燃机电厂锅炉脱硝问题及改造探究

2018-01-25司文伟

时代农机 2017年11期

司文伟

（上海华电闵行能源有限公司，上海 201102）

燃机电厂锅炉脱硝能够有效减少NOx排放量，与此同时还可以减少污染物对生态环境污染，对于生态环境保护的可持续发展有着非常重要的作用。所以，不管是政府还是燃机电厂，都应当增加对锅炉脱硝技术的关注力度，特别是进行燃机电厂锅炉脱硝改造的时候，需要按照锅炉脱硝实况，制定出合理的改造举措，给提升电厂锅炉脱硝质量和效率打下扎实的基础。下面就针对燃机电厂锅炉脱硝问题和改造展开了论述。

1 燃机电厂锅炉脱硝技术

（1）干式低氮燃烧脱硝技术。在燃气轮机燃烧的时候，NOx浓度和反应温度和在反应区的暂停时间为正相关系，在这一原理的基础上，现代化燃气轮机均是使用控制燃烧反应的峰值温度降低NOx生成概率的。因为燃料于理论空气量情况下的燃烧反应温度较高，所以可以经过让燃料偏离理论空气量下进行燃烧，从而更好地把控燃烧的温度。

在很早以前低氮燃烧技术是运用于燃烧区喷入稀释使用的水的方式控制燃烧温度的，也就是湿式低氮燃烧方式。干式低氮燃烧脱硝方式和湿式低氮燃烧相比较，在燃料进到燃烧区以前，用空气替换水当成稀释剂，和大量的空气进行拌和，接着进到燃烧区进行燃烧，以此来控制燃烧的温度。干式低氮燃烧脱硝技术的优势在于可节省大量的水资源，且防止蒸汽中少量的杂质导致设施修护费用的提升。可是，由于燃烧温度的下降，燃烧火焰稳定性变低，CO排放增多。所以，运用贫燃料富氧燃烧的干式低氮燃烧系统，经过持续改善和优化器硬件设施与运行模式，确保燃烧区燃料以及暂停时间少，从而实现地NOx排放的目标。

（2）余热锅炉烟气脱硝。燃气与蒸汽结合循环发电机组是在燃气轮机发电的前提下，对燃机排气温度高于500℃左右的余热开展梯级使用，在余热锅炉中出现蒸汽且展开蒸汽发电。与纯粹的蒸汽轮机以及燃气轮机发电机40%的供电效率，燃烧天然气的余热锅炉型蒸汽与燃气结合循环发电机组供电效率现如今已经达到了50%以上。当今，主要的燃气与蒸汽结合循环机组通常使用不补燃余热锅炉型。以下就针对燃机余热锅炉烟气脱硝中燃气和蒸汽结合循环的补燃余热锅炉烟气脱硝展开论述。

补燃余热锅炉的优势在于不存在两次燃料燃烧，不会出现大气污染以及系统布置紧凑的问题，该烟气脱硝是对燃机排放的高温烟气开展NOx脱除。现如今技术较为成熟而且得到广泛运用的烟气脱硝方法是选择性催化剂脱硝方式，别的干式脱硝，比如电子束照射方式等烟气脱硝技术，都由于系统较为繁杂，且费用高等因素，较少运用于燃机电厂中。而现代化大型燃机通过干式低氮燃烧器燃烧以后排放的温度较高的烟气是没有粉尘存在的，并且只有较少的二氧化硫与浓度低的NOx。因此，燃机排烟的脱硝设计情况较好，通常都使用SCR脱硝技术。

（3）SCR脱硝技术。通常而言，所谓的SCR也被人们叫做选择性催化还原脱硝方式，其是由外国某企业发明并且在多年以前就申请了相关专利的。而亚洲国家率先在1970年将SCR脱硝采用于工业化生产之中，使其实现了工业化的目标。选择性催化还原脱硝就是使用NH3与催化剂，如WO3在温度是100～400℃作用的时候把NOx还原成N2。反应的原理就是：

NH3是有选择性的，其只和NOx产生反应，基本上不和O2产生反应。可是在燃机电站SCR工艺里面，NO占据NOx的90%以上，在4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O中是最重要的反应。

氨水储罐设置在SCR系统周围，室外布设，进行自然通风；氨水蒸发器安置在喷氨格栅旁边；喷氨格栅安置在SCR反应器上游某个恰当的位置；在催化剂下游安置净烟气测量栅格进行检验反应以后的NOx浓度，而SCR系统在正式运用的过程中可以依据此调整喷氨格栅中的蝶阀，从而控制好喷氨流量。催化剂使用模块化，结构形式应当是蜂窝形状的，且催化剂运营温度不可以高于400℃。而AFCU，即氨水流量控制单元性能就是根据DCS计算所提供SCR系统需要的氨水量，为确保加氨泵之后恒定以及自由脉动的压力，量多的氨水通过溢流阀进入氨水储罐里面，其工艺程序如图1所示。

选择性催化还原脱硝方式运用尤为广泛，并且该种类型的脱硝方式是非常成熟的烟气脱硝方式。这一技术的优势就在于，反应温度低，一般保持在300～400℃左右。脱硝的效率较高，能够达到85%左右。工艺设施紧凑，可靠性很高，运行效率好，还原以后的氮气不会出现第二次污染。

图1 SCR脱硝工艺程序图

2 燃机电厂锅炉脱硝中的问题

选择性催化还原脱硝法、燃机余热锅炉烟气脱硝法、选择性非催化还原脱硝法和NOx再燃烧脱硝法在燃机电厂锅炉脱硝之中有着非常重要的作用，可是在现实生产运用过程中出现了一部分问题，在很大程度上直接影响了脱硝质量以及拉低了脱硝效率。选择性催化还原脱硝方法所存在的问题就是催化剂丧失活性，HN3出现逃逸和催化剂失活等问题。而选择性非催化还原脱硝方式问题在于：第一，氨气使用率不高，要达到还原NOx的目标，就必须要采用很多的氮，而这易于造成余下的氮出现逃逸的现象。而氨出现逃逸的问题就会增加环境污染的概率，进而形成氨盐堵塞下游设施。第二，生成的N2O会导致温室效应，一些研究表明，采用尿素当成催化剂生成的N2O要比采用氨当成催化剂的量多得多。第三，如若没有控制好，把尿素当成是还原剂能组合成较多的一氧化碳进行排放，该现象出现的因素在于温度较低的尿素易于喷进炉膛里面，其高温度气流就会出现淬冷的问题，进而造成燃烧终端，增大一氧化碳排放量。第四，如果锅炉燃气温度高于800℃的时候，在炉膛喷入低温尿素溶液，就会影响到天然气的再次燃烧。

3 燃机电厂锅炉脱硝改造策略分析

为了将燃机电厂锅炉脱硝中的问题进一步改进，需要对锅炉脱硝有关环节进行相应的改造，且结合实际情况，攻克脱硝中的不良问题，持续提升脱硝质量和效率，最大程度减少燃机电厂污染物排放量。因此，对于燃机电厂锅炉脱硝改造，需要关注到这些内容。

（1）改造锅炉脱硝的工艺。相关人员正式改造燃机电厂锅炉脱硝工艺的时候，需要把关键点放置于提升脱硝效率的问题上。通过调查研究发现，光纤放大技术和脱硝的实现最主要是通过控制主要燃烧区域的空燃比。所以，脱硝过程中需要在脱硝规定的基础之上，合理把控可燃物排放。再者，应当全面思考燃烧物是不是可以充分燃烧，进而导致选择性非催化还原脱硝功能无法充分发挥出来，特别当出现的一氧化碳质量分数比1*10-4高的时候，脱硝效率就会有所降低。因而，在选择性非催化还原脱硝系统和燃烧改造的过程中，必须要合理设计OFA，降低其给脱硝效率导致不好的影响。其次，改造低氮燃烧器，提升选择性催化还原脱硝和选择性非催化还原脱硝的经济性。

（2）对机组主要设施和辅助设备进行改造。燃机电厂锅炉脱硝在正式改造的过程中，需要思考到其经济性以及技术可靠性，改造机组主要设施设备。现如今，市场上出现的多种新型机组主要设施，燃机电厂需要按照实际状况对已有设施进行替换，从而提升机组主要设施运行功能，给提升脱硝水平打下扎实的基础。再者，辅助设施在燃机电厂锅炉脱硝中有着非常重要的作用，所以在正式改造的过程中需要关注到辅助设施设备的改造，详细可使用这些举措进行：首先，仔细研究烟尘排放有关指标规定，按照实际状况决定是不是需要改造电袋以及布袋式除尘器。并且，在进行改造的过程中需要进行科学的计划，提升改造设施的使用年限。其次，考虑到一些电厂在展开脱硝设计的过程中，没有关注到辅助设施，所以，改造过程中应当仔细检查，确保充分满足相关规定的同时，合理设定有关参数。