煤粉爐低氮燃燒及煙氣脫硝改造設計典型示范

范劍明，武新崗

(1.鄂爾多斯職業學院，鄂爾多斯市 康巴什 017010；2.內蒙古中科聯合工程技術有限責任公司，鄂爾多斯市 康巴什 017010)

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煤粉爐低氮燃燒及煙氣脫硝改造設計典型示范

范劍明1，武新崗2

(1.鄂爾多斯職業學院，鄂爾多斯市 康巴什 017010；2.內蒙古中科聯合工程技術有限責任公司，鄂爾多斯市 康巴什 017010)

針對某電廠兩臺240 t/h煤粉鍋爐NOX超標問題，在充分了解鍋爐特點及原始運行情況的基礎上，提出了低氮燃燒和煙氣脫硝綜合改造技術路線，并對改造工程主要內容進行了設計。經實際運行完全可達到預期目標，運行成本較低。

煤粉爐；低氮燃燒；煙氣脫硝；改造設計

燃煤發電雖已是我國煤資源利用高效清潔方式，但因其基數大，仍是我國大氣污染的主要排放源之一。當前我國面臨越來越嚴峻的環境壓力，為此國家陸續出臺政策，進一步提高了燃煤電廠大氣污染物的排放限值[1]。

作者在工作過程中參與了某發電廠脫硝工程技術改造方案設計，該發電廠1、2號機組配套兩臺240 t/h煤粉鍋爐，改造前鍋爐煙氣NOX排放濃度約900 mg/Nm3，按照新的《GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準》，出口煙氣NOX濃度需滿足<100 mg/Nm3的要求。因此需對現有兩臺鍋爐進行技術改造。

1 鍋爐現狀

兩臺鍋爐型號為NG—240/9.8—M1型鍋爐，單汽包自然循環“π”型布置，固態排渣煤粉爐。鍋爐設計煤種為煙煤，同時可摻燒部分煤矸石，經改造后可摻燒部分焦爐煤氣。

鍋爐采用直流式煤粉燃燒器，正四角切向布置，在爐膛中心形成一個直徑為Φ600的假想切圓；爐膛四角布滿了Φ60×5的節距為80 mm的光管加扁鋼制成的膜式水冷壁，形成一個完全封閉的爐膛；爐膛出口處布置屏式過熱器，水平煙道布置高溫段、低溫段過熱器，頂棚、水平煙道兩側墻、轉向室四周均布置了過熱器包覆管；豎井煙道中交錯布置了二級省煤器和二級空氣預熱器。

2 技術路線確定

2.1 選擇過程

(1)選擇性非催化還原法(SNCR)。該工藝一次投資少、后期運行費用也低，但脫硝效率較其他方法明顯偏低，一般僅為40%左右。為此，本工程不考慮單獨采用SNCR法。

(2)混合型煙氣脫硝(SNCR/SCR)。作為近年發展起來的新技術，該技術主要應用于中小型鍋爐，爐后場地空間不足，且初始NOX較低的情況。本工程初始NOX濃度較高，不考慮采用SNCR/SCR法。

(3)選擇性催化還原法(SCR)。該工藝脫硝效率高、技術成熟、運行穩定、應用業績量大。但其初期投資和運行費用較高，運行成本壓力較大。為此，本工程也不考慮單獨采用SCR法。

(4)綜合評估現有技術，結合鍋爐NOX排放濃度較高的實際，首先考慮對鍋爐進行低氮燃燒技術改造，通過控制燃燒區域的空氣量和溫度，進而達到阻止NOX生成及降低其排放的目的，從而降低后續脫銷設施壓力。

2.2 選擇結論

鑒于以上技術分析和鍋爐實際情況，本工程選擇采用低氮燃燒技術和選擇性催化還原技術(SCR)綜合改造技術路線。首先采用低氮燃燒改造技術將NOX降到550 mg/Nm3以下，脫硝率為40%，然后采用SCR脫硝技術，將NOX降到100mg/Nm3以下，脫硝率為82%，兩種技術綜合脫硝效率為89%，完全能滿足最新NOX濃度排放標準的要求，且可以分步實施。

3 工程設計方案[2-4]

3.1 低氮燃燒改造部分

(1)采用二次風垂直分級高位燃盡風系統

將有組織燃燒風量沿爐膛垂直方向分級供入。在主燃燒器上方一定標高處(下層燃盡風距燃燒器三次風噴口中心線約3.5 m，可根據現場管道、鋼架安裝位置進行適當調整)布置燃盡風噴口(二層8只)，且每個燃盡風噴口均采用擺動式結構，目的在于鍋爐運行工況發生變化時進行燃盡噴口擺動角度調整，減少爐膛出口煙溫偏差，并保證過熱器管壁壁溫正常。各燃盡風噴口供風均由單獨燃盡風道提供，引出自二次風主風道。

燃盡風噴口需滿足水平和垂直兩個方向擺動，水平方向擺動幅度按±15°考慮，垂直上下擺動幅度按±15°考慮。垂直擺動裝置采用電動執行器，水平擺動手動執行。

(2)主燃燒器區二次風噴口

由于增加了高位燃盡風，維持總風量不變，需根據主燃燒器區有組織二次風減少情況進行相應縮小主燃燒器區二次風噴口面積。但最下層要保證較大二次風噴口面積，可強化二次風托粉作用，減少爐膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。

同時適當增加一、二次風噴口之間的間距，降低NOX生成濃度，還可有效防止燃用高硫煤時容易發生的高溫腐蝕。

(3)主燃燒器區三次風噴口

三次風噴口進行重新設計，噴口風速適當降低，并加裝水平WR鈍體和穩燃齒，提高三次風出口氣流著火穩定性。

(4)周界風噴口

采用延遲混合型一、二次風布置以及側二次風的周界風噴口設計。

二次風噴口采用收縮型結構，推遲一二次風的混合。一次風濃淡噴口之間采用垂直V型隔板，推遲濃淡一次風的混合速度。采用這樣的措施，可以有效地推遲濃淡煤粉氣流的混合，減少燃燒過程中含N基團與O2反應機會，有效降低NOX生成量。高濃度的濃一次風煤粉氣流，強化一次風的著火和穩燃性能，利用早期快速析出揮發分有效降低NOX生成量，可保持高的煤粉顆粒的燃盡度。

一次風噴口出口四周設計有偏置型周界風噴口，對運行或停運的一次風噴口起到冷卻保護作用，一次風在向火側和上下兩側設有小扳邊，推遲周界風與一次風的混合，在一次風噴口背火側設計較大出口動量的側二次風，對爐膛水冷壁面起到防止結渣、防止高溫腐蝕的保護作用。

采用新型低氮燃燒技術預期能把本項目2臺鍋爐的NOX排放量從現有的900 mg/Nm3降到550 mg/Nm3以下，并能同時保證鍋爐效率和其它性能。

3.2 新建SCR區部分[5-6]

本階段確定采用選擇性催化還原(SCR)工藝。SCR煙氣脫硝系統采用高灰段布置方式，脫硝裝置處理100%煙氣量。根據煙氣溫度、煙氣成分、煙氣壓降、煙氣氮氧化物濃度、氮氧化物脫除率、氨的逸出量、催化劑壽命、SO2/SO3轉換率、煙氣含塵量和反應器的布置空間等，合理選擇催化劑，優化設計反應器及煙道系統的流場，合理設計氨/煙氣混合系統。在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續出力工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下，初裝兩層催化劑時煙氣脫硝效率分別不低于84%，反應器出口NOX濃度不高于100 mg/Nm3(6%氧含量，干煙氣)。催化劑層數按2+1設置。

(1)SCR區

SCR系統是指從鍋爐上級省煤器出口，經SCR反應器至上級空預器入口之間的部分。主要由煙道、SCR反應器、催化劑、氨/空氣混合器及噴氨格柵、吹灰系統等組成。

(2)SCR反應器

每臺鍋爐各設置一臺SCR反應器，SCR反應器采取緊身封閉結構。反應器內煙氣流向為豎直向下，在入口處設置氣流均布裝置，出入口段均設導流板，各類支架、加強板均采用不易積灰的結構型式，同時考慮熱膨脹的補償措施。

SCR反應器設置足夠大小和數量的人孔門，并設有催化劑取樣口；SCR反應器內的設計流速一般在4～6 m/s選擇；SCR反應器設計需考慮堵塞、磨損等情況，能適應鍋爐各種工況以及負荷變化和啟停的要求；SCR反應器需設計必要的起吊裝置和平臺，用于催化劑模塊安裝、維護及更換；SCR反應器的設計壓力應當與配套鍋爐一致，瞬時不變形承載能力按照爐膛抗爆壓力考慮。

(3)催化劑

當前SCR脫硝工藝普遍采用氧化鈦基催化劑，市場上主要有蜂窩式、板式與波紋式三種。特別是最近幾年，蜂窩式催化劑以其高的比表面積、低體積、可再生而被越來越多地應用于煙氣脫硝項目中。本項目推薦采用蜂窩式催化劑。

(4)氨噴射系統

尿素熱解后生成氨空氣混合氣。為了保證噴入煙道內的氨與煙氣均勻分配和混合，氨氣注入采用格柵式，在噴射格柵的入口每一區域分配管道上設有手動流量調節閥，方便在調試初期調節各個區域氨氣的分配。

(5)吹灰系統

根據灰的特性，SCR反應器設置聲波吹灰器和蒸汽吹灰器，為初裝催化劑安裝吹灰器，為備用層預留接口。

4 結論

根據給定2臺240 t/h煤粉鍋爐特點及原始運行情況，首先對當前燃煤鍋爐脫硝技術進行了詳細分析和比選，在此基礎上確定了項目改造技術路線，并對改造工程主要內容進行了設計，經實際運行完全可達到預期目標；工程投資核算后，本改造工程單位造價約300元/kW，運行成本較低，可為同類型機組煙氣脫硝改造運行提供借鑒。

[1]儷建國.燃煤電廠煙氣“超低排放”技術路線[C].超臨界機組技術交流2014年會.

[2]陳浩.鍋爐低氮燃燒技術的應用與淺析[J]. 科技專論，2012(19):318

[3]火力發電廠煙氣脫硝設計技術規程：DL/T 5480-2013 [S].

[4]燃煤煙氣脫硝技術裝備：GB/T 21509-2008 [S].

[5]馮立波,羅鐘高,葛春亮.火電廠SCR煙氣脫硝工藝系統設計[J].能源與環境,2009(1):48-52

[6]火電廠煙氣脫硝工程技術規范 選擇性催化還原法：HJ562-2010 [S].

The Typical Reconstruction Design of Coal-Fired Boiler adopted Low NOXCombustion and Flue Gas Denitrification Technology

FAN Jian-ming1, WU Xin-gang2

(1. Ordos Vocational College, Ordos Inner Mongolia 017010,China )

In view of the problems of NOx exceeding standard of two 240t/h coal-fired boilers in a power plant,a comprehensive technical route of low NOx combustion and flue gas denitrification was put forwardon the basis of fully understanding the characteristics of the boilers and the operation of the boilers. The main contents and renovation project were designed. The actual operation could achieve the expected objectives. Therefore, it could provide references for the same type unit flue gas denitrification operation.

coal-fired boiler; low NOXcombustion; flue gas denitrification; reconstruction design

2017-03-15

范劍明(1987-)，男，碩士，講師，主要從事安全、環境領域教學、科研和工程技術設計工作。

X701

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1673-9655(2017)05-0059-03