火電廠脫硝超低排放分析

張達勛+武利軍+劉章昊+袁建國+武俊杰

摘 要： 闡述了我國火力發電對超低排放的現狀，概述了煙氣脫硝的必要性和緊迫性。介紹了我國煙氣脫硝的發展歷程，結合我廠實際論述了脫硝不同工藝類型及其優缺點。分析探討了我廠1-7號機組脫硝超低排放的改造情況及其效果。

關鍵詞：火電廠 超低排放 煙氣脫硝 尿素直噴

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0283-01

前言

近些年我國加大了新能源發電的研發和建設力度，但在我國火力發電仍然占據并將長期占據發電的主導地位。隨著我國空氣污染的加劇，作為污染的大戶，國家對火力發電企業施行了全世界最嚴格的排放標準。氮氧化物作為空氣污染的主要污染物，我廠也在2012年逐步投入了脫硝系統，并在2015年啟動了脫硝超低排放的改造，同步進行了尿素直噴改造以降低機組的電耗，做到環境保護和經濟效益的雙贏。一、SCR脫硝技術

一、SCR脫硝工藝

由于爐內低氮燃燒技術的局限性，使得NOx 的排放不能達到國家對排放的要求，為了進一步降低NOx 的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。在眾多脫硝方法當中，SCR 脫硝工藝以其脫硝裝置結構簡單、無副產品、運行方便、可靠性高、脫硝效率高、一次投資相對較低等諸多優點，在日本和歐美得到了廣泛的商業應用。我廠也從2012年開始逐漸投用SCR脫硝系統，并且取得了不錯的效果。

我廠脫硝采用NOx燃燒器改造+SCR脫硝設計方案。SCR 裝置主要由煙氣系統，SCR催化反應器，尿素熱解及氨氣噴射系統，相應的管道及維護平臺；氨氣輸送管道的連接等部分組成。脫硝還原劑為尿素，還原劑制備按采用尿素熱解法制備方案設計。尿素熱解系統按每臺爐配置設計。通過向反應器內噴入脫硝反應劑氨氣，將NOx 還原為氮氣。由于此還原反應對溫度較為敏感，故需加入催化劑，以滿足反應的溫度要求，增強反應活性。催化劑共三層，其中一層備用。

尿素制備熱解系統包括：尿素儲倉、干卸料、螺旋給料機、尿素溶解罐、尿素溶液儲罐、溶液循環泵、供液泵、計量和分配裝置、背壓控制閥、絕熱分解室（內含噴射器）、一次風加熱系統等。帶噴射器組的熱解室的熱空氣來源為熱一次風，并配備電加熱系統對熱一次風進行加熱升溫。

二、我廠運行中發現的SCR工藝優缺點

SCR脫硝工藝在全球是最成熟，應用最為廣泛的脫硝技術。以張電4號機組為例，投運以來，脫硝系統及裝置可用率大于98%，SCR脫硝效率大于80%，氨的逃逸率小于2.5mg/m3（6%O2），SO2/SO3轉化率小于1%，SCR出口濃度小于90 mg/Nm3，滿足低于100 mg/Nm3的要求。

我廠運行中發現，脫硝設備存在電能消耗較大的問題，除了引起吸風機電流增大導致的吸風機電耗增大外，脫硝設備也存在較大的電耗。4號機組脫硝廠用電率平均超過0.2%，電耗較大。，根據統計，按照每年機組安全運行5500h計算，每年我廠為了運行SCR系統損失1200-2000萬度電量，造成經濟消耗400-700萬元。

三、脫硝超低排放改造

2015年，我廠啟動了機組超低排放改造，我廠脫硝采取的方案是啟用催化劑備用層，催化劑由原來的兩層變為三層，并且提高還原劑噴射量的設計方案。因為要提高還原計的噴射量，所以需要對尿素熱解系統進行改造，方案有三個：第一種，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氨氣；第二種：在原有熱解爐系統上利用煙氣換熱器替代電加熱器進行改造；第三個方案就是在原有熱解爐系統基礎上將一次風電加熱器進行增容改造。以上三個方案各有優缺點，方案一為完全替代原尿素熱解系統，原熱解系統電加熱器、熱解爐、熱風管道系統、AIG設備可取消，改造費用最高。方案二系統相對復雜，改造工程量大，投資費用較方案三高。方案三系統簡單，改造工程量小，投資相對較小。方案一、二廠用電比較，方案一要小，長期運行優勢明顯，符合電廠節能減排要求。方案一、二相對方案三節能優勢更加明顯。并且。方案一已在大唐王灘電廠技能改造中應用，取得了不錯的效果，所以我廠除8號機組采用電加熱器增容改造方案外，其它1-7號機組均采用爐內直噴方案代替原來尿素熱解系統。改造后要求SCR出口濃度低于50mg/Nm3，在一年的實際運行中，實際出口濃度大部分時間低于30mg/Nm3，取得了良好的效果，達到了氮氧化物超低排放的要求。

四、脫硝直噴改造

我廠原來的SCR脫硝系統采用尿素熱解工藝，進入熱解室的一次熱風需要電加熱器進一步的加熱，電加熱器所需的電耗，已經成為成為我廠SCR脫硝工藝最大的問題，隨著我廠啟動超低排放改造，原有的電加熱器已經不能滿足需要，如果尿素熱解仍然采用電加熱器，需要對加熱器進行增容改造，電耗進一步增大，所以，解決尿素熱解工藝電耗大的問題提上了日程。

在2012年8月7日中電聯節能環保分會組織召開的“火電廠煙氣脫硝尿素爐內直噴熱解制氨技術評審會”上，脫硝尿素爐內直噴熱解制氨這一創新型技術驚世亮相。評審專家組一致認為，“該技術屬于北京洛卡環保技術有限公司（以下簡稱洛卡環保）首創，是一項值得推廣的安全節能環保新技術”。 該技術采用高轉氨效率鍋爐尿素直噴脫硝工藝，對鍋爐內部結構和運行參數特性進行深入研究，通過鍋爐轉向室的流場模擬研究，尋找適合尿素溶液分解的區域。與現有煙氣脫硝技術相比，該技術將尿素溶液噴射器組布置在煙氣溫度為 300～700℃的鍋爐轉向室內，使得大部分尿素溶液被分解為氨氣，到達反應器時氨氣濃度可達到上千個 ppm，提高了尿素的利用率和脫硝效率。而選擇在鍋爐內直接噴射尿素溶液的方式，可以利用鍋爐煙氣熱量對尿素溶液進行加熱分解，從而減少了傳統技術消耗大量高品質能源的弊端。傳統的脫硝尿素熱解工藝包含尿素溶液制備和供應裝置、電加熱、尿素熱解裝置等設備，設備復雜，前期投資較大，且能耗較大。而鍋爐內尿素直接噴射制氨工藝技術可節省電加熱及尿素熱解裝置等設備，進一步簡化系統設備、降低尿素制氨能耗。

隨著國內其他電廠爐內直噴試驗成功，我廠為響應節能減排號召，2015年開始進行脫硝爐內直噴改造。我廠采用洛卡環保爐內直噴技術，將原尿素熱解制氨系統中的電加熱器、熱解爐全部退出備用，不僅消除了電廠擔心脫硝系統不能穩定運行的隱患，還大大降低了廠用電使用率，每年可為電廠節省600萬元左右。除了降低了電耗外，本次直噴改造還解決了下列問題： 取消用于尿素熱解的鍋爐一次熱風的消耗；簡化熱解系統，取消原有熱解制氨系統的爐區設備（電加熱器、熱解爐、熱風管道系統、AIG設備；消除尿素分解不完全或低溫結晶而導致AIG結晶堵塞的風險。改造方案具有以下特點：

1.保留原尿素熱解系統，新熱解系統與原系統不交叉，可隨時方便的進行系統切換操作；

2.新系統的供氨氣能力不能小于原系統的供氨能力；

3.新系統的運行，不能降低原SCR的各性能參數指標；

4.新系統采用獨立的電源系統，不影響原系統的切換運行；

5.新系統采用獨立的控制系統，不占用原系統IO模板；

6.新系統的尿素溶液從現有計量分配裝置尿素溶液母管抽取，原尿素溶液制備系統及其運行方式保持不變。

目前，采用爐內直噴方案代替原來尿素熱解的1-7號機組脫硝系統已經全部投入運行。改造后的4號機組脫硝5，6月份的廠用電率平均為0.035%，相比改造前的超過0.2%，電耗大幅下降超過80%，降低了機組的廠用電率，提高了機組的經濟性，取得了良好的效果。

4號機組2015年和2016年直噴改造前后同期脫硝設備廠用電率對比圖（單位：%）

五、總結

火力發電作為我國電力的主要來源，傳統的生產方式給我國環境帶來了極大的負面影響。進行煙氣脫硫、脫硝、除塵的超低排放是燃煤發電必走的路。脫硝在我國發展剛剛起步，我國缺乏核心技術，主要依賴進口，煤電企業的選擇不多。煤電企業在堅持環境保護的同時，必須兼顧經濟效益。在生產中不斷摸索前進，進行技術改造，降低脫硝等環保設施的運行成本，提高設備運行的穩定性。我廠將會持續關注國內外脫硝技術的發展狀況，監控我廠脫硝的運行情況，在堅持超低排放達標的情況下將經濟效益最大化。