小議燃煤電廠W火焰爐SCR法煙氣脫硝技術選型及布置優(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。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工作并實現(xiàn)了運行。文章針對韶關電廠10、11號機組W火焰爐的煙氣脫硝改造設計優(yōu)化進行了研究，其結果可為相同爐型應用提供參考。

關鍵詞：燃煤電廠；W火焰爐；SCR法煙氣脫硝技術；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是產生酸雨、光化學煙霧、溫室效應和臭氧層破壞的主要前驅物，這也是導致我國霧霾頻發(fā)的根本原因之一[1]。國務院于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]。

為了應對日益嚴重的霧霾問題，2014年6月7日，國務院辦公廳印發(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，同時把韶關電廠建設成“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”綠色環(huán)保型電廠，韶關發(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號機組爐后設有空預器和送風機構架，該二處構架采用鋼框架結構，原有構架的地下基礎為：

10號機為天然承臺鋼筋混凝土基礎，11號機為沖孔樁鋼筋混凝土基礎，該二處的結構及其基礎未預留脫硝SCR反應器及相關平臺的荷載[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研，韶關發(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計。

3 SCR 煙氣脫硝技術原理及工藝系統(tǒng)

3.1 技術原理

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

反應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反應器前，位于SCR反應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， 將NOx轉換為無害的氮氣（N2）和水蒸氣（H2O）。

根據設計，在催化劑化學壽命期內，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反應器內的主反應過程為：

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SCR裝置入口補償器、AIG噴氨格柵、反應器入口補償器，然后進入反應器內（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，從而去除煙氣中的NOx。經處理后的煙氣直接進入鍋爐空預器內。

本工程每臺鍋爐配置2臺脫硝反應器，反應器的截面尺寸為13.9 m×7.95 m，每臺脫硝反應器設計成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。模塊之間和與反應器壁之間采用密封板密封。

可以通過模塊化的催化劑結構來保證催化劑的結構始終處在相同的規(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，控制催化劑反應時間。催化劑選型過程中，工作人員要關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構框架來實現(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器中。而工作人員要在反應器入口的位置設置一些可以讓氣流比較均勻分布的裝置。反應器的主要構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。在反應器內部空間，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 脫硝裝置設計與布置

工程設計立足于現(xiàn)階段煙氣排放達標，兼?zhèn)洵h(huán)保政策發(fā)展應變空間之需。韶關發(fā)電廠10、11號（2×300 MW）燃煤機組為東方鍋爐廠生產的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，爐內自身產生的氮氧化濃度也相對偏高，同容量機組，韶關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，韶關電廠的脫硝系統(tǒng)在安裝四層催化劑，同時調整燃燒器，則完全可以達標排放，該系統(tǒng)的輔助設施及管道閥門均留有足夠的空間[4]。

系統(tǒng)設計還針對省煤器出口處條件所限不能設灰斗的情況下進行優(yōu)化設計，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，可以減少進入反應器中煙塵濃度及大顆粒灰進入反應器幾率，防止催化劑的堵塞。

同時，SCR出口煙道設計成16 °的傾斜角度，經過計算和物模試驗，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，煙道內煙氣流速約為15 m/s，能夠將積灰攜帶走不堆積在煙道內。

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生不良影響，從而省卻了省煤器出口灰斗的建設成本以及今后的運行維護費用[5]。

脫硝裝置SCR反應器區(qū)的布置主要是脫硝反應器的布置。

脫硝反應器布置在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構用于支撐反應器并根據檢修和維護的要求設置相應的平臺扶梯。

脫硝區(qū)域布置根據工藝方案，結合場地條件，緊湊布置，主要設施有SCR反應器、SCR區(qū)CEMS小間等。這樣的布置使整個脫硝反應器區(qū)與周圍區(qū)域緊密結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)據為1臺鍋爐的減排數(shù)據，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)境質量的改善具有明顯的貢獻。在經濟效益方面，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。因此該工程的經濟效益和社會效益均十分可觀。

參考文獻：

[1] 賀泓，李俊華，上官文峰，等.環(huán)境催化：原理及應用[M].北京：科學出版 社，2008：189-91.

[2] 李穹. 燃煤機組超低排放技術路線探討[J].科技資訊， 2015， 85-86.

[3] 王志軒，潘荔，張晶杰，等.我國燃煤電廠”十二五”大氣污染物控制規(guī)劃 的思考[J].環(huán)境工程技術學報， 2011， 63-71.

[4] 王金南，蔣春來，張文靜.關于“十三五”污染物排放總量控制制度改革 的思考[J].環(huán)境保護，2015， 21-24.

[5] 崔明，左明，宋偉.火電企業(yè)大氣污染物排放對環(huán)境危害及減排對策[J].能源環(huán)境，2015， 93-95.