發電廠脫硝設備的改造研究

張晉軒

(山西潞安余吾熱電有限責任公司，山西 長治 046100)

引 言

現階段脫硝方法主要有以下幾個方面。首先是低NOx燃燒脫硝技術，主要是通過各種技術手段，來抑制燃燒過程中氮氧化物的生成或者對還原氮氧化物進行還原作用，使NOx排放量降低；其次是爐膛噴射脫硝技術；再次是煙氣凈化技術。低NOx燃燒技術主要通過燃燒優化、空氣分級燃燒技術、燃料分級燃燒技術、煙氣再循環技術、低氮燃燒器等手段實現。爐膛噴射脫硝技術也可稱為選擇性非催化還原法SNCR脫硝技術，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已經生成的NOx，以降低NOx的排放量，方法包括噴水、噴二次燃料和噴氨等。煙氣凈化技術主要包括選擇性催化脫硝法(SCR)、電子束照射同時脫硫脫硝技術、電暈放電等離子體同時脫硫脫硝技術等技術[1-3]。

本文研究的是現有電廠的脫硝改造，由于電廠建造已有一些年頭，在設計之初為了降低建設成本，受熱面布置的相對緊湊，煙道高度也相對于新建的電廠煙道低，沒有考慮到未來脫硝的要求，這就導致電廠進行脫硝改造時可利用的空間受到了很大限制，增加了改造的難度。雖然單從脫硝的效率上看雙層SCR方法很高，可以達到90%的脫硝率，但是結合電廠煙道高度比較低的實際情況，若采用雙層SCR設計的話，成本必然很高。單層SCR的脫硝率比雙層SCR低很多，就電廠實際煙氣情況，難以滿足煙氣排放要求，但是可以在先采用低氮燃燒器脫硝的基礎上，在配合單層SCR脫硝的改造方法。這樣在在前面就可以很大程度的減少煙氣中的有害成分，當煙氣通過單層SCR后，排出的煙氣就能夠達到環保要求的標準。采用低氮燃燒器脫硝加單層SCR脫硝的改造方法，即可以保證有效的脫硝率，又能在保證改造費用不會很高。只需要對原有管路系統的尾部受熱面的管排進行適當的改動，便可以為改造騰出一定的空間，足以安裝單層SCR所需的所以設備。

所以本次改造的主要內容有以下幾個方面。首先是進行低氮燃燒器的改造，其次是對電廠原有管路系統的尾部受熱面進行改造，最后是單層SCR的安裝。改造完成后，需要進行試運行，通過試運行過程的數據采集和整理分析來確定各部位的運行參數，包括一次風、二次風、三次風、氧量以及燃盡風等參數的設定。

1 低氮燃燒器的改造方案

原來電廠鍋爐采用的是在2個一次風口之間均等布置1個二次風口的均等配風直流煤粉燃燒器。采用熱風送粉的形式，并且讓乏氣經過三次風噴口后在排入爐膛，通過采取以上措施來使煤粉穩定的著火燃燒。因此改造內容如下：改造范圍主要分為兩個部分。一是主燃燒器部分的改造。主要包括更換主燃燒器區域的水冷壁管、更換主燃燒器的固定裝置、更換燃燒器的本體。一是燃盡風部分的改造。主要包括三個方面的內容，首先是設計安裝燃盡風區域的水冷壁管；其次是設計安裝燃盡風的本體，包括風箱、擺動裝置、噴口等設備；再次是設計安裝燃盡風的固定裝置；最后是設計安裝燃盡風的連接風道。除了上述改造內容，還對各區域的保溫材料和水冷風管進行了更換。

具體實施情況如下。

1) 首先在主燃燒器的上方位置新增燃盡風，高位燃盡風的噴口設計形式為噴口可上下左右擺動的形式，并且位置為距上一次風有比較大的距離；其次更換現有的主燃燒器，包括燃燒器的固定裝置，角區的水冷壁，更換燃燒器的本體等，調整二次風噴口的面積，改變上下一次風噴口的形式，采用方式為上下濃淡的組合方式。二次噴口面積和改造前相比面積有所變小，并且使一次風和二次風的射流方向成5°夾角。保持一次風切角的方向不變，調整二次風，使其出口的方向沿順時針偏轉5°。新增加一層加裝內縮式穩燃波紋鈍體的三次風噴口，這樣做的目的是即可以降低火焰中心高度，又可以使煤粉氣流燃燒的時間延長，同時還不會明顯影響主燃燒器煤粉氣流的燃燒。

2) 在主燃燒器上部位置，新加裝兩層燃盡風風道，設置多個燃盡風噴口，并在燃盡風噴口上下位置各設置一個處于常開狀態的噴口，用來加大燃盡風的可調性和燃盡風的風量。通過加裝兩層燃盡風風道可以實現燃料分級燃燒。第一階段所有燃料(包括燃料未完全燃燒的生成的可燃物)在燃燒過程中，給予氧元素少于需求氧元素，這樣做的好處在于燃燒過程絕大部分氧元素都被掠奪生成CO2和H2O，N元素無法搶到，從而抑制了NOx的生成；第二階段為了避免貧氧狀態下的燃燒不充分，避免能源浪費，在燃盡區域再補一次熱空氣助燃，幫助充分燃燒，此時空氣過量，并且爐膛溫度不會提高多少，從而抑制了NOx的生成量。

3) 對燃燒器、燃盡風風箱、水冷壁的改造。三者均采取護板連接的形式，在燃燒器上下的位置加裝梳形板，整體安裝燃燒器及燃盡風風箱，吊架彈簧保持不變，將燒器吊桿更換，更換全部的保溫材料，其形式為硅酸鋁板外加化妝鐵皮。

2 進行低氮燃燒器改造后的運行情況

由圖1可知，燃煤鍋爐經過低氮燃燒器的改造之后，主汽溫度有所升高比改造前提高了2 ℃。原因在于總風量保持不變的情況下，增加燃盡風的量，二次風的鳳速降低，上二次風壓粉的作用必然減弱。另外，在三次風處釆用了上下兩個噴口，使三次風流通面積增大許多，三次風速也得到降低，促使爐膛內火焰的中心位置上移，主汽溫度便提高了升高。

圖1 改造前后主汽溫度的對比

由圖2可知，飛灰可燃物的量明顯減少，由4.4%下降到2.6%。其原因是由于采用濃淡燃燒器的上、下一次風形式，在噴燃器出口形成三高區，即高氧量、高溫、高濃度。一方面使燃料更容易完全燃燒，另一方面有利于實現鍋爐燃燒的穩定性。和未改造前相比，燃料更容易充分燃燒，所以飛灰可燃物明顯下降。

圖2 改造前后飛灰可燃物的對比

由圖3可知，鍋爐效率得到提高，鍋爐效率由之前的92.1%提高到94%，提高了1.9%。主要是燃料得到了充分的燃燒。

圖3 改造前后鍋爐效率的對比

由第119頁圖4可知，NOx的排放量下降量明顯，由600 mg/m3下降到287 mg/m3，下降了313 mg/m3，脫硝率為52%，達到了預期的效果，減少了對環境的污染。

3 鍋爐尾部受熱面的改造

鍋爐尾部受熱面的改造主要是因為鍋爐尾部的設備布置太過緊湊，沒有加裝脫硝設備的空間。因此根據加裝單層SCR的需要，進行了調整。

圖4 改造前后NOx的對比

4 加裝單層SCR

SCR系統主要包括反應器、噴氨格柵、尿素計量分配塊、催化劑、熱解系統、稀釋風系統、尿素溶液存系統和尿素溶解系統。工藝流程如圖5所示。

圖5 SCR圖工藝流程

SCR系統采用噴噴氨的方式進行氮化物的還原。加裝后運行一段時間，采集了相關數據并進行了數據分析，其結果如：

從圖6中可以看出，排煙系統增加SCR反應器后，NOx的排放量從287 mg/m3下降到180 mg/m3，SCR反應器的脫硝率為37%。整個電廠的NOx的排放量改造前后變換更為明顯，由改造前的600 mg/m3下降到改造后的180 mg/m3，設備總的脫硝率達到了為70%，達到了改造的初衷，為相同設備的改造提供了參考價值。由于設備還處于測試階段，設備效率還有提高的空間。

從圖7中可以看出，飛灰可燃物的變化不是很明顯，其值基本穩定。原因是由于噴氨后不會對熱風溫度產生影響，也沒有影響到鍋爐內的燃燒。

圖6 SCR改造前后NOx的對比

圖7 改造前后飛灰可燃物的對比

5 結語

通過對原有電廠采用低氮燃燒器脫硝加單層SCR脫硝的改造方法，即可以保證有效的脫硝率，又能保證改造費用不會很高。取得了良好的經濟價值和社會價值，為同類型的電廠脫硝改造提供了寶貴的經驗。