220 t/h鍋爐脫硝實施過程中的問題探究

楊根山，周蓮鳳

(1.中國石化南化公司動力部，江蘇南京 210035;2.南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系，江蘇南京 210048)

中石化南化公司(以下簡稱南化)3臺220 t/h煤粉鍋爐，型號NG-220/9.8-M16，采用高壓自然循環(huán)∩型布置，固態(tài)排渣。鍋爐煙氣量約2.5×105Nm3/h，NOx的排放濃度最高為800 mg/Nm3(干態(tài)，6%O2)，遠超國家排放標(biāo)準(zhǔn)。為應(yīng)對日益嚴格的環(huán)保要求和企業(yè)發(fā)展需求，2013年，企業(yè)采用了低氮燃燒(LNB)+選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，對1#鍋爐煙氣進行脫硝改造，先通過低氮燃燒技術(shù)改造，將NOx排放濃度從800 mg/Nm3下降到400 mg/Nm3左右，再通過SCR技術(shù)處理，將指標(biāo)進一步降低到100 mg/Nm3以下，正常運行指標(biāo)可維持在50 mg/Nm3左右，優(yōu)于《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011燃煤電廠NOx排放濃度標(biāo)準(zhǔn)。

1 改造主要內(nèi)容

1.1 低氮燃燒器選擇

原鍋爐采用直流式燃燒器，改造后的低氮燃燒器(LNB)切圓維持不變，一次風(fēng)采用水平煤粉濃縮器，噴口周圍加裝適當(dāng)大小的周界風(fēng)，噴口帶有V型鈍體，起穩(wěn)燃作用;主燃燒器上部布置了兩層燃燼風(fēng)(燃燼風(fēng)讓管示意圖見圖1所示)，上、下層燃燼風(fēng)噴口可以上下、水平方向擺動一定角度，以適應(yīng)燃燒調(diào)整，達到脫硝目的。

由于LNB采用爐內(nèi)空氣分級低NOx燃燒技術(shù)改造，主燃燒器區(qū)域為還原性氣氛，灰、渣未燃碳含量有所增加，將影響鍋爐熱效率。

1.2 SCR反應(yīng)器安裝

在催化劑作用下，煙氣中的NOX可被NH3選擇性還原(SCR)為N2，反應(yīng)式如下:

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

SCR脫硝技術(shù)及采用催化劑(2+1層)，具有脫硝效率高(可達90%以上)［1］、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、占地面積小等特點，特別適合于老電廠改造工程。

圖1 燃盡風(fēng)安裝讓管示意

根據(jù)鍋爐的周邊情況以及工藝要求，并考慮煙道的積灰問題，SCR反應(yīng)器建在鍋爐外，其鋼結(jié)構(gòu)施工及SCR反應(yīng)器均在現(xiàn)場制作、安裝，鍋爐進出口與SCR反應(yīng)器連接煙道(反應(yīng)器及煙道布置)如圖2所示。

為了滿足SCR流場的要求，在SCR煙道及反應(yīng)器中增加了流場內(nèi)構(gòu)件，包括導(dǎo)流板1、噴氨格柵、導(dǎo)流板2、導(dǎo)流板3、整流格柵、導(dǎo)流板4。

SCR反應(yīng)器的增加，使得煙道表面積增加約1 100 m2，散熱損失加大。煙道流程增長及催化劑裝填等，使得煙氣阻力增加約了1 000多Pa。

1.3 尾部受熱面布置

為保證低氮燃燒器改造后鍋爐總體效率不降低，改造中將尾部煙道省煤器及空預(yù)器均進行更換，并分別采用螺旋翅片管、螺旋槽管箱等進行強化換熱，考慮到低溫腐蝕問題，低溫空氣預(yù)熱器下管箱管子采用了內(nèi)涂搪瓷管，經(jīng)計算，可提升爐效約0.5%～1%，并抵消灰、渣含碳上升的影響。

圖2 SCR反應(yīng)器及煙道布置

1.4 引風(fēng)機改造

將引風(fēng)機由原來355 kw更換為400 kw，提升揚程，以克服SCR增加的煙氣阻力，同時，考慮催化劑層數(shù)及積灰因素，引風(fēng)機實施了調(diào)速改造，投運后的總電流比改造前下降了6 A。

2 問題及改進措施

1#鍋爐投入運行后，存在著排煙溫度低、SCR入口煙溫偏低、SCR進出口煙氣溫差超標(biāo)、熱風(fēng)溫度偏低的問題。隨著氣溫降至零度以下，出現(xiàn)了排煙溫度低于露點(最低時98℃)，造成布袋除塵堵塞的情況，鍋爐被迫停車，見表1中數(shù)據(jù)1。

表1 脫硝投運后運行指標(biāo)

經(jīng)過分析認為:原因一，改造過程中SCR及其煙道部分保溫施工不到位，散熱嚴重，進、出口溫差達16℃，超過設(shè)計溫度(≤5℃)較多;原因二，鍋爐尾部換熱面改造中，為了保證鍋爐效率，強化換熱后的省煤器選用換熱面積偏大，使SCR進口煙溫低于設(shè)計值低限近20℃，加上氣溫陡降，未及時調(diào)整熱風(fēng)再循環(huán)，從而使鍋爐排煙溫度大大低于露點。

2.1 改進措施

利用鍋爐停車機會，對鍋爐進行一次相應(yīng)改進和完善，將SCR煙道外保溫增加一層(約5 cm);經(jīng)過熱力核算，采用堵排減少上級省煤器管束約20%，減少下省管束約50%;空預(yù)器因改造困難沒有進行優(yōu)化，存在的熱風(fēng)溫度處于低限情況，待其它鍋爐改造時再考慮。鍋爐重新投入運行后，SCR進口煙溫及進出口煙氣溫差、鍋爐排煙溫度等均達到設(shè)計值(表1數(shù)據(jù)2)，實現(xiàn)了鍋爐穩(wěn)定運行、NOx達標(biāo)排放的目標(biāo)。

2.2 效果

南化1#鍋爐脫硝裝置于低氮燃燒器投用后，煙氣NOx濃度由投用前的500～700 mg/m3降到300～500 mg/m3，減排NOX約30% ～40%。SCR脫硝單元也完成裝置標(biāo)定。

裝置投用以來，脫硝效果穩(wěn)定，2013年12月1日到2014年7月25日，SCR進口NOx基本為300～500 mg/Nm3，經(jīng)SCR脫硝處理后，出口NOx變化范圍10.3 ～96 mg/Nm3，大多15 ～60 mg/Nm3，出口NOx平均值 36.1mg/Nm3，NOx去除率變化范圍70.7% ～96.5%，大多數(shù)大于90%，平均值92.4%，逃逸氨為＜2 mg/Nm3，結(jié)果見圖3所示。

3 結(jié)語

南化鍋爐煙氣脫硝采用LNB+SCR技術(shù)，針對SCR空間不足的情況，將鍋爐尾部煙氣從高溫空預(yù)器引出，外建SCR反應(yīng)器，再將進入SCR反應(yīng)過的煙氣引進低溫省煤器，NOx從800 mg/Nm3下降到50 mg/Nm3，優(yōu)于目前國家排放標(biāo)準(zhǔn)。通過解決建設(shè)中出現(xiàn)的問題，SCR入口溫度控制在380℃，鍋爐排煙溫度維持在130℃，熱風(fēng)溫度300℃，鍋爐效率92.8%，均達到設(shè)計要求，根據(jù)1#鍋爐的情況，推廣應(yīng)用到2、3#鍋爐，成效顯著。

圖3 1#鍋爐脫硝連續(xù)運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)

［1］ 董建勛，閆 冰，趙宗林.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行影響的分析［J］.熱力發(fā)電，2007(03).