火电厂烟气脱硝技术应用及绿色节能

金鑫

摘 要：依据国家提出的最新关于对大气污染物排放浓度的要求，目前正针对性对厂内的现役火电机组不断地进行脱硝改造来满足排放限值要求。文章针对火电机组烟气中氮氧化物排放的情况进行分析，提出了关于在脱硝技术中存在的问题及如进行取绿色节能的方案。

关键词：脱硝技术；问题分析；绿色节能

中图分类号：X773 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0160-02

Abstract： According to the latest national requirements on the emission concentration of air pollutants， the thermal power units in service in the plant are undergoing continuous denitrification transformation to meet the emission limit requirements. This paper analyzes the nitrogen oxide emission in the flue gas of thermal power unit， and puts forward the existing problems in denitrification technology and the scheme of green energy saving.

Keywords： denitrification technology； problem analysis； green energy saving

引言

伴随着烟气脱硝技术的发展，分别在SCR反应器进口和出口处设置了NOX CEMS分析仪以及多个温度检测点。 理想的达标排放标准是，SCR出口NOx应该低于排放标准值，并且逃逸NH3监测浓度小于其规定值，这就要求无论是NOx还是逃逸NH3的检测都必须准确无误。一旦NH3过量将引起空预器结焦等严重后果，将会使机组效率降低、轻则机组停运，重则设备损坏。由于我厂逃逸NH3检测准确度不高，也未设置逃逸NH3吸收装置，造成空预器结焦，机组效率有所下降。

1 目前在火电厂脱硝改造中存在的问题

依据循环流化床火力发电锅炉和建成的投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉都规定把 NOx的排放浓度控制在200mg/Nm3左右；剩下的燃煤火力发电锅炉应将NOx排放浓度控制在100mg/Nm3之下。

目前，国内配备了脱硝装置的只有新的火电厂机组，煤粉锅炉的氮氧化物排放浓度约为400mg/Nm3，循环流化床锅炉氮氧化物的排放浓度约为250mg/Nm3，两者都违背了《火电厂大气污染物排放标准》的排放限值要求，所以，两者都需要在未来进行有力地脱硝改造。

导致氮氧化物排放浓度不能达标的主要原因：

1.1 影响脱硝效率的因素

全国各地的煤质都不相同，混烧煤的情况时常会出现，所以，燃用低发热量煤质会产生大量的烟气；相反，如果采取高发热量煤质，所产生的烟气量则很少。一旦煤质热值偏低，它的水分就多，燃烧所达到的排烟温度也会很高，烟气量在很多的情况下就会造成脱硝效率明显下降。

煤质的变化导致不得不对于SCR装置及催化剂的选用上需要更高的要求。第一是催化剂要能够满足每种燃料和烟气成分的需求，工厂需要考虑的是在脱硝反应器设计及催化剂选型上最不利工况的情况，从而有力的来保证脱硝后烟气中所涵盖的NOx的排放浓度达标。

1.2 低氮燃烧技术

现役火电厂采用的低氮燃烧技术，它排放出来的烟气中含有的氮氧化物的浓度多在450mg/Nm3上下。在《火电厂氮氧化物防治技术政策》中明确规定：若要保证锅炉烟气的大气污染物排放可以达标，首先应该改变低氮燃烧技术，把锅炉炉膛温度控制在不超过1000℃，保证锅炉烟气中包含的氨氧化物浓度少于350mg/Nm3。

低氮燃烧器燃烧、优化技术、空气分级燃烧技术、燃烧分级燃烧技术、烟气再循环技术等等是被各大工厂普遍利用的低氮燃烧技术。新型的低氮燃烧器把烟气再循环、空气分级和燃料分级等技术有力的结合在一起后，所产生的脱硝效果就相对明显，易取到的脱硝效率大概在50～70%左右。在采用优质煤质的情况下，可将烟气中产生的氮氧化物的排放浓度压缩在300mg/Nm3，更有可能少于250mg/Nm3。所以，针对役火电机组的低氮燃烧器进行改造，是一个将当前火电锅炉控制NOx的一大选择。目前，可将国内煤粉锅炉低氮燃烧改造中才去的最新的常用技术归结为三大种类：一是高浓缩比水平浓淡风煤粉燃烧技术，二是双尺度低氮燃烧技术，三是洁净煤燃烧技术。

1.3 烟气的温度

NOx脱除效率的主要原因是锅炉排烟气的温度不同。

工厂在选取SCR法脱硝的时候，锅炉的烟气温度范围在871～1038℃，氨作为还原剂，产生变化；温度在小于871℃的时候，反应不会全部发生，从而便导致脱硝效率的大幅度降低，氨中的逃逸率也随着升高，结果便导致双重污染。SNCR也可采取尿素作为还原剂，混水调成有浓度的液体，将其噴入温度在927～1093℃的烟气里，以此达到同喷氨相同的目的。不过，在使用的过程中，如果运行控制不当，会导致大量的CO的污染。原因在于温度偏低的尿素溶液喷入高温气流时产生了“淬冷效应”，因为燃烧中断而增加了CO排放浓度。同时，如果在锅炉过热器前温度大于800℃的炉膛位置，顿时喷入低温的尿素溶液，两者温度不一样，就会发生炽热煤炭的不断地燃烧，引从而发飞灰、未燃烧碳增加的现象；但是如果当温度小于927℃，这时喷入尿素液体，产生的反应不明显而将脱硝效率大幅度的下降。

SCR法脱硝当烟气的温度未达300℃时，催化剂的作用反而不够明显，NOx的脱除效率也会跟着下降，NH3的逃逸率也跟着上升。SO2易被氧化成SO3与还原剂NH3及烟气中涵盖的水反应从而生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。 由于NH4HSO4粘性十分强，当温度在230～250℃的时候易与 SCR发生反应， 温度在180～240℃之间是它呈出液体壮态，而当温度不到180℃时呈现出固态，催化剂最外面有灰尘将其微孔堵住。（NH4）2SO4的腐蚀性和粘性很强，可损坏尾部烟道和导致设备腐蚀。尽管SO3产生的数量不多，但不可小觑它对后生成的设备造成巨大的威胁。为了避免这种不利的情况发生，工厂不仅仅是应当严谨的控制号氨逃逸量和 SO2氧化率，降低后部空气预热器上和催化层的（NH4）2SO4和NH4HSO4的生成，还应该确保SCR反应的温度大于300℃。但是，当温度大于450℃的时候，NH3会与O2产生作用，容易增加烟气中包含的NOx，易导致熔结催化剂，微孔消失后促使催化剂完全失去作用。所以，工厂在使用SCR时的反应温度都应合理得当的控制在300～420℃左右。

由此可见，尤其重要的是选择和控制好烟，这决定着脱硝系统的设计和运行。

2 采取绿色节能的方式势在必得

2.1 控制或减少SO2的氧化率和氨逃逸率

在美国的巴威公司的运行经验中，采取了合适的SO2氧化率和漏氨率指标，对空气预热器的影响还包括了漏氨浓度的分布、脱硝设备的性能对煤质的适应性、脱硝设备的稳定性。

2.2 空预器结焦后的危害及预防措施

我厂采用的是三分仓容克式空气预热器。

容克式空气预热器是一种空气和烟气逆向流动、回转式的热交换装置，在热交换过程中，有丢失能量的内在趋势。能量的丢失是因为空气和烟气之间的压差引起的空气向烟气的泄漏。密封系统能控制并减少漏风从而减少能量的流失。密封系统是根据空气预热器转子受热变形而设计的，它包括径向密封、轴向密封、旁路密封以及静密封。该密封系统提供了许多调整，维修方便。

我厂在之前发生过空预器结焦的事故，严重的影响了换热效果，大大增加了风烟阻力等。

工作原理：当空气侧换热元件经过烟气时，烟气携带的一部分热量就传递给换热元件；当换热元件经过空气侧时，又把热量传递给空气。使空预器回收了烟气热量，降低了排烟温度，提高了燃料与空气的初始温度，强化了燃烧，从而提高了锅炉效率。空气预热器主要是利用锅炉尾部烟道中的烟气来加热锅炉燃烧所需要的空气，从而提高整个机组运行的经济性。空预器积灰堵塞严重，会给厂内带来极大的安全问题以及巨大的经济损失。

空预器结焦后，换热效率明显下降，进出口差压明显增大。这使得空预器以及引风机功率均有不同程度的增大，廠用电率提高。与此同时空预器动静间隙减小摩擦阻力增大，使得空预器轴承负荷增大易损。为了提高空预器换热效率以及降低空预器进出口差压，不得不投入空预器在线除焦，或停机检修除焦工作而投入大量的精力和资金。

3 结束语

（1）控制NOX有两种方式：一个是采取偏低的NOX燃烧技术，从而减少在锅炉炉膛内时煤燃烧所生成的NOX数量；一个是从烟气中直接消除NOX，以此降低排放到环境中的数量。当前来看，国内被采纳较多的是选择性催化还原法（SCR）的烟气脱硝技术。

（2）目前，我厂拥有两台330MW机组，脱销检测采用的是丹麦格林 G4100测量，脱硫系统采用石膏湿式脱硫，进出口采用北京雪迪龙烟气分分析仪进行测量，脱销系统逃逸氨也采用丹麦格林的设备。

（3）目前依旧存在的问题：丹麦格林的测量不准确，故障率高，测量传感器型号单一且寿命短只有三个月。脱销测量取样口容易堵塞，且测量过程中队喷氨超标测量不准，而且还会造成氮氧化物超标。引入喷氨调节精度控制脱销效果，三冲量调节系统的优化以及参数超标后的补充措施，比如增加二级喷氨调节及二级氮氧化物测量。

（4）因为我厂氮氧化物超标较多，现阶段考虑将丹麦格林的设备更换成北京雪迪龙的测量系统。

（5）燃煤发电锅炉的低 NOx燃烧技术，使排放的 NOx浓度大多可满足《火电厂大气污染物排放标准》规定要求，新的标准执行之后，迫使厂内必须进行烟气脱硝技术的大力使用。

（6）烟气通过 SCR反应器后，烟气性质从而发生了大面积的改变，产生了腐蚀和堵灰的现象，因此，工厂可以根脱硝要求对空气预热器改进和升级， 以此能在很大幅度上上解决这一大问题。

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