OFA與SCR聯合脫硝技術在600MW超臨界“W”型火焰鍋爐上的應用研究

王永豪

（國電滎陽煤電一體化有限公司，河南 滎陽 450199）

據國家環保部統計，2011年全國氮氧化物排放總量2404．3萬噸，2012年全國氮氧化物排放總量為2337．8萬噸，已充分體現了國家節能減排工作的初步成效和決心。為滿足國家和地方環保法規，改善本地區的大氣環境質量，確保電力與環境的可持續協調發展，火力發電廠鍋爐煙氣脫硝迫在眉睫。由于某電廠為“W”型火焰鍋爐，該鍋爐爐膛溫度高，氮氧化物生成濃度較高，所以必須采用先降后脫的方案，即OFA（Over Fire Air：燃盡風）與SCR（Selective Catalytic Reducation：選擇性催化還原）聯合脫硝技術。

1 脫硝技術選擇

1.1 氮氧化物生成機理

煤燃燒過程中產生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），在煤燃燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數等燃燒條件有關。研究表明，在煤的燃燒過程中生成NOx的主要途徑有三個：熱力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx。

根據熱力型NOx的生成過程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛中燃燒溫度，并避免產生局部高溫區，以降低熱力型NOx的生成。

快速型NOx主要產生于碳氫化合物含量較高、氧濃度較低的富燃料區，多發生在內燃機的燃燒過程。而在燃煤鍋爐中，其生成量很小。

燃料型NOx是燃煤電廠鍋爐產生的NOx的主要途徑。研究燃料型NOx的生成和破壞機理，對于控制燃燒過程中NOx的生成和排放，具有重要的意義。

1.2 脫硝技術分類

目前控制NOx排放的措施大致分為三類，一類是低NOx燃燒技術，通過各種技術手段，抑制或還原燃燒過程中生成的NOx，來降低NOx排放；另一類是爐膛噴射脫硝技術；第三類是煙氣脫硝技術。對低NOx燃燒技術的要求是，在降低NOx的同時，使鍋爐燃燒穩定，且飛灰含碳量不能超標。爐膛噴射脫硝實際上是在爐膛上部噴射某種物質，使其在一定的溫度條件下還原以生成的NOx，以降低NOx的排放量，目前還不成熟。

煙氣脫硝技術又分為干法、濕法。

干法煙氣脫硝技術包括選擇性催化脫硝法（SCR）、選擇性非催化脫硝法（SNCR）、電子束照射法和電暈放電等離子體同時脫硫脫硝法。

濕法煙氣脫硝雖然效率高，但系統復雜，用水量大，并有水的污染，因此燃煤鍋爐很少采用。

對上述幾種不同的煙氣脫硝工藝進行技術比較，比較結果見表1。

1.3 超臨界“W”型火焰鍋爐簡介

該電站采用北京巴布科克·威爾克斯公司制造的B&WB-1950/25．4-M型超臨界“W”型火焰鍋爐，采用雙進雙出磨正壓直吹式冷一次風制粉系統，設計煤種和校核煤種Ⅰ為無煙煤，校核煤種Ⅱ為貧煤。

表1 煙氣脫硝工藝比較表

鍋爐采用尾部雙煙道布置，煙氣擋板調節再熱汽溫，噴水減溫控制過熱汽溫，配2臺容克式三分倉回轉式空氣預熱器。除塵設備采用2臺雙室四電場靜電除塵器，煙氣除塵后經脫硫系統進入煙囪。鍋爐采用干式除渣系統，配干式排渣機一臺。

1.4 低氮燃燒與煙氣脫硝并用（先降后脫）

“W”型火焰超臨界燃煤機組NOx等污染物排放量較高，均在1000mg/Nm3以上，難以滿足我國新的排放標準， 根據國家環保部發布的《火電廠氮氧化物防治技術政策》的要求，低氮燃燒技術應作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術。當采用低氮燃燒技術后，氮氧化物排放濃度不達標或不滿足總量控制要求時，應建設煙氣脫硝設施。

2 低氮燃燒技術改造

2.1 低氮燃燒技術改造概況

（1）“W”型火焰鍋爐低NOx燃燒技術改造，解決燃盡的主要措施是提高煤粉細度、提高燃燒區溫度、延長煤粉在燃燒區的停留時間、分級送入二次風。其主要改造手段也有三個方面：一是對煤粉分離器進行改造，調整分離器折向擋板，提高煤粉細度；二是調整燃燒器旋向和燃燒器二次風量擋板開度，均衡燃燒器整體溫度，但要降低溫度峰值，實現火焰中心在下爐膛合適位置，延長煤粉在燃燒區的停留時間，加強煤粉燃盡；三是對分級風噴口進行改造，實現下爐膛分級配風。

（2）“W”型火焰鍋爐低NOx燃燒技術改造最核心最關鍵的技術就是增設OFA（燃盡風）。在上爐膛入口（即燃燒器層上部）的前后墻各增加燃盡風噴口12個，左右側墻各增加燃盡風噴口2個，一共28個燃盡風噴口。該燃盡風從鍋爐二次風箱引出，從根本上實現了分級配風，最大限度地降低NOx生成。這是因為在燃燒器出口處的煤粉著火區域，氧氣濃度較高，溫度較高，十分有利于NOx的生成，燃盡風投運后，送入主燃燒區的空氣量減少，主燃燒區的過量空氣系數小于1，使得該區域的溫度水平下降，大大減少了熱力型NOx的生成；同時送入主燃燒區的氧氣量減少，主燃燒區處于還原性氣氛中，也在一定程度上抑制了NOx的生成。

2.2 低氮燃燒技術改造后試驗結果分析

使用試驗煤種，在機組負荷600MW、480MW 和320MW三個工況下，省煤器出口6%O2折算后平均NOx 排放濃度分別為 626．1mg/Nm3、596．6mg/Nm3、553．6mg/Nm3。各工況下NOx排放濃度均比改造前降低30%～40%。

3 SCR工藝應用

選擇性催化還原法（SCR）脫硝效率可以達到85%以上，可在較低的溫度范圍內（300～420℃）完成催化還原反應，對煤種及鍋爐負荷變化適應性強，運行簡單，在目前全世界脫硝工藝中占據主導地位。目前脫硝布置中采用最多的布置方式為高灰段布置方式，即反應器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間。綜合上述，根據技術先進，工藝成熟，經濟合理，有工業業績，脫硝效率高的原則，最終采用SCR煙氣脫硝技術。催化劑采用“3+1”層催化劑布置方式，還原劑采用液氨。

SCR工藝是向鍋爐煙氣中噴入氨氣（NH3）作為還原劑，使用氧化鈦、氧化鐵、佛石、活性碳等催化劑，在300～420℃較低的工作溫度下，將NOx還原為無害的N2和H2O。

4 OFA與SCR聯合應用脫硝效果分析

鍋爐經過低氮改造后，滿負荷情況下平均NOx排放濃度為626．1 mg/Nm3，此濃度即為脫硝入口NOx濃度。各項試驗數據見下表2。

表2 OFA與SCR聯合應用脫硝效果分析

（1）三個試驗工況下，經過低氮和脫硝共同作用后，煙氣中NOx的排放濃度降為105．1 mg/Nm3、91．2 mg/Nm3、83．7 mg/Nm3，在低氮改造的基礎上，脫硝效率分別為 83．2%、84．7%、84．9%。

（2）三個試驗工況下，修正后的鍋爐熱效率分別為 92．59%、92．88%、92．54%，均均高于原鍋爐效率性能保證值91．54%。

（3）三個試驗工況下，空預器出口CO排放濃度分別為21/25ppm、25/21ppm、16/18ppm；灰渣平均含碳量分別為 3．02%、2．36%、1．64%；經進風溫度修正后排煙溫度為 133．1℃、128．4℃、120．8℃。

5 結論及建議

低氮燃燒改造從穩燃、燃盡、降NOx的角度出發，以OFA為核心，最大限度地降低了爐膛內氮氧化物的生成量。NOx生成濃度由原來的1100 mg/Nm3降至不足700 mg/Nm3，氮氧化物生成量減少30%～40%。

SCR脫硝技術通過噴氨口連續噴氨、催化劑催化還原的方式將省煤器出口煙氣中氮氧化物濃度從600 mg/Nm3左右降至100 mg/Nm3左右，脫硝效率高達83%以上。

OFA及SCR相結合的脫硝技術在600MW超臨界“W”型火焰鍋爐上得到應用，經過測試，脫硝效率完全達到了設計的效率，滿足了國家環保部門對氮氧化物的排放標準。同時鍋爐效率沒有降低，CO排放濃度、灰渣平均含碳量及排煙溫度也在正常范圍之內。

機組脫硝采用液氨作為還原劑，在一定程度上容易造成氨逃逸；煙氣中的SO2在經過脫硝催化劑的過程中經過催化劑的作用會有SO3產生；逃逸的氨在與煙氣中的SO2或SO3結合容易形成銨鹽，銨鹽附著在空氣預熱器上容易造成空預器堵塞，威脅機組安全穩定運行。建議電站燃煤鍋爐所用煤種硫分不要太高，嚴密監視氨逃逸率。

[1]蘇亞欣, 毛玉如, 徐璋．燃煤氮氧化物排放控制技術[M]．化學工業出版社，2005-4．

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[4]國電環境保護研究院．國電滎陽煤電一體化有限公司2×600MW機組煙氣脫硝項目可行性研究報告．

[5]北京巴布科克·威爾科克斯有限公司．B&WB-1950/25．4-M鍋爐說明書．

[6]河南恩湃高科集團有限公司．國電滎陽煤電一體化有限公司1#鍋爐低氮燃燒器改造后性能試驗報告．