小型煤粉鍋爐降NOx方案選擇需謹(jǐn)慎

趙永黎，王永春，朱焱松

（中國(guó)石油克拉瑪依石化分公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

一、國(guó)內(nèi)低氮燃燒(LNB)、脫硝(SCRSNCR)技術(shù)應(yīng)用

1.鍋爐低氮燃燒技術(shù)。

鍋爐低氮燃燒技術(shù)分為兩部分，一是對(duì)燃燒器進(jìn)行煤粉濃淡分離改造，二是對(duì)配風(fēng)進(jìn)行空氣分級(jí)。燃燒器區(qū)域形成水平或垂直的濃淡分離和沿?zé)煔夥较虻倪€原區(qū)、過(guò)渡區(qū)和燃盡區(qū)。國(guó)外如美國(guó)燃料公司、ALSTOM公司、三菱重工，國(guó)內(nèi)采用引進(jìn)工藝包或授權(quán)設(shè)計(jì)的方式運(yùn)作。國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)的百葉窗+SOFA(深度空氣分級(jí)技術(shù))、煙臺(tái)龍?jiān)吹陌偃~窗+貼壁風(fēng)+SOFA以及浙江大學(xué)的可調(diào)擋塊+SOFA等技術(shù)。

2.脫硝技術(shù)。

(1)選擇性催化還原(SCR)：絕大多數(shù)都是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。主要包括德國(guó)FBE公司、奧地利strebag公司、瑞士FlowTech、丹麥Force、意大利TKC公司等。采用尿素(熱解)、液氨作為還原劑。

(2)選擇性非催化還原(SNCR)：主要有美國(guó)GE、美國(guó)燃料公司，國(guó)內(nèi)技術(shù)較少。均采用尿素(溶液)、氨水或氨氣作為還原劑。

(3)催化劑：2009年后我國(guó)引進(jìn)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)外的性能相當(dāng)，約便宜10%~20%。國(guó)外主要有CCIC日本日輝觸媒化成株式會(huì)社、美國(guó)Cormetech、托普索(波紋板式)、雅吉龍(板式)等。國(guó)內(nèi)催化劑廠包括重慶遠(yuǎn)達(dá)、江蘇龍?jiān)?、東方鍋爐等，全部生產(chǎn)蜂窩式催化劑。催化劑是脫硝技術(shù)的關(guān)鍵，需根據(jù)鍋爐燃燒的煤種和燃燒實(shí)際情況選擇，并通過(guò)試驗(yàn)，最終選擇合適的催化劑規(guī)格。催化劑投資較高，占SCR系統(tǒng)總投資的30%~40%。

二、低氮燃燒器改造對(duì)鍋爐的影響

1.低氮燃燒與熱效率是一對(duì)矛盾，要保證煤粉在爐膛內(nèi)的延遲燃燒，改造后灰渣和飛灰含碳量會(huì)上升，熱效率一般下降0.3%~0.8%。

2.如果燃燒器中心標(biāo)高不變，由于火焰燃燒中心上移，改造后主蒸汽溫度一般會(huì)升高。因增加了高位燃盡風(fēng)，在總風(fēng)量不變的情況下，二次風(fēng)量減小，導(dǎo)致煤粉缺氧燃燒；同時(shí)二次風(fēng)速有所降低，上二次風(fēng)的壓粉作用減弱(各二次風(fēng)全部來(lái)自高溫空預(yù)器)，使得爐內(nèi)煤粉燃燒過(guò)程拉長(zhǎng)，相應(yīng)爐膛出口煙溫升高。這雖然有利于鍋爐在低負(fù)荷下維持較高主汽溫度，但也容易引起過(guò)熱器超溫、結(jié)焦和積灰。

3.低氮燃燒器如果選型不當(dāng)，阻力較大，容易發(fā)生堵管或一次風(fēng)倒竄入粉倉(cāng)等安全隱患。一次風(fēng)口標(biāo)高如果改變，將涉及煤粉管道和鍋爐水冷壁管的改造，施工較復(fù)雜。

4.鍋爐尺寸越小，燃燒分級(jí)的距離越難掌控，改造越困難。特別是蒸發(fā)量＜220t/h的鍋爐，低氮燃燒器改造難度較大。

三、SNCR、SCR改造對(duì)鍋爐及附屬設(shè)備的影響

1.SNCR?？刂茋娙氲奈恢?、混合效果和噴入量，盡量減少氨的逃逸是關(guān)鍵。脫硝效率一般在30%以下，適合在小型鍋爐使用。氨或尿素噴過(guò)量會(huì)導(dǎo)致尾部受熱面腐蝕和堵塞，過(guò)少又達(dá)不到脫硝效果。

2.SCR。脫硝效果好，最高可達(dá)95%，運(yùn)行穩(wěn)定。但催化劑價(jià)格較貴，且屬于重金屬，失效催化劑處置也需一定費(fèi)用。煙氣在通過(guò)SCR催化劑時(shí)，將強(qiáng)化SO2→SO3的轉(zhuǎn)化，形成更多的SO3。由于NH3的逃逸，在空氣預(yù)熱器處與SO3形成硫酸氫氨，與煙氣中的飛灰粒子相結(jié)合，附著于預(yù)熱器傳熱元件的金屬表面上，形成融鹽狀的積灰，造成預(yù)熱器的腐蝕、堵灰等。根據(jù)煙氣中灰分和排煙溫度不同，硫酸氫銨在空預(yù)器后面尾部煙道也可能處于液態(tài)，這可能對(duì)電除塵或布袋以及煙道、風(fēng)機(jī)帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕和堵塞。

四、煙氣降NOX方案的選定

1.現(xiàn)狀分析。

(1)熱電廠有4臺(tái)蒸發(fā)量為130t/h、額定蒸汽壓力3.82MPa、溫度450℃的中儲(chǔ)式煤粉鍋爐。1#、2#爐1994年建成，3#爐2001年建成，4#爐2009年建成。按最新火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (以 NO2計(jì) )： 1#、 2#、 3#爐 執(zhí) 行 200mg/m3， 4#爐 執(zhí) 行100mg/m3。

(2)熱電廠使用的煙煤來(lái)自十幾個(gè)煤礦，礦源和煤質(zhì)變化較大，煤的含氮量差異也較大。同樣的運(yùn)行工況，鍋爐氮氧化物排放可出現(xiàn)不同數(shù)值。目前氮氧化物排放在650~1 000mg/m3，平均800mg/m3。

(3)利用鍋爐燃燒調(diào)整降NOX結(jié)果。在多次調(diào)整試驗(yàn)過(guò)程中，氮氧化合物的最優(yōu)值略低于或接近650mg/m3。由于屬于非設(shè)計(jì)工況，試驗(yàn)期間爐底掉火星、爐渣含碳高、火嘴掛焦，同時(shí)存在一次風(fēng)管堵塞、燃燒不穩(wěn)或鍋爐滅火等風(fēng)險(xiǎn)。在多種調(diào)整手段無(wú)效的情況下，只能進(jìn)行更新改造。

2.預(yù)期目標(biāo)。鍋爐效率降低不超過(guò)0.5%，鍋爐出力不降低，燃燒良好，減溫水正常投用。低氮燃燒器效率不低于40%，煙氣脫硝效率1#、2#、3#爐不低于65%，4#爐不低于85%， NOx排 放 濃 度 1#、 2#、 3#爐 低 于200mg/m3，4#爐低于100mg/m3。氨逃逸率小于3ppm,SO2向SO3轉(zhuǎn)化率不大于1%，SCR單層阻力不大于400Pa。

3.方案的選擇。

(1)煙煤的NOX生成與空氣和燃料的混合密切相關(guān)，且目前應(yīng)用基揮發(fā)份在40%以上，適用LNB技術(shù)。改造不改變爐本體結(jié)構(gòu)，只需一次性投資，并為后續(xù)SCR技術(shù)節(jié)約一半以上運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)調(diào)查，幾乎所有老電廠第一步就是低氮燃燒器改造。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)和技術(shù)分析，4臺(tái)鍋爐燃燒器距折焰角中心距離滿足實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)和空氣分級(jí)的空間要求。通過(guò)改造可解決目前幾臺(tái)爐主汽溫度低的問(wèn)題，并將4臺(tái)鍋爐煙氣NOX降低在400mg/m3以內(nèi)。

(2)后續(xù)SNCR和SCR的選擇。

SNCR工程造價(jià)中等，可根據(jù)低氮燃燒器使用效果和地方環(huán)保要求，靈活投停。采用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。

①由于溫度隨鍋爐負(fù)荷和運(yùn)行周期而變化及鍋爐中NOX濃度的不規(guī)則性，要及時(shí)選擇調(diào)整合適的噴射點(diǎn)。在相同脫硝率下，NH3耗量要高于SCR工藝，使NH3的逃逸量增加。

②SNCR還原劑一般采用氨水或尿素，使用氨氣的較少。由于氨氣壓力較低，容易受爐膛內(nèi)煙氣流的擾動(dòng)，濃度衰減快，不能足量到達(dá)燃燒中心，脫硝效果差。采用尿素效果最好。由于氨水在爐內(nèi)揮發(fā)較快，效果次之。

③石化公司自產(chǎn)液氨，SNCR系統(tǒng)要增加一套液氨稀釋配比設(shè)備，系統(tǒng)的不安全性增強(qiáng)。尿素與氨水在高溫下具有強(qiáng)腐蝕性，當(dāng)槍頭內(nèi)漏、角度不對(duì)或射程過(guò)遠(yuǎn)，接觸到水冷壁或過(guò)熱器管束，可發(fā)生腐蝕穿孔事故。

綜合考慮，對(duì)于1#、2#、3#爐，由于煙道阻力較大，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)二次改造的壓頭提升有限，尾部煙道合適的催化還原反應(yīng)溫度區(qū)有一定空間，且環(huán)保指標(biāo)較低，采用LNB+SNCR+SCR技術(shù)，尾部增加一層SCR催化劑層，既可將SNCR逃逸的氨收回，又可將NOX控制在200mg/m3以內(nèi)。只要嚴(yán)格控制氨逃逸量，硫酸氫氨生成量會(huì)很少，不會(huì)堵塞空預(yù)器。對(duì)于4#爐，由于尾部煙道空間太小，并且要求的環(huán)保指標(biāo)較高，高溫空預(yù)器和高溫省煤器要移位，并且僅安裝一層催化劑可能達(dá)不到環(huán)保要求，因此計(jì)劃先進(jìn)行低氮燃燒改造，然后根據(jù)技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用情況，再進(jìn)行LNB+SCR(催化劑2+1布置)或脫硫脫硝一體化改造。

(3)催化劑的選擇。省煤器出口煙氣含灰量15~25g/m3，蜂窩式催化劑完全滿足要求。目前國(guó)內(nèi)有多家生產(chǎn)蜂窩催化劑廠，性能和國(guó)外的沒(méi)有明顯差異，選擇國(guó)內(nèi)催化劑較合理。

(4)附屬設(shè)備的改造。安裝煙氣脫硝和脫硫裝置后，煙道系統(tǒng)將增加1kPa的阻力，超過(guò)現(xiàn)役引風(fēng)機(jī)的最大出力，無(wú)法滿足風(fēng)壓要求，需要更換。

五、結(jié)語(yǔ)

小型鍋爐的煙氣降NOX改造存在原設(shè)計(jì)空間小、設(shè)備裕量小、改造難度大、投入大的問(wèn)題。應(yīng)密切關(guān)注國(guó)家環(huán)保政策和發(fā)展形勢(shì)，因地制宜，因煤制宜，綜合考慮環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，采用不同的低氮、脫硝組合方式。

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