小議燃煤電廠W火焰爐SCR法煙氣脫硝技術(shù)選型及布置優(yōu)化

趙玉

摘 要：燃煤電廠是造成氮氧化物（主要是NO、NO2以及少量的N2O等， 統(tǒng)稱為NOx）排放的主要來源之一，其為形成酸雨、光化學煙霧、臭氧和PM2.5的主要前體物質(zhì)。與碳氫化合物能形成光化學煙霧危害環(huán)境，NOx亦參與臭氧層的破壞。為滿足日趨嚴格的環(huán)保要求， 我國燃煤火電廠在十二五期間，大多完成了煙氣脫硝裝置的建設(shè)工作并實現(xiàn)了運行。文章針對韶關(guān)電廠10、11號機組W火焰爐的煙氣脫硝改造設(shè)計優(yōu)化進行了研究，其結(jié)果可為相同爐型應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；W火焰爐；SCR法煙氣脫硝技術(shù)；選型；布置優(yōu)化

中圖分類號：X77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）21-0177-02

1 概 述

NOx是產(chǎn)生酸雨、光化學煙霧、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞的主要前驅(qū)物，這也是導致我國霧霾頻發(fā)的根本原因之一[1]。國務(wù)院于2013年9月10日發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》來推進大氣污染防治工作[2-3]。

為了應(yīng)對日益嚴重的霧霾問題，2014年6月7日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《能源發(fā)展戰(zhàn)略計劃（2014-2020年）》，同時國家多部委也聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造計劃（2014-2020年）》，就煤電節(jié)能減排提出了新的要求和升級改造“時間表”，同年，中國開始執(zhí)行火電大氣污染排放新標準，NOx的排放限值降為50 mg/m3[4-7]。

由此可見，隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴格，NOx減排將依然是我國“十三五”期間的工作重點。為充分落實廣東省環(huán)境保護廳粵環(huán)【2011】3號文精神，同時把韶關(guān)電廠建設(shè)成“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”綠色環(huán)保型電廠，韶關(guān)發(fā)電廠開展了在運的10、11號機組的煙氣脫硝改造工作。

2 煙氣脫硝工程概況

韶關(guān)發(fā)電廠10、11號機組為2×300 MW燃煤機組，其中鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-II15型W火焰爐，為亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐， 雙拱型單爐膛，W形火焰，平衡通風，固態(tài)排渣，輕油點火的燃煤鍋爐。

10、11號機組爐后設(shè)有空預器和送風機構(gòu)架，該二處構(gòu)架采用鋼框架結(jié)構(gòu)，原有構(gòu)架的地下基礎(chǔ)為：

10號機為天然承臺鋼筋混凝土基礎(chǔ)，11號機為沖孔樁鋼筋混凝土基礎(chǔ)，該二處的結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)未預留脫硝SCR反應(yīng)器及相關(guān)平臺的荷載[2]。

為了確保煙氣脫硝工程的有效實施及實現(xiàn)氮氧化物的減排，進行了充分的考察調(diào)研，韶關(guān)發(fā)電廠最后確定采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，催化劑層數(shù)按“2+2”模式布置，初裝2層預留2層；每套脫硝裝置均根據(jù)處理煙氣量為100%、脫硝效率不低于90%和其他工況條件下進行整體設(shè)計。

3 SCR 煙氣脫硝技術(shù)原理及工藝系統(tǒng)

3.1 技術(shù)原理

本工程采用高灰型選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術(shù)，氨（NH3）作為還原介質(zhì)， 主要由供氨與噴氨系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、煙氣管道與電氣控制系統(tǒng)等組成。

反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口與空氣預熱器入口之間，來自鍋爐省煤器的熱煙氣在進入SCR反應(yīng)器前，位于SCR反應(yīng)器的上游煙道中噴入氨（NH3）， 使氨與煙氣充分均勻混合后進入反應(yīng)器。

氨在催化劑的作用下，在有氧氣的條件下選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)， 將NOx轉(zhuǎn)換為無害的氮氣（N2）和水蒸氣（H2O）。

根據(jù)設(shè)計，在催化劑化學壽命期內(nèi)，在布置兩層催化劑的條件下，每套脫硝裝置脫硝效率均不小于80%；在布置三層催化劑的條件下，每套脫硝裝置脫硝效率均不小于90%。

SCR反應(yīng)器內(nèi)的主反應(yīng)過程為：

4NO+4NH3+O2 催化劑 4N2+6H2O

6NO2+8NH3 催化劑 7N2+12H2O

NO+NO2+2NH3 催化劑 2N2+3H2O

3.2 工藝系統(tǒng)

煙氣經(jīng)SCR裝置入口補償器、AIG噴氨格柵、反應(yīng)器入口補償器，然后進入反應(yīng)器內(nèi)（無旁路煙道），還原劑（氨）在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)，從而去除煙氣中的NOx。經(jīng)處理后的煙氣直接進入鍋爐空預器內(nèi)。

本工程每臺鍋爐配置2臺脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器的截面尺寸為13.9 m×7.95 m，每臺脫硝反應(yīng)器設(shè)計成2+2層催化劑布置方式，其中下面2層為預留層。每層含有7×8個催化劑模塊。模塊之間和與反應(yīng)器壁之間采用密封板密封。

可以通過模塊化的催化劑結(jié)構(gòu)來保證催化劑的結(jié)構(gòu)始終處在相同的規(guī)格下，并且還可以通過該方式來體現(xiàn)出其互換性的特點，控制催化劑反應(yīng)時間。催化劑選型過程中，工作人員要關(guān)注燃料微量元素作用特性，避免因為微量元素的影響，導致出現(xiàn)催化劑中毒等問題。

在添加新催化劑之前，要對催化劑的體積進行明確，保證催化劑的體積可以滿足脫硝要求，控制氨逃逸率，提升工作安全性。催化劑模塊可以通過鋼結(jié)構(gòu)框架來實現(xiàn)，提升運輸、安裝以及起吊等多方面的工作效率。煙氣是可以和氨氣相互作用的，通過混合的形式到達反應(yīng)器中。而工作人員要在反應(yīng)器入口的位置設(shè)置一些可以讓氣流比較均勻分布的裝置。反應(yīng)器的主要構(gòu)成因子包含入口氣流均布裝置、催化劑支撐梁以及密封板等。在反應(yīng)器內(nèi)部空間，還要通過還原劑等對煙氣當中的氮氧化物進行處理，使其生成氮氣以及水，減少氣體中NOx的含量[3]。

4 脫硝裝置設(shè)計與布置

工程設(shè)計立足于現(xiàn)階段煙氣排放達標，兼?zhèn)洵h(huán)保政策發(fā)展應(yīng)變空間之需。韶關(guān)發(fā)電廠10、11號（2×300 MW）燃煤機組為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-II15型W火焰爐，與四角切圓爐相比，W火焰爐較因其爐溫偏高，爐內(nèi)自身產(chǎn)生的氮氧化濃度也相對偏高，同容量機組，韶關(guān)電廠在低氮燃燒改造前，煙囪的

NOx濃度高達900 mg/m3，四角切圓鍋爐的NOx濃度處于600 mg/m3左右。要采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝。 NOx煙囪出口濃度低于100 mg/m3；即便是目前廣東省環(huán)保廳提出的近零排放的標準下，韶關(guān)電廠的脫硝系統(tǒng)在安裝四層催化劑，同時調(diào)整燃燒器，則完全可以達標排放，該系統(tǒng)的輔助設(shè)施及管道閥門均留有足夠的空間[4]。

系統(tǒng)設(shè)計還針對省煤器出口處條件所限不能設(shè)灰斗的情況下進行優(yōu)化設(shè)計，采用縮短水平段減少積灰。本工程SCR裝置為高含塵布置，加裝SCR裝置后，入口水平段較短，不設(shè)灰斗，利用省煤器出口水平煙道下部的省煤器灰斗進行排灰，可以減少進入反應(yīng)器中煙塵濃度及大顆?；疫M入反應(yīng)器幾率，防止催化劑的堵塞。

同時，SCR出口煙道設(shè)計成16 °的傾斜角度，經(jīng)過計算和物模試驗，即便是機組在最低穩(wěn)燃負荷下長期運行，該傾斜煙道底部形成積灰也非常少，煙道內(nèi)煙氣流速約為15 m/s，能夠?qū)⒎e灰攜帶走不堆積在煙道內(nèi)。

因此脫硝出口煙道不會因為大量積灰而對下游空預器的正常運行產(chǎn)生不良影響，從而省卻了省煤器出口灰斗的建設(shè)成本以及今后的運行維護費用[5]。

脫硝裝置SCR反應(yīng)器區(qū)的布置主要是脫硝反應(yīng)器的布置。

脫硝反應(yīng)器布置在10、11機組爐后原有送風機支架上方。在原有的支架上新建鋼結(jié)構(gòu)用于支撐反應(yīng)器并根據(jù)檢修和維護的要求設(shè)置相應(yīng)的平臺扶梯。

脫硝區(qū)域布置根據(jù)工藝方案，結(jié)合場地條件，緊湊布置，主要設(shè)施有SCR反應(yīng)器、SCR區(qū)CEMS小間等。這樣的布置使整個脫硝反應(yīng)器區(qū)與周圍區(qū)域緊密結(jié)合形成一個完整的區(qū)域，有利于工程實施，并滿足機組安全運行的要求。

5 安裝SCR后投運后的脫硝效率和減排效果

經(jīng)測試和現(xiàn)場運行顯示，安裝SCR脫硝裝置后的脫硝效果后脫硝效率達到80%以上，出口濃度低于100 mg/m3， 滿足了時段要求，同時減排效果明顯，見表1。

說明：脫硝設(shè)備年利用小時按5 500 h，脫硝效率按80%考慮。同時表2數(shù)據(jù)為1臺鍋爐的減排數(shù)據(jù)，按2臺鍋爐計算，每年可減排氮氧化物10 626 t，對當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量的改善具有明顯的貢獻。在經(jīng)濟效益方面，按氮氧化物排污費0.6元/kg·計，初步估算每年可節(jié)省約637萬元。因此該工程的經(jīng)濟效益和社會效益均十分可觀。

參考文獻：

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