超低排放要求下的脫硝改造技術現狀

曹艷芳 楊月梅 王 淼

(中國輻射防護研究院，山西 太原 030006)

超低排放要求下的脫硝改造技術現狀

曹艷芳 楊月梅 王 淼

(中國輻射防護研究院，山西 太原 030006)

介紹了近年來火電廠脫硝提效改造中燃燒控制和煙氣脫硝的主要技術，同時提出當前存在的問題和發展趨勢，指出超低排放要求下的脫硝改造工藝選擇需要因煤制宜，因廠制宜，采用多項技術組合，形成協同脫除集成技術。

火電廠,超低排放,脫硝

氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，我國氮氧化物的排放量中70%來自煤炭的直接燃燒，而電力工業又是我國的燃煤大戶。國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局發布了發改能源[2014]2093號文件《關于印發〈煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014年—2020年)〉的通知》，通知要求“東部地區新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10 mg/Nm3,35 mg/Nm3,50 mg/Nm3)。根據中國電力企業聯合會發布的《2016年度火電廠環保產業信息》，2016年當年投運火電廠煙氣脫硝機組容量約0.6億kW；截至2016年年底，已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約9.1億kW，占全國火電機組容量的86.7%[1]，而2016年簽訂合同的火電廠煙氣脫硝機組容量前20企業中，技改容量占比76.07%。可見，在國家要求超低排放的形勢下，現有脫硝裝置要達到不大于50 mg/m3的超低排放標準，進一步脫硝提效改造，是大勢所趨。

1 脫硝提效改造現狀

我國火電廠NOx的控制采用前端燃燒控制和后端煙氣脫硝結合的方式，因此，目前的脫硝提效改造也是從這兩方面技術入手。

1.1NOx燃燒控制

爐膛溫度和過量空氣影響NOx的生成，進入爐內的過量空氣越多、爐內燃燒區NOx溫度越高,則NOx生成量越大。低氮燃燒是目前在國內外大型火電廠煤粉鍋爐中普遍采用的一種技術，通過抑制燃燒過程中的NOx生成和將生產的NOx還原實現低排放。目前采用的低氮燃燒技術包括低氮燃燒器、煙氣循環燃燒、分段燃燒和濃淡燃燒技術等。采用先進的低氮燃燒器技術，爐膛出口NOx，濃度可控制在200 mg/m3以下，為后續煙氣脫硝改造傳真有利條件，如珠海電廠2×700 MW亞臨界鍋爐在2013年采用了三菱公司研發的M-PM超低氮燃燒器進行改造，改造后滿負荷運行時NOx排放濃度由360 mg/m3降低至136 mg/m3，比改造前降低62%[2]。

1.2煙氣脫硝

目前，SCR脫硝工藝是成熟且采用最多的處理工藝，現行改造主要是采用啟用催化劑備用層、增加催化劑用量、提高還原劑噴射量的方法。改造后一般可滿足超低排放要求，SCR脫硝技術下一步的研究重點在于開發寬溫度窗口、低成本、適應我國煙氣條件的催化劑，減少脫硝過程中的氨逃逸，提升催化劑抗毒穩定性，以及催化劑再生與無害化處理等[3]。

而SNCR技術雖其脫硝效率受鍋爐結構尺寸影響大，一般用于脫硝效率要求不高的機組，但由于其具有布置靈活、改造方便、運行維護成本較低等特點，對燃煤機組有較好的適應性等特點，一些工程公司和企業對SNCR改造技術也進行了探索，SNCR技術在鍋爐上運行已有很大的變化:噴槍的位置、形式、霧化介質、噴槍材質等在運行中不斷改進，發掘SNCR技術應用于燃煤機組氮氧化物減排的潛力，已取得一定進展。

SNCR+SCR聯合脫硝越來越多的廣泛應用,尤其是在舊鍋爐的改造上優勢明顯，克服了SNCR的氨逃逸率高，大幅度降低了SCR裝置入口的N濃度，降低投資和運行費用。

1.3協同處理與綜合利用

在超低排放要求下，火電廠環境防治趨向于協同處理與綜合利用，根據各廠現狀的不同，出現了各種各樣的協同處理工藝，效果明顯。如在張家口發電廠的脫硝超低排放改造設計中，就采用了將尿素溶液直接噴射到鍋爐內的高溫煙氣中進行分解制取氮氣和利用煙氣換熱器替代熱地路系統上的電加熱器進行改造，改造后減排降耗，SCR出口濃度在一年的實際運行中大部分時間低于30 mg/Nm3[4]。而在大唐三門峽公司的技術改造中，由鍋爐來的煙氣首先從鍋爐省煤器后煙道引出，通過SCR反應器經選擇性催化還原法(SCR)脫硝工藝進行脫硝反應后，再送回空氣預熱器前煙道。隨后，經引風機增壓后送入噴淋吸收塔，在脫硫吸收塔內，煙氣與來自上部噴淋層的石灰石—石膏漿液逆流接觸，被冷卻到絕熱飽和溫度，煙氣中的SO2和SO3與漿液中的CaCO3反應，形成亞硫酸鈣和硫酸鈣，煙氣中的HCl，HF也與漿液中的CaCO3反應而被吸收，從而實現同步脫硝和脫硫。

2 存在的問題

1)超低排放要求下的脫硝技術，需要應用新技術、新工藝、新設備，例如超低氮燃燒器、高效新型催化劑等，引導開發、實用高效的新技術、新工藝、新設備，是當前乃至未來脫硝減排的手段。

2)根據行動計劃，已完成的超低排放必然先集中在東部地區，中西部地區煤質條件較差，硫分高，灰分高，揮發分低，電量低，即便經過低氮燃燒改造后氮氧化物排放濃度可能還會很高，因此，配煤、洗煤、型煤技術也須快速推進開發。

3)超低改造后存在一系列新問題，例如SCR增加一層催化劑，系統能耗增大，又如改造后控制濃度達標時，鍋爐尾部的液氨泄露和三氧化硫排放會帶來嚴重問題等，要求改造工程必須進行系統性統籌設計，綜合考慮。

3 結語

超低排放要求下的技術選擇需要因煤制宜，因廠制宜，脫硝提效改造也往往需要多方位考慮，多項技術組合，各自發揮優勢。

多種污染物高效協同脫除集成技術是火電廠煙氣污染治理的主要發展方向，隨著政策的指導和技術的發展，我國火電廠現有煙氣治理技術已不再是考慮單一設備脫除單一污染物的模式，綜合考慮各系統間協同效應，在脫除主要目標污染物的同時脫除其他污染物或為其他污染物的脫除創造條件，兼顧環保效益與經濟效益已逐漸成為趨勢。如何在新建或提效改造中充分利用各技術間的協同效應，最大程度降低超低排放改造的投資和運行費用，需要不斷在工程運行中總結經驗、積累技術、甚至構建示范點進行技術推廣。

[1] 2016年度火電廠環保產業信息[EB/OL].http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2017-05-12/168222.html，2017-05-12.

[2] 袁 力，張殿平，余偉權，等.新型M-PM低氮燃燒器在700 MW機組的改造效果[J].中國電力，2015(4)：61-65.

[3] 黃治軍,王衛群,祁建民,等.燃煤電站超低排放研究進展[J].節能科技，2017(2)：43-46.

[4] 趙永椿，馬斯鳴，楊建平，等.燃煤電廠污染物超凈排放的發展及現狀[J].煤炭學報，2015(11)：2629-2640.

[5] 張達勛，武利軍.火電廠脫硝超低排放改造設計及運用[J].中文信息，2016(11)：284-285.

Thepresentsituationofthetechnologyofdenitrationmodificationundertherequirementofultra-lowemission

CaoYanfangYangYuemeiWangMiao

(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan030006,China)

In this paper, the main technologies of combustion control and denitration of flue gas are introduced, put forward the current existing problems and development trend, pointed out that under the ultra low emission requirements of denitration technique selection need adopting the combination of a number of technical form collaborative removal integration technology according to coal condition and the factory condition.

thermal power plant, ultra-low emissions, NOxremoval

1009-6825(2017)28-0201-02

2017-07-27

曹艷芳(1981- )，女，碩士，助理研究員

X383

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