如何提高火电厂烟气脱硝的经济性

如何提高火电厂烟气脱硝 的经济性

周光秋

国能 重庆电厂有限公司 400050

[摘要] 随着人民的环保意识的逐渐增强，对大气环境质量要求改善的呼声越来越高，国家环境保护部和质量监督检验检疫总局新修订了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），明确了大气污染物最新排放标准，各个火电企业为落实环保政策，减少大气污染物排放总量，加大了环保技术资金的投入，促进火电企业可持续健康发展，执行了环保超低排放新标准。新建、改建、扩建火电机组在执行环保“三同时”制度的同时，更加关注整个烟气脱硫脱硝的经济性。本人从事环保低排调试多年，现就多个电厂脱硝调试现场情况对如何提高烟气脱硝的经济性进行分析探讨

[关键词] 环保 排放标准 脱硝 经济性

1、烟气脱硝技术解析及应用现状介绍

为了改善空气质量，整治空气污染，脱硫、脱硝、脱碳技术应运而生。在烟气脱硝技术方面，我国大部分火电厂按照国家相关政策规定，对锅炉进行了低氮燃烧改造，加装低氮燃烧器，对锅炉出口烟气加装一套烟气脱硝装置，降低NOx排放量；低氮燃烧脱硝+选择性催化还原法(SCR)脱硝和低氮燃烧脱硝+选择性非催化还原法(SNCR)脱硝技术成为我国火电厂烟气脱硝的主要方式。

低氮燃烧脱硝技术原理是通过对锅炉燃烧过程进行分级调整控制，使燃料在富燃区保持缺氧状态，降低炉内火焰中心温度，缩短燃料在高温区内停留时间，降低炉膛出口含氧量，在燃烧的末级用燃尽风将未燃完的燃料进行再燃烧，低氮燃烧器通过燃料浓淡分离，缺氧燃烧，减少NO_X的生成量。SCR脱硝技术原理是氨空气混合后浓度为5%左右的氨气，在喷氨格栅处直接喷在320℃~420℃的烟气中，在催化剂的作用下，有选择性地将NOx还原成氮气和水，降低NO_X的排放量。SNCR脱硝技术原理是指将氨水或尿素水溶液直接喷入850℃~1100℃的炉膛内，将炉膛中生成的NO_X转化为氮气和水，转换过程不需要使用催化剂。SCR脱硝技术的优点在于运行稳定，脱硝效率高，缺点是要使用催化剂，催化剂活性有个温度限制段。当烟气温度低于下限温度运行时，催化剂活性降低，运行中会产生硫酸氢氨，堵塞催化剂，使催化剂中毒；堵塞空预器，使烟道阻力增加，降低锅炉负荷；当烟气温度高于上限温度运行时，催化剂会被烧结，失去活性。脱硝的还原剂都是氨气，氨气的来源是氨水、液氨和尿素，氨气是液氨通过蒸发器加热或尿素水溶液通过电热解炉热解获得的。由于液氨蒸发法运行成本最低，所以大多电厂都采用此方法制取氨气。但当国家把液氨纳入危险品清单，液氨存储区域成为重大危险源后，尿素热解法逐渐取代液氨蒸发法。SNCR脱硝技术优点在于工程造价低、布置简易、占地面积小，不需要催化剂，直接使用氨水或尿素溶液。缺点是脱硝效率低，满足不了脱硝环保的要求，且脱硝水溶液蒸发会带走部分热量，锅炉热效率会降低，因此在大型燃煤机组中较少被采用。

2、影响烟气脱硝经济性的主要因素解析

目前我国脱硝技术基本都是从国外引进的，国外脱硝技术也存在诸多不足，我们自身对此技术的研究和升华并不多，基本都是盲目跟从，全盘接收，因此在整个烟气脱硝技术的应用中，脱硝工艺设计不合理、测量数据不具有代表性、SCR催化剂和还原剂的设计使用不当、运行技术水平不高是影响烟气脱硝经济性的主要因素。

锅炉燃烧设计中，以氮元素含量高燃煤作为设计煤种，炉膛切圆中心位置设计不合理，一、二次风的大小、分布和角度设计不合理，给粉机排列布置设计不合理等都将增大锅炉燃烧过程中NO_X的生成量，增加SCR脱硝处理量。在SCR脱硝设计中，喷氨段烟道流场设计不合理，未设计烟气均流装置，导致喷氨处烟气流场分布不均，烟温流速分布不均、NO_X浓度分布不均匀。通过网格法测量烟道内取样点处流场分布可以发现，未加装烟气均流装置的烟道内，锅炉工况变化时，烟温流速、NO_X浓度分布没有规律可循，烟气局部冲刷催化剂的现象普遍存在，造成催化剂局部快速磨损，缩短了催化剂使用寿命；催化剂安装位置设计不合理，运行中烟气温度高低段时长不同，直接影响SCR烟气脱硝的投入频率；烟气流速太快或太慢造成催化剂的快速磨损或烟气停留反应时间不合适，影响催化剂寿命和脱硝效率；烟气分析仪及其他热控设备取样点位置设计不合理，直接影响测量数据的代表性，给脱硝运行调整带来极大的困难，喷氨量过多，氨逃逸会增加，造成氨气浪费，多余的氨气还会形成硫酸氢氨堵塞空预器或影响下一级脱硫的水质；喷氨量过少，会影响脱硝出口NO_X的环保达标排放，遭到环保考核。在脱硝运行测量数据中，如果SCR入口烟气温度测量值不具有代表性，喷氨投退不及时，会损害催化剂；烟气流量、NO_X浓度测量不准，氨氮摩尔比不准，脱硝效率会受影响。催化剂是SCR脱硝技术的核心部件，它的市场价格昂贵，使用寿命3年左右，延长催化剂使用寿命就提高了烟气脱硝经济性。SCR脱硝使用的还原剂主要是氨气，氨气的来源是液氨的蒸发和尿素的热解，选择合适的氨气来源对降低烟气脱硝运行成本尤为重要。锅炉运行技术水平的高低直接影响锅炉燃烧中NO

_X的生成量，锅炉运行人员通过对燃烧过程的优化调试，可以将NO_X的生成量控制到最经济的水平。SCR脱硝运行人员对供氨流量的调整，催化剂的正常维护等工作，可以使NO_X达标排放。

3、提高脱硝经济性的措施解析

        根据影响烟气脱硝经济性的主要因素不难发现，优良的设计会带来优质的工程。锅炉燃烧设计中，燃料选用含氮量低的褐煤，炉膛氧量按4%左右进行设计，给粉机按转速由低到高对称布置，使用低氮燃烧器；SCR脱硝催化剂选用板式或蜂窝式，按照锅炉额定负荷运行时，烟气在催化剂内的停留时间在200ms左右，催化剂进出口烟温不超过5℃的偏差设计。热控仪表的设计安装位置能保证及时反映烟道内烟气的真实工况，数据具有代表性；氨气和稀释风混合处设计有静态混合装置，氨空气混合均匀；喷氨喷嘴设计分布均匀、大小一致，喷氨流量一致。喷氨格栅处烟道内设计有烟气均流装置，使烟气温度、流速分布均匀。蒸汽吹灰器的设计运行压力、流量合理，能达到吹灰效果的同时而不会吹坏催化剂。选择催化性好且再生性好的催化剂，催化剂中毒后首先进行再生处理。在还原剂的选择方面，在确保系统安全的情况下，使用液氨蒸发法的氨气进行脱硝。在运行技术水平方面，锅炉运行人员应加强专业技术培训学习，特别是掌握锅炉在燃烧过程中助燃二次风的摆角、一次风速、风量大小、助燃二次风的配风方式和风量大小、燃尽风挡板开度、给粉机的运行方式、煤粉细度调整、锅炉本体漏风对NO_X的生成量的关系；掌握炉膛出口氧量变化对NO_X的生成量的关系；掌握低氮燃烧器各层风量不同对锅炉出口NO_X的生成量的关系等。SCR脱硝运行人员应严格按催化剂活性温度边界点执行喷氨投退操作，保持烟气温度在320℃～420℃之间时，投入喷氨运行，并根据NO_X的排放标准及时调整喷氨量，及时投入声波吹灰器，根据催化剂压差情况及时进行蒸汽吹灰。

4、结束语

我国脱硝技术虽然起步较晚，但是随着我们的不断努力和对脱硝技术的不断吸收转化，催化剂生产逐步实现了国产化；追求更优化、更先进的脱硝工艺流程、研发催化反应温度更低、抗热性更好、效率更高、活性温度段更长、更耐水耐酸，具有更高再生性的催化剂的脚步没有停止；新的研究成果正在不断涌现，特别是最值得期待的，通过创新脱硝机理、多级脱硝和多联产新工艺技术的研发和应用，在减少NO_X的排放量的同时，还转化生成农用氮肥或者其他工业产品，真正实现了节能减排，经济循环、变废为宝。