【技术汇】燃煤电站锅炉烟气脱硝改造及运行分析 燃煤电站锅炉新型高效脱硝技术上海电力学院助力解决环保难题

以国内某电厂7台煤粉锅炉实现超低排放为指标进行燃煤电站烟气脱硝改造，采用低NOx燃烧技术和炉后选择性催化还原技术相结合的工艺，对煤粉锅炉燃烧方式、SCR脱硝系统、引风机等进行设计改造，研究了空气过量系数、反应器温度、氨氮摩尔比等对脱硝效率的影响，并对改造后系统进行调试。结果表明，温度控制在360℃附近，过量空气系数在0.9~1.0之间，氨氮摩尔比为1.2时，SCR脱硝效率达到90%以上，烟气出口NOx质量浓度在45mg/Nm3以下，烟气出口温度为250~280℃之间，符合环保部门的排放指标。

关键词：烟气脱硝；改造；SCR；效率

据中国能源统计年鉴统计，2014年全国SO2排放总量为1974万t，NOx排放总量为2078万t。如果不合理控制NOx的排放，随着国民经济继续发展、人口增长和城市化进程的加快，未来中国NOx排放量将继续增长。按照目前的发展趋势，到2030年我国NOx排放量将达到3540万t，势必造成严重的环境影响。随着大气污染防治法规的不断推进，《锅炉大气污染物排放标准》越来越严格，大部分省市推出史上**严大气污染物排放标准，SO2不超过35mg/m3、NOx不超过50mg/m3、烟尘不超过5mg/m3，全国火电机组均在超低排放改造。本文以国内某燃煤电站为实现超低排放并达到污染物排放标准为依据，根据电厂实际情况，对煤粉锅炉及相关系统进行优化设计及改造。

1 锅炉概况

该热电厂共有7台锅炉，建有3台(1#~3#)蒸发量为150t/h的中温中压煤粉锅炉、2台(4#、5#)220t/h和2台(6#、7#)240t/h的高温高压煤粉锅炉。根据锅炉蒸发量，配套建设有3台6MW背压式汽轮发电机组、1台抽凝式12MW、2台25MW抽凝式汽轮发电机组和1台25MW抽背式汽轮发电机组。目前，燃煤热电站/热电厂7炉7机锅炉总蒸发量为1370t/h，总装机容量为105MW。7台锅炉全部建设了除尘与脱硫设施，没有脱硝设施。锅炉及配套除尘、脱硫设施及污染物排放情况如表1所示。

2 改造

该系统的初步设计是“煤粉锅炉采用低NOx燃烧器”和“炉后选择性催化还原法(SCR)”的混合工艺方案。在满足实际燃用煤种、锅炉比较大工况(BMCR)的条件下，要求低氮燃烧器改造后的NOx质量浓度≤540mg/Nm3；SCR系统入口NOx质量浓度设计值为580mg/Nm3，还原剂采用液氨，烟气排放NOx质量浓度≤45mg/Nm3，脱硝效率≥90%。主要改造内容包括：对1#~7#锅炉中的5台锅炉实施低氮燃烧改造；在锅炉省煤器出口与空气预热器之间增加SCR反应器(共5套，每套催化剂按2+1层配置)，配套建设液氨储存制备供应系统，并对锅炉钢结构实施改造；同时对锅炉燃烧器、除尘器及引风机等进行改造。

2.1低氮燃烧器

新型低NOx燃烧技术以炉内影响燃烧的两大关键过程(炉膛空间过程和煤粉燃烧过程)为重点关注对象，***实施系统优化，达到防渣、燃尽、低NOx一体化的目的。首先将炉内大空间整体作为对象，通过炉**流合理组合及喷口合理布置，炉膛内中心区形成具有较高温度、较高煤粉浓度和较高氧气区域，同时炉膛近壁区形成较低温度、较低CO和较低颗粒浓度的区域，使在空间尺度上中心区和近壁区特性差异化。在燃烧过程尺度上通过对一次风射流特殊组合，采用低NOx喷口或等离子体燃烧器，热烟气回流等技术，强化煤粉燃烧、燃尽及NOx火焰内还原，并使火焰走向可控，**终形成防渣、防腐、低NOx及高效稳燃多种功能的一体化燃烧技术。通过采用该技术使NOx的排放浓度降低50%~70%，实现煤粉锅炉改造后**终NOx质量浓度≤45mg/Nm3。

2.2SCR反应器

将温度低于500℃的烟气通过导流板通入带有还原剂及催化剂的垂直反应塔内，烟气中NOx与氨、尿素、碳氢化合物等还原剂在催化层中混合，在催化剂的作用下将NOx还原分解成N2和H2O。主要的化学反应为：

根据3#~7#机组锅炉场地的条件，除尘器进口烟道上方空间狭窄，SCR脱硝反应器布置在锅炉左侧或右侧空地上。因此1台锅炉装置1台SCR烟气脱硝系统，每套系统催化剂按2+1层设置，采用高灰型SCR布置方式。对于SCR系统的入口和出口烟道，使用新的钢结构来支撑锅炉钢架，在2个立柱之间设置非金属补偿器以进行相对隔离。SCR反应器选用蜂窝式钒钛钨催化剂，正常工况下催化剂化学寿命要求超过24000h，并且机械寿命要求在10年以上。反应器主要性能参数如表2所示。

燃煤电站锅炉新型高效脱硝技术上海电力学院助力解决环保难题

我国是氧化硫、氧化氮以及粉尘等大气污染物的排放大国，2014年，国家发改委和环保部提出了我国燃煤发电机组要达到燃气轮机的排放标准，这对于发电行业具有很大的挑战性。据统计，现在95%以上的燃煤电站锅炉烟气脱硝技术是采用SCR技术，由于目前我国火电行业负荷率普遍较低，这就对SCR脱硝技术提出了新的挑战。

上海电力学院是一所电力特色鲜明的行业性高校，立足电力、立足应用、立足**，为电力行业培养了大量的高水平应用技术性人才和管理人才，通过产学研合作为行业的技术进步做出了积极贡献。围绕发电的节能环保，学校拥有高水平的上海市重点学科和工程技术研究中心，建成了一支高水平的科研队伍，近年来承担了一批**和上海市的科技项目和电力企业委托的横向课题。在电站环保方面，上海电力学院主要围绕脱硫、脱硝、脱汞、除尘以及多种污染物联合减排等方面开展工作，取得了包括多篇ESI高被引论文在内高水平学术成果，和一系列具有良好经济效益、社会效益及环保效益的技术成果。近日，上海电力学院能源与机械工程学院师生一行20余人参加了2017清洁燃煤发电中国国际论坛，与参会专家及嘉宾共同探讨清洁燃煤发电问题，上海电力学院能源与机械工程学院党委副书记赵建明担任了论坛主持嘉宾。

上海电力学院能源与机械工程学院党委副书记赵建明

上海电力学院参会人员合影

如何在低负荷情况下满足SCR的安全高效脱硝的要求在这次论坛上，上海发电环保工程技术研究中心常务副主任、上海电力学院能源与机械工程学院党委书记潘卫国教授发表了题为《燃煤电站锅炉高效宽负荷脱硝技术》的主旨演讲，就如何在低负荷情况下满足SCR的安全高效脱硝的要求，提出了深刻的见解。

上海电力学院能源与机械工程学院党委书记潘卫国

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