淺談煤粉鍋爐的脫硝改造

黃祿全（廣東省湛江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)與編碼所,廣東 湛江 524000）

淺談煤粉鍋爐的脫硝改造

黃祿全
（廣東省湛江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)與編碼所,廣東 湛江 524000）

根據(jù)脫硝改造工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，指出煤粉脫硝改造過(guò)程中應(yīng)注重改造前的技術(shù)準(zhǔn)備及其具體內(nèi)容，并簡(jiǎn)要介紹了脫硝改造常用的幾種技術(shù)及選擇原則。

鍋爐；脫硝改造；選擇原則

1　概述

改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，取得了舉世矚目的成就。由于發(fā)展經(jīng)濟(jì)，需要消耗大量的化石能源，由此產(chǎn)生的大氣污染物排放量也逐年增加，氮氧化物（以下簡(jiǎn)稱NOx）便是其中之一，而NOx的一個(gè)重要來(lái)源是火電廠的燃煤鍋爐，這些鍋爐當(dāng)中又以煤粉爐占大多數(shù)，由于種種原因，早期的鍋爐在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有配置脫硝裝置或者所配置的脫硝裝置已不能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，因此需要進(jìn)行鍋爐的脫硝改造。

2　煤粉爐脫硝改造的技術(shù)準(zhǔn)備

對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硝改造，首先需要對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)、運(yùn)行狀況有一個(gè)全面而深刻的了解，因此需要收集鍋爐的相關(guān)信息。除了應(yīng)收集鍋爐的原始設(shè)計(jì)資料如總圖、煙風(fēng)系統(tǒng)圖、鍋爐構(gòu)架圖、鍋爐房總平面圖、鍋爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書、煙風(fēng)阻力計(jì)算書及熱力計(jì)算書等外，應(yīng)重點(diǎn)收集如下信息：

（1）鍋爐的改造狀況。包括鍋爐是否經(jīng)過(guò)改造、都改了什么地方、改造的目的是什么、改造后對(duì)鍋爐有什么影響等，并收集改造的設(shè)計(jì)資料，供脫硝改造設(shè)計(jì)參考；

（2）鍋爐的運(yùn)行狀況。重點(diǎn)關(guān)注NOx的初始排放濃度和煙氣的溫度分布及煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力，這些信息可以從中控室的DCS畫面及現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)儀表獲得，如果沒(méi)有，則應(yīng)考慮采用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的便攜式儀器儀表進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果應(yīng)獲得鍋爐使用單位的書面認(rèn)可。尤其需要清楚的是，NOx的初始排放濃度是根據(jù)什么原理、采用什么設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的，測(cè)量所得結(jié)果是什么基準(zhǔn)狀態(tài)下的值，以確保方案設(shè)計(jì)的輸入信息準(zhǔn)確無(wú)誤，否則一旦出錯(cuò)，后果不堪設(shè)想；

（3）通過(guò)脫硝改造，鍋爐使用單位期望達(dá)到的NOx排放目標(biāo)；（4）鍋爐現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地空間。由于脫硝改造可能需要新增燃燒裝置、還原劑噴槍、SCR反應(yīng)器、還原劑儲(chǔ)存罐以及泵、管道、閥門、儀表等，因此應(yīng)到鍋爐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，初步確定可供上述設(shè)備布置的大致區(qū)域。

3　煤粉爐脫硝改造的技術(shù)

目前，可供選擇的、成熟的脫硝技術(shù)主要有如下幾種：

（1）低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)通過(guò)降低燃燒器區(qū)域溫度及氧濃度等措施減少燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx，包括空氣分級(jí)、燃料分級(jí)、煙氣再循環(huán)等技術(shù)，其脫硝效率約為30%~50%。采用低氮燃燒技術(shù)的燃燒設(shè)備則為低氮燃燒器。由于低氮燃燒技術(shù)改造完成后，運(yùn)行過(guò)程中不再需要消耗還原劑等物料，其運(yùn)行成本與其它技術(shù)相比大大降低，并且不會(huì)產(chǎn)生由于氨逃逸造成的二次污染，所以脫硝改造通常都首先考慮采用低氮燃燒技術(shù)。實(shí)際工程中比較常用的是低氮燃燒器+空氣分級(jí)技術(shù)。

需要注意的是采用低氮燃燒技術(shù)，有可能會(huì)造成燃燒后延，火焰中心上升，爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致排煙溫度上升，另外由于降低燃燒溫度及氧濃度，也有可能會(huì)造成化學(xué)不完全燃燒熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失增加。總而言之，由于采用低氮燃燒技術(shù)，可能會(huì)降低鍋爐的熱效率。

（2）選擇性催化還原（SNCR）。該技術(shù)主要通過(guò)噴槍將還原劑（如純氨、氨水或尿素等）噴入煙氣中并混合，在煙溫850~1050℃的區(qū)域，NOx被還原劑還原成氮?dú)猓∟2）。該技術(shù)的關(guān)鍵是還原劑噴槍的選用及布置，如果布置恰當(dāng)，則脫硝效果好、效率高，反之，則效果差、效率低，甚至有可能出現(xiàn)脫硝效率為零的情況，因此應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。考慮到鍋爐變負(fù)荷導(dǎo)致煙溫發(fā)生改變，噴槍通常都分層布置，層與層的間距除了應(yīng)當(dāng)綜合考慮反應(yīng)物在適當(dāng)煙溫區(qū)域停留時(shí)間、煙溫、噴槍特性等因素的影響外，還應(yīng)當(dāng)盡量利用已有的平臺(tái)扶梯，達(dá)到方便運(yùn)行操作及檢修維護(hù)并且改造工程量小、成本低的目的。需要強(qiáng)調(diào)的是，噴槍的布置還應(yīng)當(dāng)考慮由于低氮燃燒改造使?fàn)t膛出口煙溫發(fā)生改變?cè)斐傻臐撛谟绊憽?/p>

對(duì)于煤粉爐的脫硝改造，其脫硝效率往往要求達(dá)到80%以上，由于該技術(shù)的脫硝效率只能達(dá)到30~60%且其氨逃逸率較高易造成二次污染，因此很少單獨(dú)采用，通常都與其他技術(shù)組合使用。

（3）選擇性催化還原（SCR）。該技術(shù)主要通過(guò)將還原劑（如純氨、氨水或尿素等）噴入煙氣中并混合后，在煙溫為300~420℃時(shí)經(jīng)過(guò)催化劑層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將NOx還原成氮?dú)猓∟2）。該技術(shù)與SNCR的主要區(qū)別除了化學(xué)反應(yīng)溫度區(qū)間不同外，還在于其需要用到催化劑。通過(guò)布置多層催化劑，其脫硝效率可以達(dá)到90%以上，因此該技術(shù)可以單獨(dú)使用，也可以和其他技術(shù)組合使用。由于催化劑價(jià)格較高，并且改造過(guò)程中需要新增加空間以便對(duì)催化劑進(jìn)行布置，催化劑的使用壽命通常只有2~3年，在脫硝過(guò)程中還需要消耗還原劑，因此SCR脫硝技術(shù)的改造及運(yùn)行成本比前述的脫硝技術(shù)都要高得多，為了節(jié)約成本，采用與其它技術(shù)相結(jié)合的方式往往更適合。

實(shí)際煤粉鍋爐的脫硝改造工程，對(duì)于中小容量鍋爐，比如130t/h、220t/h，往往采用低氮燃燒+SNCR＋煙道SCR的技術(shù)路線即可達(dá)到比較高的脫硝效率，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，此種技術(shù)路線不需要新增SCR脫硝反應(yīng)器，對(duì)鍋爐改動(dòng)相對(duì)較小，阻力增加較小，成本較低。對(duì)于300MW以上的電站煤粉鍋爐，往往需要布置兩層以上的催化劑才能滿足脫硝要求，由于此種鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，很難在原有的尾部煙道騰出足夠的空間布置催化劑，因此通常都需要在鍋爐尾部新增空間放置催化劑，即SCR脫硝反應(yīng)器，則技術(shù)路線低氮燃燒+SNCR＋SCR或低氮燃燒＋SCR均可行，那種更優(yōu)則需經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

4　結(jié)論

綜上所述，煤粉鍋爐的脫硝改造首先應(yīng)對(duì)鍋爐進(jìn)行全面考察并充分收集鍋爐的各種信息，然后通過(guò)分析、討論及計(jì)算，確定出可行的幾種技術(shù)路線，再經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較得到最終采用的技術(shù)路線，這種技術(shù)路線應(yīng)滿足在達(dá)到所要求的脫硝效率的前提下，其改造、運(yùn)行成本低，對(duì)鍋爐效率的影響小。

黃祿全（1985—），男，本科，助理工程師。