方山發(fā)電廠超低排放環(huán)保技改應(yīng)用與研究

周 敏 袁建紅

(1.山西焦煤霍州煤電集團(tuán)公司呂梁山煤電公司方山發(fā)電廠，山西 呂梁 033102；2.山西焦煤霍州煤電集團(tuán)公司呂梁山煤電公司，山西 呂梁 033102)

隨著環(huán)境污染問題日益突顯，環(huán)保問題日益得到政府和企業(yè)的重視，新形勢對發(fā)電廠提出了更高的要求。為響應(yīng)國家提出節(jié)能減排的號召，滿足經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠排放量滿足環(huán)保指標(biāo)要求，同時降低能源損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，提出本次方山發(fā)電廠的改造方案。方案構(gòu)建了一個綜合考慮了技術(shù)改造指標(biāo)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面的評價指標(biāo)體系，并采用層次分析法確定每一項(xiàng)指標(biāo)所占總體的比重，運(yùn)用模糊綜合評價的方法對項(xiàng)目進(jìn)行了綜合評價。本文針對方山發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過使用SNCR+SCR聯(lián)合技術(shù)，且還原劑采用更加安全的尿素溶液，并對省煤器重新進(jìn)行布置，來實(shí)現(xiàn)方山發(fā)電廠超低排放的目標(biāo)。

1 工程概況

方山發(fā)電廠為2×55MW的純凝汽式電廠，采用3爐2機(jī)配置。本電廠工程裝機(jī)為：濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的YG—260/9.8—M5型3×260t/h高溫高壓煤泥、煤矸石混燒循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐為單汽包、自然循環(huán)，膜式水冷壁，旋風(fēng)分離器，采用半露天布置，鋼構(gòu)架。+2×55MW高溫高壓直接空冷純凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，青島捷能動力集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的N55-8.83-2型高溫高壓沖動、純凝汽式空冷單缸汽輪機(jī)。+3×60MW空氣冷卻式發(fā)電機(jī)，濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的QFW-60-2型空冷式發(fā)電機(jī)。每臺鍋爐各配套一臺2電+2袋的復(fù)合式除塵器，現(xiàn)在煙塵排放濃度為30mg/Nm3以下?，F(xiàn)有兩座脫硫塔，1#脫硫塔為1#爐單獨(dú)使用，該塔尺寸參數(shù)為：直徑×高度=9/7.5m×30m；2#脫硫塔由2#爐和3#爐共用，該塔尺寸參數(shù)為：直徑×塔高=13/11m×32m左右。目前，1#塔噴淋層狀況良好，正常啟運(yùn)時開2層噴淋（2臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行，1臺備用）；2#塔噴淋層多次更換修補(bǔ)現(xiàn)處于投運(yùn)狀態(tài)，運(yùn)行時開2層噴淋（2臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行，2臺備用）狀況良好。兩塔二氧化硫排放濃度基本都在200mg/Nm3以下，氮氧化物排放濃度在180mg/Nm3以下。

2 工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)區(qū)域分為SNCR+SCR區(qū)和尿素?zé)峤庵瓢眳^(qū)兩個部分。脫硝工程項(xiàng)目采用SNCR+SCR技術(shù)，為了與鍋爐運(yùn)行匹配，脫硝裝置的設(shè)計(jì)需保證在鍋爐負(fù)荷波動時有良好的適應(yīng)性。在鍋爐產(chǎn)生的煙氣中氮氧化物主要為NO和NO2，而其中NO占90%以上，因此，脫硝過程以去除NO為主要任務(wù)。

2.1 脫硝工藝

本鍋爐脫硝系統(tǒng)采用SNCR+SCR聯(lián)合技術(shù)，還原劑為10%的尿素溶液。尿素存儲和溶液制備區(qū)按三臺鍋爐設(shè)計(jì)，每臺鍋爐設(shè)置一套尿素溶液稀釋和噴射系統(tǒng)。脫硝用還原劑主要有液氨、氨水和尿素，但是液氨屬?；罚谥T多方面受到各種制約。尿素具有與液氨相同的脫硝性能，且尿素?zé)o危險性，運(yùn)輸、儲存和使用方便，完全沒有法律法規(guī)的限制。所以本脫硝工藝使用尿素為還原劑。

尿素?zé)峤夥ㄖ瓢毕到y(tǒng)包括尿素儲倉、中間儲倉、溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液循環(huán)泵、尿素溶液稀釋及噴射裝置、背壓控制閥、除鹽水箱及水泵和控制裝置等。尿素?zé)峤庵瓢钡倪^程為：將干尿素裝入儲倉中，再由中間儲倉輸送到溶解罐，用除鹽水將干尿素溶解成尿素溶液，其質(zhì)量濃度為55%，經(jīng)由尿素溶液給料泵將尿素溶液輸送到儲罐。再經(jīng)除鹽水稀釋至10%后經(jīng)由計(jì)量、分配裝置等至鍋爐旋風(fēng)筒入口，與煙氣中的NOx反應(yīng)。還原劑的供應(yīng)量須滿足鍋爐不同負(fù)荷與脫硝效率的要求，調(diào)節(jié)方便、靈活、可靠。未完全反應(yīng)的氨氣會隨著煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器中，在SCR反應(yīng)器內(nèi)通過安裝在其中的催化劑的催化作用，使氨與氮氧化物在約300℃～400℃就發(fā)生大量反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。為確保進(jìn)入SCR反應(yīng)器的氨氣量，在低溫過熱器入口處設(shè)置了尿素霧化噴嘴，在600℃左右溫度下將尿素?zé)峤獬砂睔狻?/p>

采用SNCR時，以尿素為還原劑時，NO的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

CO(NH2)2→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

采用SCR工藝時，NO的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+4NO2+2NH3→2N2+3H2O

SCR反應(yīng)器適宜溫度為310℃～420℃，為保證反應(yīng)的適宜溫度在SCR反應(yīng)器進(jìn)口設(shè)置溫度測量點(diǎn)，當(dāng)溫度不在此范圍時，自動關(guān)閉尿素霧化噴嘴。在SCR出口處設(shè)置監(jiān)視分析儀，實(shí)時監(jiān)測NOX、O2、NH3等氣體的濃度，來保證排放出的尾氣符合標(biāo)準(zhǔn)。同時氨的注入量也是由SCR出口的監(jiān)視分析儀測量值和煙氣流量來控制的。

2.2 改造方案

鍋爐運(yùn)行監(jiān)控畫面如下圖1所示。鍋爐長期處于低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，鍋爐中存著爐膛溫度低的問題。其中旋風(fēng)分離器入口處溫度在750℃左右，省煤器入口處溫度在455℃左右，省煤器出口溫度在186℃左右。

圖1 鍋爐運(yùn)行監(jiān)控畫面

本次改造重新布置原來的第二、三級省煤器，而第一級省煤器保持不變。將原第二級省煤器取消，將原第三級省煤器更換，形成新的兩級省煤器。在新的兩級省煤器之間添加SCR裝置，同時為方便檢修，在省煤器和SCR裝置之間保留一定的空間。第三級省煤器因空間有限，故將受熱面改造為H型鰭片管，H型鰭片為擴(kuò)展受熱面，增大了受熱面管的實(shí)際傳熱面積。采用H型鰭片管后，由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，不僅可以改變該區(qū)域的煙氣流場，增加自吹灰能力和防磨能力，同時，又可降低煙氣流通面積，提高煙氣流速，增大傳熱系數(shù)，降低煙氣的出口溫度，提高鍋爐效率。

采用SNCR法脫硝時，最佳反應(yīng)溫度在850～950℃之間，在該條件下脫硝效率為50%～60%。采用該方法時，一般在爐膛出口旋風(fēng)分離器前加入脫硝劑，這樣不僅可以使反應(yīng)所需的溫度得到保證，又能保證脫硝劑有一定的停留時間。采用SCR法脫硝時，最佳反應(yīng)溫度在300～400℃之間，在最佳反應(yīng)溫度條件下，布置1層催化劑，脫硝效率約為50%～60%，若布置2層催化劑，則脫硝效率可超過85%。

3 系統(tǒng)改造效果分析

3.1 脫硝效果

由于本電廠的鍋爐長期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，故無法達(dá)到最佳反應(yīng)溫度，如果單純的采用SNCR法效果會比較差（脫硝效率約為40%），此時的NOX排放濃度在180mg/Nm3。布置一層催化劑SCR法脫硝效率約為55%，煙氣經(jīng)過SNCR+SCR聯(lián)合脫硝處理后NOX的排放濃度為48.6mg/Nm3，能夠滿足50mg/Nm3的超低排放要求。

當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，爐膛內(nèi)溫度較高，可能達(dá)900℃左右，此時NOX濃度也會提高到250mg/Nm3左右。在該條件下采用SNCR法脫硝效率可達(dá)60%以上，再加上爐后SCR法脫硝（布置一層催化劑時），效率大概約為55%，經(jīng)過脫硝后NOX的排放濃度約為45mg/Nm3，能夠滿足超低排放要求。

綜上所述，采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，無論處于鍋爐低負(fù)荷還是高負(fù)荷的狀態(tài)下，均能滿足超低排放的要求。

3.2 對環(huán)境的改善

方山發(fā)電廠全面實(shí)施超低排放改造后，主要污染物對周圍環(huán)境的影響見下表1。

表1 超低排放改造前后污染物對照表

從表1可以看出，方山發(fā)電廠全面實(shí)施超低排放改造后，NOX從原來的180mg/Nm3降至50mg/Nm3，可減排636.5t；可使電廠周邊地區(qū)環(huán)境明顯改善，空氣質(zhì)量得到顯著的提升；不僅有利于創(chuàng)造良好的生活環(huán)境，更具有很高的社會和環(huán)境效益，同時對經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有長足意義。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

脫硝的環(huán)保補(bǔ)貼為0.01元/kW·h。目前，電廠發(fā)電機(jī)組容量是2×55MW，按照每年運(yùn)行6000h，則年發(fā)電量約為6.6億千瓦時，脫硝環(huán)保補(bǔ)貼為660萬，本次脫硝超低排放改造費(fèi)用約為1526萬元。改造后每年有660萬元的環(huán)保補(bǔ)貼收益，扣除運(yùn)行成本180萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。除此之外，減少發(fā)電廠的污染物排放量，也大大地縮減了當(dāng)?shù)貙Νh(huán)境治理的投入。

4 結(jié)論

本方案利用SCR+SNCR法對發(fā)電廠進(jìn)行脫硝改造，能夠使NOX排放量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠的超低排放，對于節(jié)能減排，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。本次超低排放環(huán)保改造，不僅免除了方山發(fā)電廠因環(huán)保不達(dá)標(biāo)被關(guān)停的可能性，而且還具有很高的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本期脫硝超低改造工程對實(shí)現(xiàn)環(huán)?？偭靠刂频哪繕?biāo)具有重要的意義。