國內(nèi)外脫硝技術的發(fā)展狀況，監(jiān)控我廠脫硝的運行情況，在堅持超低排放達標的情況下將經(jīng)濟效益最大化。