某電廠脫硝超凈改造研究

楊力

摘 要：在“十三五”國家環保政策越來越嚴格的情況下，進行超凈改造是大勢所趨。豐城電廠積極的進行脫硝超凈改造，并進行了可行性研究，現將改造思路分享如下。

關鍵詞：超凈改造；脫硝；電廠

一、背景介紹

隨著國家對節能減排工作的不斷深入，環保標準已不斷提高，排放監督已愈發嚴格。根據GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》，本項目機組NOx排放濃度應執行200 mg/Nm3（標態，干基，6%氧）的排放標準。豐城某電廠地處中部地區，計劃于 2017年前基本完成超低排放改造，即煙塵、SO2、NOX排放濃度分別要求小于10、35、50mg/Nm3，豐城電廠NOx排放濃度須執行50 mg/Nm3（標態，干基，6%氧）的排放標準。

目前豐城電廠#1、#2機組硝裝置運行平均NOX出口濃度分別為145 mg/Nm3和143 mg/Nm3。出口濃度基本在50～200mg/Nm3間，其中超過200mg/Nm3不到3%，現有的脫硝裝置不能滿足新的排放標準的要求，所以須對現有脫硝系統進行超低排放改造。

二、脫硝裝置改造方案

目前電廠采用的是低氮燃燒+SCR脫硝工藝，根據2014年1月至2015年6月的脫硝運行數據統計，脫硝入口NOX濃度基本在200～400mg/Nm3范圍之間，平均#1、#2機組平均NOX濃度約300mg/Nm3，進一步低氮燃燒改造空間不大，本次改造技術路線僅SCR脫硝改造考慮，其余系統盡可能利用現有系統，不作大的調整。SCR脫硝原設計效率為50%，執行氮氧化物的排放限值為200mg/Nm3，根據最新要求2020年達到排放限值為50 mg/Nm3，本次脫硝改造設計效率為87.5%。

（一）SCR反應器區改造

原SCR脫硝裝置每臺爐設置2臺反應器，催化劑層采用“2+1”布置，反應器設置在省煤器與空預器之間的高含塵段，反應器入口設氣流均布裝置。脫硝入口煙道設氨噴射裝置，每臺SCR反應器設置5臺渦流混合器。由氨氣-空氣混合器來的混合氣體噴入位于煙道內的渦流混合器處，并設手動調節閥，在系統投運時可根據煙道進出口檢測出的NOx濃度來調節氨的分配量。每臺爐設有一臺尿素水解反應器，布置于脫硝反應器鋼架上。

本次改造總體沿用現有布置方式，不作大的調整。

1）催化劑。#1、#2爐脫硝裝置分別于2013年12月、2014年6月投運，初裝兩層催化劑高度585mm（體積189.54m3），目前出口NOX濃度大部分時間可以控制在200mg/m3左右，難以達到超低排放要求，必須進行改造。通過加裝一層975mm的催化劑（單臺爐體積168m3），第二次更換催化劑需在原催化劑達到化學壽命后即進行，更換高度也為975mm，以后每3年更換催化劑高度均為975mm。

2）吹灰系統。本工程SCR反應器采用“蒸汽吹灰+聲波吹灰”聯合吹灰模式，每臺反應器安裝一套耙式蒸汽吹灰和一套聲波吹灰系統。

每層設置4只蒸汽吹灰器，布置于反應器側墻上。每臺爐共24只。

每層催化劑層設3個聲波吹灰器，共2層，每臺反應器共設9只聲波吹灰器（含備用層），每臺爐共18只聲波吹灰器，布置于反應器后墻上。

目前2號機組脫硝裝置阻力達到了1200Pa，存在輕微堵塞現象。電廠因擔心蒸汽吹灰器損壞催化劑，投運后從未運行。

為確保超低排放改造后吹灰系統長久安全可靠運行，本次改造每層新增1臺聲波吹灰器，取消蒸汽吹灰器。因本次改造催化劑高度發生了變化，為保證吹灰效果，需相應調整聲波吹灰高度位置。

3）尿素水解系統。#1、2機組尿素水解反應器出力為93 kg/h，改造設計條件下，單臺水解反應器出口的氨產量需要達到165 kg/h，出力不能滿足鍋爐BMCR負荷下出口NOx濃度小于50mg/Nm3設計，需進行增容改造。根據電廠實際情況，保留現有2 臺水解反應器，用于其中一臺爐的制氨，新增1臺大容量水解反應器（制氨出力為180kg/h），單獨用于一臺爐的制氨。

4）氨稀釋噴射系統。原設計計量模塊能力為單臺正常流量為46.5 kg/h，調節范圍：10%～110%，本次改造后需要流量為132.5kg/h，本次改造每臺爐更換2臺計量模塊，設計出力為132.5 kg/h，調節范圍：10%～120%。

按照超低排放的標準計算，改造后氨耗量為165kg/h，按照將氣氨稀釋后體積濃度不超過5%進行計算，所需稀釋風流量為4355m3/h，本次改造設計稀釋風量為4355Nm3/h，原設計已不能滿足要求，本次改造整體更換原稀釋風管道和閥門，更換氨空氣混合器?？紤]原稀釋風采用熱一次風，易造成稀釋風管堵塞，本次改造改用冷一次風，在反應器下部設冷風加熱管道，一次風經熱煙氣加熱后，作為稀釋風。

5）流場及渦流混合器。渦流混合器應根據流場優化和噴氨優化調整進行相應更換、改造。

（二）還原劑存儲及制備

#1、#2機組脫硝裝置還原劑采用尿素，原尿素溶液制備和存儲均能滿足改造后的要求，無需改造。

（三）實現全負荷脫硝

#1、#2機組脫硝設計最低連續運行煙溫305℃，最高連續運行煙溫400℃，當反應溫度低于305℃時，在催化劑表面會發生副反應，NH3與SO3和H2O反應生成（NH4）2SO4或NH4HSO4減少與NOx的反應，生成物附著在催化劑表面，堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性。

因此，當脫硝入口煙溫低于305℃時，SCR停運，根據現有的統計結果，低于最低噴氨溫度的時間占比約4%，即脫硝投運率約96%，不能滿足98%要求，要解決上述問題，目前較為成熟的技術是提高低負荷時省煤器出口煙溫。主要技術方案有：

1）省煤器入口加裝旁路煙道；

2）省煤器水側旁路系統；

3）省煤器入口熱水再循環；

4）拆分省煤器。

根據測試結果來看，在最低穩燃負荷下，SCR最低入口煙溫不小于300℃，正常不小于305℃，機組可以滿足全負荷脫硝，因此建議暫不改造，加強運行管理和調整。

三、結語

在“十三五”國家環保政策越來越嚴格的情況下，進行超凈改造是大勢所趨。在京津冀，火電廠已經基本完成了超凈改造。在大面積霧霾經常發生的情況下，全國范圍內火電廠實現超凈改造將有效的改善環境空氣質量，造福子孫后代。

參考文獻：

[1] 翟德雙.燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造探討[J].華東電力，2014（10）.

[2] 趙永椿，等.燃煤電廠污染物超凈排放的發展及現狀[J].煤炭學報，2015（11）.