新排放标准下电厂脱硝改造技术分析

郝青哲，史 洋，杜 超，李 琼，刘志强

（1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050081）

新排放标准下电厂脱硝改造技术分析

郝青哲1，史 洋1，杜 超2，李 琼1，刘志强1

（1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050081）

介绍电厂燃烧中及燃烧后有降低过量空气系数、分级燃烧及烟气再循环等脱硝技术，得出选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是目前常用的脱氮技术的结论，从燃烧器改造、分级燃烧及SCR技术改造等方面对新排放标准下电厂脱硝改造方案进行分析，通过计算分析脱硝出口烟气中NOx含量是否达标，验证了脱硝改造技术达到的效果，满足环保要求。

NOx；低氮燃烧；SCR；SCNR；混合技术

NOx是一种危害较大且难处理的大气污染物，它不仅破坏臭氧层，引起温室效应，更重要的是会形成酸雨和光化学反应，损害人的呼吸系统，不利动植物健康成长。NOx主要是由于燃料燃烧而形成，而电厂又是贡献最大的。因此，需要对电厂进行脱硝改造，从而降低电厂NOx的排放量，保护环境。NOx是燃料燃烧过程中所生成的，而NO又占大多数。根据生成机理不同，可分为热力型和燃料型，热力型主要是N2的高温氧化而成；燃料型为燃料的热解氧化生成。

1 NOx控制技术

电厂脱销技术主要集中于燃烧中及燃烧后NOx的控制研究上。燃烧中NOx控制技术主要是低氮燃烧技术，包括降低氧量、使用低氮燃烧器以及分级燃烧等；燃烧后NOx的控制主要是指通入氨水的催化还原氧化法，称为SCR脱硝法。

1.1 低氮燃烧技术

低氮燃烧技术包括燃烧器改造、分级燃烧、控制炉膛氧量及燃烧调整等。燃烧器改造主要是更换低氮燃烧器，如WR低氮燃烧器、PM低氮燃烧器以及双调风煤粉燃烧器。分级燃烧主要是控制各级风量以使主燃区处在还原氛围中，抑制氮氧化物的产生；燃烧完后处于氧化氛围，促进燃料的燃尽。控制炉膛中的氧量，尽量减小过量空气系数，低过量空气系数运行可以抑制NOx的生成量，但过量空气系数不能过低，否则会影响炉内传热，造成受热面结渣、金属腐蚀等情况产生。燃烧调整即通过调整一、二次风、燃尽风配比来降低NOx的技术。

低氮燃烧技术具有简单、投资低、运行费用低的特点，但受煤质、燃烧条件限制，在减少氮氧化物生成方面的差异也较大。如对部分采用低氮燃烧器、分级燃烧且燃用烟煤的四角切圆燃烧器锅炉来说，在SCR之前已经能够达到标准状态下100mg／m3的国家标准；但对于一些对冲燃烧、燃用贫煤、无烟煤的锅炉来说，在SCR之后也未达到100mg／m3以下的要求。

1.2 选择性催化还原法（SCR）

SCR是在一定温度下，利用某种催化剂，以氨水为还原物质，将烟气中的NOx还原成N2和水，化学反应如下：

具体反应流程为：利用稀释风机将氨稀释到5%以下，然后和省煤器出口的烟气混合，利用催化剂的吸附、催化作用，并充分反应最终将烟气中的NOx与NH3反应最终生成N2和H20。催化剂主要是将贵金属Ag、Sn等或金属氧化物负载于TiO2、Al2O3等载体上，从而形成催化能力。

目前，SCR技术已经大量应用于国内各类电厂脱硝改造中，效果显著；但也暴露了一些问题，如氨的安全问题，催化剂失效、成本问题等。

2 脱硝改造实例分析

2.1 改造前设备概述

某发电厂一期工程为2台600MW亚临界燃煤发电机组，配备2台600MW亚临界锅炉，一次中间再热，单炉膛、Π型露天布置，摆动式燃烧器，四角切圆燃烧，平衡通风，固态排渣，配用中速磨煤机正压直吹式制粉系统。2台锅炉NOx排放浓度为标准状态下350～400mg／m3，为满足环保要求，2013年对1、2号锅炉进行烟气改造，包括更换低氮燃烧器、分级燃烧及加装SCR脱硝装置。锅炉主要设计参数如表1所示。

面对国家日益严格的环保要求，在进行脱硝改造前，2台600MW机组烟气中NOx含量在400～600mg／m3，高于100mg／m3的国家标准，需要对机组进行综合的脱硝改造，即更换低氮燃烧器、分级燃烧、燃烧调整及安装SCR脱硝装置。

表1 锅炉主要设计参数

2.2 改造措施

2.2.1 燃烧器改造

燃烧器采用低NOx燃烧器，主要为煤粉喷嘴改造。煤粉喷嘴采用宽调节比（WR）煤粉喷嘴，如图1所示，煤粉喷嘴的一次风道的连接处有一个弯头，利用煤粉气流通过这个管道弯头转弯时，受离心力作用，大部分煤粉紧贴着喷头外侧进入煤粉喷嘴，而设置在煤粉喷嘴中间的水平肋片，将煤粉气流顺势分成浓淡两股，上部为高浓度的煤粉气流，下部为低浓度的煤粉气流，并将其保持离开喷嘴以后的一段距离，从而提高了煤粉出口处上部煤粉气流的煤粉浓度。

图1 WR燃烧器喷嘴结构

煤粉喷嘴处安装有一个扩流锥，扩流锥有V形和波浪形2种。采用扩流锥可以在喷嘴出口形成一个稳定的回流区，使高温烟气不断的回流到煤粉火炬的根部，以维持煤粉气流的稳定着火，使挥发份在富燃料的气氛下快速着火，并保持火焰稳定，从而有效降低NOx的生成。

2.2.2 分级燃烧改造

分别对偏置二次风CFS、紧凑二次风CCOFA以及分离燃尽风SOFA的优化设计。在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有2层辅助风喷嘴，其中包括1只预置水平偏角的辅助风喷嘴，1只直吹风喷嘴，该方案用于控制NOx和防止炉膛水冷壁结焦及高温腐蚀。

采用C-COFA和SOFA实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制，在主风箱上端布置紧凑燃尽风，将部分二次风送入炉膛；在主风箱上部布置两级分离燃尽风风箱，每个SOFA喷嘴可通过执行机构作上下±30°的摆动，同时可通过一个调节机构作水平方向±15°的调节（左右摆动）。改造后的燃烧器喷嘴从上到下依次为：SOFA-F，SOFA-E，SOFA-D，SOFA-C，SOFA-B，SOFA-A，CCOFA2，CCOFA1，FF二次风，F层一次风，CFS（F）二次风，EF油二次风，E层一次风，CFS（E）二次风，DE层二次风，D层一次风，CFS（D）二次风，CD层油二次风，C层一次风，CFS（C）二次风，BC层二次风，B层一次风，AB层油二次风，A层一次风＋等离子，UFA二次风，AA二次风。

2.2.3 安装SCR 脱硝装置

利用液氨、稀释风机以及催化剂装置进行催化还原氧化，使烟气中的NOx还原成N2和H2O。

2.2.4 脱硝效果测定

通过烟气分析仪测量空预器入口（脱硝出口）处的氧量和NO含量，通过下式计算标况下的NOx含量。

在更换低氮燃烧器及安装脱硝装置以后，在工况1条件下，测定空预器入口NOx含量（标况下）A／B侧分别为98.2／111.2mg／m3，从结果可以看出，A侧基本满足要求，B侧含量超过标准10mg／m3左右。2.2.5 燃烧调整

在更换燃烧器、布置分级燃烧及SCR装置以后通过燃烧调整对进行NOx细调。保持C-COFA，和SOFA开度不变，调整各个一次及二次风挡板开度（即工况2），具体如表2所示。

表2 挡板开度调整 %

然后再测定标况下NOx含量，结果为空气预热 器 入 口 NOx（标 况）A／B 侧 为 89.4／91.8 mg／m3，均符合环保规定，由此可见，燃烧调整可以降低NOx的排放量。

3 结束语

在新的环保标准下，电厂严格执行标准工况下NOx100mg／m3排放标准，这就需要各发电企业通过技术改造，来降低NOx排放量，包括燃烧器改造、分级燃烧、燃烧调整及SCR脱硝技术。不同电厂实施不同方案，从根本上减少氮氧化物对大气的污染，保护环境。

本文责任编辑：丁 力

TechnicalAnalysisonDenitrificationTransformationin PowerPlantUnderNewEmissionStandards

Hao Qingzhe1，Shi Yang1，Du Chao2，Li Qiong1，Liu Zhiqiang1
（1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China；2.Huaneng International Electric Power Co.Ltd.Shang′an Plant，Shijiazhuang 050081，China）

This paper introduces the form mechanism of NOxwhich is one of the three pollutions in power plant and researches the main technologies including the burning and after burning denitrification techonologies.Low nitrogen combution technology，which mainly based on changing the burners and adjusting burning，staged combustion，flue gas recirculation and so on.concludes that the SCR technology is the commonly used denitrification technology now.By calculate analysis if the content of NOxin the flue gas is achieved through transformation of burners，staged combustion and technical transformation of SCR，also to verify the results of denitrafication technology and achieves the demand of the environmental protection.

NOx；denitrification burning；SCR；SCNR；hybrid technology

TM761.7，X701

B

1001-9898（2015）03-0052-03

2015-01-05

郝青哲（1985－），男，工程师，主要从事电站锅炉常规试验与技术服务工作。