燃煤电站SCR脱硝技术改造

刘 民，江 辉，摆金山，赵修华，吴晓烽

（1.中国石油工程建设公司新疆设计分公司，乌鲁木齐 830019；2.上海同济华康环境科技有限公司，上海 200092）

燃煤电站SCR脱硝技术改造

刘 民1，江 辉1，摆金山1，赵修华2，吴晓烽2

（1.中国石油工程建设公司新疆设计分公司，乌鲁木齐 830019；2.上海同济华康环境科技有限公司，上海 200092）

对乌鲁木齐市某石化公司热电厂4号410t/h锅炉进行脱硝系统改造，采用“低NOx燃烧技术+选择性催化还原技术（SCR）”，将现有燃烧器改造为低NOx燃烧器（LNB），SCR脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间，采用高温高尘布置方式，并进一步优化SCR反应器钢结构，减轻钢结构支架负荷，使得最终出口烟气中NOx的排放浓度满足国标排放限值100mg/Nm3。

低NOx燃烧；SCR；空预器

1 前言

乌鲁木齐市某石化公司热电厂4号410t/h锅炉为SG-410/9.8-M480型单汽包、单炉膛、Π型布置的高压自然循环煤粉锅炉，采用球磨机中储式乏气送粉系统，四角切圆燃烧、干式除渣。在锅炉BMCR工况下，省煤器出口（脱硝装置入口）NOx浓度为650mg/Nm3（以NO2计）。

根据该公司现有条件和我国新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中规定的NOx排放限值为100mg/Nm3，结合技术改造技术风险小、技术成熟、设备投资以及技改装置变动等因素，确定本次技改总工艺为“低NOx燃烧技术 + 选择性催化还原技术（SCR）”。

2 脱硝技术介绍

2.1 低NOx燃烧技术

低氮燃烧技术是通过降低燃烧反应温度，减少过量空气系数，缩短烟气在高温区的停留时间等手段达到控制NOx的目的，其是现阶段降低燃煤锅炉NOx排放最主要也较经济的方法。由于低氮燃烧技术工艺成熟，投资及运行费用相对较低，已在火电厂的NOx排放控制中得到了较多应用。目前，常用的低NOx燃烧技术包括燃烧分级技术、空气分级燃烧技术、和低NOx燃烧器（LNB）。

（1） 燃烧分级技术

在主燃烧器形成初始燃烧区的上方喷入二次燃料，形成富燃料燃烧的再燃区，NOx进入该区将被还原成N2，为了保证再燃区的不完全燃烧产物能够燃尽，在再燃区的上面还需布置燃尽风喷口。改变再燃烧区的燃料与空气的比例是控制NOx排放量的关键因素。存在的问题是为了减少不完全燃烧损失，需加空气对再燃区烟气进行三级燃烧，因而配风系统比较复杂。

（2）空气分级技术

空气分级技术的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量（一次风），提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。

（3）低NOx燃烧器（LNB）

将前述的空气分级及燃料分级的原理应用于燃烧器的设计，尽可能地降低着火区的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的，这类特殊设计的燃烧器就是低NOx燃烧器，一般可以降低NOx排放浓度的30%～50%。

2.2 选择性催化还原技术（SCR）

SCR是一种通过在烟气中喷入合适的还原剂，在一定温度条件（一般为300℃～450℃）下利用催化剂将烟气中的NOx转化为氮气和水的技术。常用的还原剂是液氨、氨水和尿素，催化剂为钒基氧化物催化剂。SCR系统技术成熟、NOx脱除效率高，可以和其他脱硝方式联合使用，在西欧、日本和美国得到广泛的应用，也是我国目前选择的主流工艺。

3 技术改造内容

（1）低氮燃烧改造

将该热电厂4号锅炉现有的燃烧器改造或更换为低氮燃烧器LNB系统，降低燃烧过程中NOx的生成量，并增设燃尽风SOFA系统，进一步降低燃烧过程中生成的NOx。燃烧器改造前后的对比如图所示。

（2）SCR反应系统

该4号锅炉脱硝设置的SCR反应系统为整体反应器，结构简单，每只重量约为80吨，通过对反应器本体的结构优化可减小整体钢支架的荷载，反应器尺寸为6.10（W）×8.37（L）×10（H）（m），布置在锅炉省煤器与空预器之间的“高温高尘”段，在省煤器下设置5只灰斗，反应器内烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，反应器入口及出口段设导流板，以保证进入催化剂表面的进口烟气流场分布均匀，防止烟气积灰和磨损。反应器内部各类加强板、支架应设计成不易积灰的型式，同时考虑热膨胀的补偿措施。SCR反应系统内烟气流速（流速 = 实际烟气体积流量/反应器截面积）为4.5m/s。该项目的脱硝原料为液氨，在液氨存储和供应区，液氨通过管线被送往SCR反应系统以供使用。自氨供应区来的氨气与稀释风机来的空气在氨/空气混合器内充分混合后进入SCR反应器进行脱硝反应。稀释风机流量按100%负荷时，氨量对空气的混合比为小于5%。氨的注入量由SCR反应器进、出口NOx、O2在线监视分析仪测量值来联锁控制。

（3）空预器的移位及修复

该4号锅炉脱硝原上级空预器的移位及其他相关的冷热风道改造工作，对下级热管空预器进行抽管防堵改造。移位修复后的空预器放置于SCR脱硝反应器下面，采用光管，移位后的空预器较原来烟温可降低40℃，保证整个排烟温度较现排烟温度降低10℃以上。移位前空预器重量约为180吨，由于增加管束重量，移位修复后的空预器大约重240吨。

4 脱硝装置基本参数

在锅炉BMCR工况下，省煤器出口（低NOx燃烧器入口）烟气中NOx含量为650mg/Nm3，烟气含尘量≤40,000mg/Nm3。因此，整套脱硝系统的性能参数如表所示。

5 结语

根据此石化公司现有条件和我国新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定，对该石化公司热电厂4号锅炉进行脱硝装置改造。改造内容包括燃烧器改造、选择性催化还原（SCR）技术改造和空预器改造。将原有燃烧器改造为低NOx燃烧器（LNB），SCR反应器以高温高尘方式布置于锅炉省煤器和空预器之间，将空预器移位修复，进一步降低排烟温度，旨在使得最终出口烟气中NOx的排放浓度满足国标排放限值100mg/Nm3。

[1] 火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2011）[S].

[2] 黄少波，赵景伟，刘志国.浅析330MW电站锅炉SCR脱硝技术改造[J].金田， 2013 （7）： 102.

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[5] 张起，杜京武.低NOx燃烧技术[J].黑龙江电力，2004（1）.

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Technical Reform of SCR Denitration in Coal-fired Power Station

LIU Min1, JIANG Hui1, BAI Jin-shan1, ZHAO Xiu-hua2, WU Xiao-feng2
(1.China Petroleum Engineering & Construction Corp. Xinjiang Design Branch, Urumchi 830019;
2. Shanghai Tongji Huakang Environmental Technology Co., Ltd, Shanghai 200092, China)

The denitration system in the 410t/h boiler of the No.4 of the heat and power plant of a certain petroleumchemical company in Urumchi is reconstructed. The burner is reformed into the low NOxburner (LNB) by adopting “LNB+SCR”. The SCR denitration reactor is disposed between coal-saver and air pre-heater of the boiler. By adopting high temperature and high dust disposal mode and optimizing SCR reactor steel structure as well as mitigating bracket load of the steel structure, the NOxemission concentrations in exit flue gas meet 100mg/Nm3of the emission limit value of the international standard.

low NOxburning; SCR; air pre-heater

X701

A

1006-5377（2015）03-0021-03

科研项目名称：组合脱硝技术在燃煤锅炉中的应用与技术集成研究；编号：CPECC2012KJ27。