新排放標準下電廠脫硝改造技術分析

郝青哲，史 洋，杜 超，李 瓊，劉志強

（1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050081）

新排放標準下電廠脫硝改造技術分析

郝青哲1，史 洋1，杜 超2，李 瓊1，劉志強1

（1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050081）

介紹電廠燃燒中及燃燒后有降低過量空氣系數、分級燃燒及煙氣再循環等脫硝技術，得出選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術是目前常用的脫氮技術的結論，從燃燒器改造、分級燃燒及SCR技術改造等方面對新排放標準下電廠脫硝改造方案進行分析，通過計算分析脫硝出口煙氣中NOx含量是否達標，驗證了脫硝改造技術達到的效果，滿足環保要求。

NOx；低氮燃燒；SCR；SCNR；混合技術

NOx是一種危害較大且難處理的大氣污染物，它不僅破壞臭氧層，引起溫室效應，更重要的是會形成酸雨和光化學反應，損害人的呼吸系統，不利動植物健康成長。NOx主要是由于燃料燃燒而形成，而電廠又是貢獻最大的。因此，需要對電廠進行脫硝改造，從而降低電廠NOx的排放量，保護環境。NOx是燃料燃燒過程中所生成的，而NO又占大多數。根據生成機理不同，可分為熱力型和燃料型，熱力型主要是N2的高溫氧化而成；燃料型為燃料的熱解氧化生成。

1 NOx控制技術

電廠脫銷技術主要集中于燃燒中及燃燒后NOx的控制研究上。燃燒中NOx控制技術主要是低氮燃燒技術，包括降低氧量、使用低氮燃燒器以及分級燃燒等；燃燒后NOx的控制主要是指通入氨水的催化還原氧化法，稱為SCR脫硝法。

1.1 低氮燃燒技術

低氮燃燒技術包括燃燒器改造、分級燃燒、控制爐膛氧量及燃燒調整等。燃燒器改造主要是更換低氮燃燒器，如WR低氮燃燒器、PM低氮燃燒器以及雙調風煤粉燃燒器。分級燃燒主要是控制各級風量以使主燃區處在還原氛圍中，抑制氮氧化物的產生；燃燒完后處于氧化氛圍，促進燃料的燃盡。控制爐膛中的氧量，盡量減小過量空氣系數，低過量空氣系數運行可以抑制NOx的生成量，但過量空氣系數不能過低，否則會影響爐內傳熱，造成受熱面結渣、金屬腐蝕等情況產生。燃燒調整即通過調整一、二次風、燃盡風配比來降低NOx的技術。

低氮燃燒技術具有簡單、投資低、運行費用低的特點，但受煤質、燃燒條件限制，在減少氮氧化物生成方面的差異也較大。如對部分采用低氮燃燒器、分級燃燒且燃用煙煤的四角切圓燃燒器鍋爐來說，在SCR之前已經能夠達到標準狀態下100mg／m3的國家標準；但對于一些對沖燃燒、燃用貧煤、無煙煤的鍋爐來說，在SCR之后也未達到100mg／m3以下的要求。

1.2 選擇性催化還原法（SCR）

SCR是在一定溫度下，利用某種催化劑，以氨水為還原物質，將煙氣中的NOx還原成N2和水，化學反應如下：

具體反應流程為：利用稀釋風機將氨稀釋到5%以下，然后和省煤器出口的煙氣混合，利用催化劑的吸附、催化作用，并充分反應最終將煙氣中的NOx與NH3反應最終生成N2和H20。催化劑主要是將貴金屬Ag、Sn等或金屬氧化物負載于TiO2、Al2O3等載體上，從而形成催化能力。

目前，SCR技術已經大量應用于國內各類電廠脫硝改造中，效果顯著；但也暴露了一些問題，如氨的安全問題，催化劑失效、成本問題等。

2 脫硝改造實例分析

2.1 改造前設備概述

某發電廠一期工程為2臺600MW亞臨界燃煤發電機組，配備2臺600MW亞臨界鍋爐，一次中間再熱，單爐膛、Π型露天布置，擺動式燃燒器，四角切圓燃燒，平衡通風，固態排渣，配用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。2臺鍋爐NOx排放濃度為標準狀態下350～400mg／m3，為滿足環保要求，2013年對1、2號鍋爐進行煙氣改造，包括更換低氮燃燒器、分級燃燒及加裝SCR脫硝裝置。鍋爐主要設計參數如表1所示。

面對國家日益嚴格的環保要求，在進行脫硝改造前，2臺600MW機組煙氣中NOx含量在400～600mg／m3，高于100mg／m3的國家標準，需要對機組進行綜合的脫硝改造，即更換低氮燃燒器、分級燃燒、燃燒調整及安裝SCR脫硝裝置。

表1 鍋爐主要設計參數

2.2 改造措施

2.2.1 燃燒器改造

燃燒器采用低NOx燃燒器，主要為煤粉噴嘴改造。煤粉噴嘴采用寬調節比（WR）煤粉噴嘴，如圖1所示，煤粉噴嘴的一次風道的連接處有一個彎頭，利用煤粉氣流通過這個管道彎頭轉彎時，受離心力作用，大部分煤粉緊貼著噴頭外側進入煤粉噴嘴，而設置在煤粉噴嘴中間的水平肋片，將煤粉氣流順勢分成濃淡兩股，上部為高濃度的煤粉氣流，下部為低濃度的煤粉氣流，并將其保持離開噴嘴以后的一段距離，從而提高了煤粉出口處上部煤粉氣流的煤粉濃度。

圖1 WR燃燒器噴嘴結構

煤粉噴嘴處安裝有一個擴流錐，擴流錐有V形和波浪形2種。采用擴流錐可以在噴嘴出口形成一個穩定的回流區，使高溫煙氣不斷的回流到煤粉火炬的根部，以維持煤粉氣流的穩定著火，使揮發份在富燃料的氣氛下快速著火，并保持火焰穩定，從而有效降低NOx的生成。

2.2.2 分級燃燒改造

分別對偏置二次風CFS、緊湊二次風CCOFA以及分離燃盡風SOFA的優化設計。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有2層輔助風噴嘴，其中包括1只預置水平偏角的輔助風噴嘴，1只直吹風噴嘴，該方案用于控制NOx和防止爐膛水冷壁結焦及高溫腐蝕。

采用C-COFA和SOFA實現對燃燒區域過量空氣系數的多級控制，在主風箱上端布置緊湊燃盡風，將部分二次風送入爐膛；在主風箱上部布置兩級分離燃盡風風箱，每個SOFA噴嘴可通過執行機構作上下±30°的擺動，同時可通過一個調節機構作水平方向±15°的調節（左右擺動）。改造后的燃燒器噴嘴從上到下依次為：SOFA-F，SOFA-E，SOFA-D，SOFA-C，SOFA-B，SOFA-A，CCOFA2，CCOFA1，FF二次風，F層一次風，CFS（F）二次風，EF油二次風，E層一次風，CFS（E）二次風，DE層二次風，D層一次風，CFS（D）二次風，CD層油二次風，C層一次風，CFS（C）二次風，BC層二次風，B層一次風，AB層油二次風，A層一次風＋等離子，UFA二次風，AA二次風。

2.2.3 安裝SCR 脫硝裝置

利用液氨、稀釋風機以及催化劑裝置進行催化還原氧化，使煙氣中的NOx還原成N2和H2O。

2.2.4 脫硝效果測定

通過煙氣分析儀測量空預器入口（脫硝出口）處的氧量和NO含量，通過下式計算標況下的NOx含量。

在更換低氮燃燒器及安裝脫硝裝置以后，在工況1條件下，測定空預器入口NOx含量（標況下）A／B側分別為98.2／111.2mg／m3，從結果可以看出，A側基本滿足要求，B側含量超過標準10mg／m3左右。2.2.5 燃燒調整

在更換燃燒器、布置分級燃燒及SCR裝置以后通過燃燒調整對進行NOx細調。保持C-COFA，和SOFA開度不變，調整各個一次及二次風擋板開度（即工況2），具體如表2所示。

表2 擋板開度調整 %

然后再測定標況下NOx含量，結果為空氣預熱 器 入 口 NOx（標 況）A／B 側 為 89.4／91.8 mg／m3，均符合環保規定，由此可見，燃燒調整可以降低NOx的排放量。

3 結束語

在新的環保標準下，電廠嚴格執行標準工況下NOx100mg／m3排放標準，這就需要各發電企業通過技術改造，來降低NOx排放量，包括燃燒器改造、分級燃燒、燃燒調整及SCR脫硝技術。不同電廠實施不同方案，從根本上減少氮氧化物對大氣的污染，保護環境。

本文責任編輯：丁 力

TechnicalAnalysisonDenitrificationTransformationin PowerPlantUnderNewEmissionStandards

Hao Qingzhe1，Shi Yang1，Du Chao2，Li Qiong1，Liu Zhiqiang1
（1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China；2.Huaneng International Electric Power Co.Ltd.Shang′an Plant，Shijiazhuang 050081，China）

This paper introduces the form mechanism of NOxwhich is one of the three pollutions in power plant and researches the main technologies including the burning and after burning denitrification techonologies.Low nitrogen combution technology，which mainly based on changing the burners and adjusting burning，staged combustion，flue gas recirculation and so on.concludes that the SCR technology is the commonly used denitrification technology now.By calculate analysis if the content of NOxin the flue gas is achieved through transformation of burners，staged combustion and technical transformation of SCR，also to verify the results of denitrafication technology and achieves the demand of the environmental protection.

NOx；denitrification burning；SCR；SCNR；hybrid technology

TM761.7，X701

B

1001-9898（2015）03-0052-03

2015-01-05

郝青哲（1985－），男，工程師，主要從事電站鍋爐常規試驗與技術服務工作。