燃煤電廠煙氣脫硝技改前期工作要點分析

惠潤堂，柴小康，韋 飛，楊愛勇，王寶德，袁立明

(1.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 200031;2.中國國電集團(tuán)公司安全生產(chǎn)部，北京 100034;3.華北電力設(shè)計院，北京 100011)

根據(jù)火電發(fā)展和燃煤增量的預(yù)計，“十二五”期間燃煤電廠氮氧化物的排放總量將由2010年的1050萬t增加到1200萬t左右，國家“十二五”綱要明確提出“十二五”末氮氧化物排放量在2010年基礎(chǔ)上減排10%。根據(jù)新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)，火電廠氮氧化物排放限值為100mg/m3。在環(huán)境保護(hù)壓力以及脫硝電價補(bǔ)貼利益的共同驅(qū)動下，火電廠煙氣脫硝技改工程的建設(shè)將急劇膨脹。

1 脫硝技改前期工作

燃煤電廠煙氣脫硝技改的前期工作主要包括環(huán)境影響評價、安全預(yù)評估(液氨項目)、可行性研究以及招標(biāo)文件編制等，其中以可行性研究為核心。

1.1 脫硝環(huán)境影響評價及安全預(yù)評估

環(huán)境影響評價是由業(yè)主單位委托有資質(zhì)的環(huán)評單位承擔(dān)。對擬開展的脫硝工程建設(shè)項目實施后，可能對環(huán)境產(chǎn)生的各種影響進(jìn)行識別、預(yù)測和評估，提出各種控制措施，從而把對環(huán)境的不利影響減少到最低程度的評價活動。

由于煙氣脫硝是整個電廠環(huán)保的一部分，一般煙氣脫硝的環(huán)評工作是包含在電廠整體環(huán)評內(nèi)的。如果沒有包括，則要求重新進(jìn)行煙氣脫硝環(huán)評工作或是讓原環(huán)評單位進(jìn)行煙氣脫硝環(huán)評補(bǔ)充工作。煙氣脫硝環(huán)評批復(fù)中一般均明確氮氧化物的排放總量、排放標(biāo)準(zhǔn)、脫硝方式以及脫硝效率，環(huán)評批復(fù)文件是從事脫硝可行性研究的重要依據(jù)。

安全預(yù)評估的目的是貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的方針，為建設(shè)項目初步設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，以利于提高建設(shè)項目本質(zhì)安全程度。對于還原劑采用液氨的項目根據(jù)規(guī)定需委托有資質(zhì)的單位對項目進(jìn)行安全預(yù)評估工作，并通過當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)部門的審查。

1.2 脫硝可行性研究

脫硝可行性研究的主要任務(wù)包括:進(jìn)行充分的資料收集、分析和現(xiàn)場調(diào)研，對脫硝項目建設(shè)的必要性、實施的可行性、技術(shù)的可靠性以及經(jīng)濟(jì)的合理性進(jìn)行多角度的綜合的分析論證，在多方案比較的基礎(chǔ)上，提出最適合業(yè)主實際的設(shè)計方案。由于在可行性研究階段，脫硝工程采用的脫硝技術(shù)路線、工藝方案、基礎(chǔ)參數(shù)、還原劑種類、外圍改造工程、工程投資等均須基本確定，因此，可行性研究是脫硝工程建設(shè)前期工作的核心?？尚行匝芯康某晒瑢⒅苯佑绊懙接嘘P(guān)部門的決策。

脫硝可行性研究的主要研究依據(jù)包括以下幾個方面:環(huán)境影響評價報告、項目建議書及其批復(fù)文件;國家和地方的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃、行業(yè)部門的發(fā)展規(guī)劃;有關(guān)法律、法規(guī)和政策;有關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)布的工程建設(shè)方面的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、定額;擬建廠(場)址的自然、經(jīng)濟(jì)、社會概況等基礎(chǔ)資料;涉及項目各方簽訂的協(xié)議書或意向書;編制《報告》的委托合同;其他有關(guān)依據(jù)資料。脫硝可行性研究的主要工作過程如圖1所示。

圖1 脫硝可行性研究工作流程

1.3 脫硝招標(biāo)文件編制

脫硝招標(biāo)是建設(shè)項目業(yè)主選擇實施者的過程，由于煙氣脫硝工程技術(shù)含量高、技術(shù)、管理難度比較大，需要整體協(xié)調(diào)的工作比較多，因此其性質(zhì)決定了建設(shè)中適宜采用工程總承包(EPC)等模式進(jìn)行建設(shè)。招標(biāo)文件的編制要以通過審查的可行性研究及其批復(fù)為依據(jù)。

2 脫硝前期工作要點分析

2.1 基礎(chǔ)測試工作

脫硝技改與新建項目脫硝不同，脫硝技改方案的確定首先要全面深入把握鍋爐及相關(guān)輔助設(shè)備運行的真實現(xiàn)狀，有必要在脫硝技改工作開展前期對鍋爐運行現(xiàn)狀進(jìn)行摸底測試。

基礎(chǔ)測試主要為常規(guī)運行煤質(zhì)下的參數(shù)，包括煙氣量(標(biāo)干態(tài)和工況)、煙氣成分參數(shù)(氧量、壓力、煙溫、SO2、NOx、煙塵等)、煙氣系統(tǒng)阻力(現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)實際出力)。摸底測試主要為鍋爐滿負(fù)荷工況下測試，對于煙氣中NOx濃度、煙氣溫度以及風(fēng)機(jī)運行出力，有必要測試75%及50%負(fù)荷工況下運行情況。

基礎(chǔ)測試主要測點包括:省煤器出口;引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口;脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口。其中，省煤器出口處煙溫高，無較好的直流段，煙氣量測試偏差較大，建議省煤器出口處主要測試煙溫、壓力、氧量、含濕量及粉塵。引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口有較好的直流段，煙氣流動較為平穩(wěn)，可選取此處測試煙氣量，同時通過其他煙氣參數(shù)折算省煤器處煙氣量。脫硫測點比較成熟，有部分在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可直接使用。

2.2 脫硝技術(shù)的確定

目前燃煤電廠應(yīng)用較多的脫硝技術(shù)有SCR，SNCR以及SCR+SNCR混合技術(shù)等。一般燃煤電廠煙氣中NOx排放濃度為300～450mg/m3，要滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)要求，脫硝效率需達(dá)到60% ～80%。因此，從長遠(yuǎn)角度考慮，電廠加裝脫硝裝置建議采用SCR脫硝技術(shù)。但對于NOx排放濃度大于700mg/m3的燃煤機(jī)組建議改進(jìn)現(xiàn)有低氮燃燒方式，或是加裝低氮燃燒裝置，切實降低鍋爐出口氮氧化物濃度，必要時進(jìn)行多方案比選確定。

2.3 脫硝設(shè)計參數(shù)的選取

脫硝設(shè)計參數(shù)選取不當(dāng)，會給裝置運行帶來影響。煙氣流速選取過大時，反應(yīng)器的截面積是縮小了，但會造成反應(yīng)器內(nèi)流速過高，影響脫硝效率，同時對催化劑表層磨損嚴(yán)重。煙氣中煙塵含量選取較低，造成選取催化劑孔徑偏小，容易堵塞催化劑，造成壓降增加，影響鍋爐主機(jī)運行等。因此，脫硝技改設(shè)計，會對參數(shù)留有一定的余量。但余量的選取也要因地制宜，需要考慮到機(jī)組所處地區(qū)，主要是考慮鍋爐負(fù)荷率的問題，例如在水電較為發(fā)達(dá)地區(qū)、能耗不緊張地區(qū)及能耗輸送存在問題地區(qū)，鍋爐負(fù)荷率較低，則設(shè)計參數(shù)，例如煙氣量選取余量要求較小。若選取余量較大，則脫硝裝置長期運行在低負(fù)荷區(qū)間，會存在一定的問題，例如低流速積灰等。

2.4 招標(biāo)文件的注意事項

目前脫硝工程的建設(shè)通常采用EPC總承包的模式進(jìn)行，因此作為確定EPC總承包的招標(biāo)文件就顯得尤為重要。煙氣脫硝招標(biāo)文件中必須對脫硝方式、設(shè)計原則等做出明確的要求及限定，以保證投標(biāo)工作的正常進(jìn)行。招標(biāo)文件中應(yīng)當(dāng)明確脫硝效率的要求。脫硝效率應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際排放濃度及執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)確定，同時要滿足總量要求。

招標(biāo)文件中應(yīng)當(dāng)明確催化劑、還原劑類型。若采用蜂窩式催化劑，則要根據(jù)實際煙氣中的灰分參數(shù)，明確催化劑的孔徑、節(jié)距等參數(shù)。目前常用還原劑有液氨、氨水及尿素，應(yīng)用最多的為液氨。具體的還原劑形式的選取應(yīng)當(dāng)根據(jù)電廠實際情況決定，但必須要在招標(biāo)文件中明確。設(shè)計規(guī)范中要求反應(yīng)器空塔流速為4～6m/s，招標(biāo)文件中應(yīng)當(dāng)對空塔流速有明確的要求。常見的脫硝反應(yīng)器吹灰器型式有蒸汽吹灰器和聲波吹灰器兩種。聲波吹灰器是預(yù)防性的吹灰方式，阻止灰分在催化劑表面形成堆積。蒸汽吹灰方式依靠的是機(jī)械的蒸汽的沖擊力來實現(xiàn)清灰，吹灰效果較好。但蒸汽吹灰方式由于溫度的影響，長期運行會引起催化劑的失效。招標(biāo)文件中應(yīng)明確吹灰器型式。招標(biāo)文件中應(yīng)當(dāng)明確流場模擬的要求。流場模擬應(yīng)當(dāng)根據(jù)電廠實際情況，先做理論模型流場數(shù)值模擬，再做實物模型模擬，根據(jù)結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行修正。

3 脫硝技改需協(xié)同考慮的工作

3.1 空預(yù)器改造問題

增設(shè)煙氣脫硝裝置后，絕大多數(shù)電廠均面臨空預(yù)器進(jìn)行改造，空預(yù)器改造主要有三種方式:一是暫時不改;二是保留原殼體，更換低溫段換熱元件及高度(小改);三是整體更換空預(yù)器(大改)。

空預(yù)器采取小改方案，僅將冷端更換為防腐材質(zhì)后換熱面實際會降低，排煙溫度會略升高。我們對某300MW機(jī)組脫硝空預(yù)器的小改和大改方案改造效果比對分析，結(jié)果見表1。

表1 某300MW機(jī)組空預(yù)器“大小改”對比

采用空預(yù)器整體更換方案，會在一定程度上提升鍋爐效率，降低煤耗，從而改善電廠經(jīng)濟(jì)效益，減少因排煙溫度升高對電除塵的安全性和除塵效率的影響。同時，由于預(yù)熱器整體采用更加先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，可以減少設(shè)備的故障率，進(jìn)而減少非停、檢修等設(shè)備費用和人工費用，但整體更換有其實施的客觀條件，應(yīng)根據(jù)電廠的實際情況確定。

空預(yù)器的改造除了考慮新增脫硝裝置，還需要協(xié)調(diào)配合后續(xù)除塵改造、脫硫改造，并預(yù)測對鍋爐爐效的影響，改造方案要綜合分析確定。

3.2 引風(fēng)機(jī)改造問題

作為火電廠整個煙風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵點，引風(fēng)機(jī)改造要求具備整體觀和系統(tǒng)觀，能夠協(xié)同整個脫硫、脫硝及除塵技改統(tǒng)一考慮。引風(fēng)機(jī)改造不僅要求考慮克服原煙道系統(tǒng)阻力、新增脫硝阻力、除塵改造新增阻力、原脫硫系統(tǒng)阻力以及脫硫系統(tǒng)改造新增阻力。同時引風(fēng)機(jī)改造也要求能夠為后續(xù)電除塵增設(shè)電場等改造措施預(yù)留布置空間的能力。

4 結(jié)語

脫硝技改前期工作，特別是在脫硝可行性研究和脫硝招標(biāo)文件實際編制過程中，很多細(xì)節(jié)方面需要注意。可行性研究要準(zhǔn)確分析確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，合理確定工藝路線及技術(shù)參數(shù)，招標(biāo)文件技術(shù)要求要明確、全面。脫硝技改中配套改造需要具備整體觀、系統(tǒng)觀及協(xié)同觀，空預(yù)器及引風(fēng)機(jī)改造問題需結(jié)合燃煤電廠爐后其他環(huán)保設(shè)施統(tǒng)籌考慮，避免設(shè)備重復(fù)改造，節(jié)約改造費用及改造工期，脫硝技改項目對引風(fēng)機(jī)改造及空預(yù)器改造宜進(jìn)行單獨的專題分析。

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