浅谈煤粉锅炉的脱硝改造

黄禄全（广东省湛江市质量技术监督标准与编码所,广东 湛江 524000）

浅谈煤粉锅炉的脱硝改造

黄禄全
（广东省湛江市质量技术监督标准与编码所,广东 湛江 524000）

根据脱硝改造工程实际经验，指出煤粉脱硝改造过程中应注重改造前的技术准备及其具体内容，并简要介绍了脱硝改造常用的几种技术及选择原则。

锅炉；脱硝改造；选择原则

1　概述

改革开放以来，我国经济发展迅猛，取得了举世瞩目的成就。由于发展经济，需要消耗大量的化石能源，由此产生的大气污染物排放量也逐年增加，氮氧化物（以下简称NOx）便是其中之一，而NOx的一个重要来源是火电厂的燃煤锅炉，这些锅炉当中又以煤粉炉占大多数，由于种种原因，早期的锅炉在设计阶段没有配置脱硝装置或者所配置的脱硝装置已不能满足日益严格的环保标准要求，因此需要进行锅炉的脱硝改造。

2　煤粉炉脱硝改造的技术准备

对锅炉进行脱硝改造，首先需要对锅炉的设计、运行状况有一个全面而深刻的了解，因此需要收集锅炉的相关信息。除了应收集锅炉的原始设计资料如总图、烟风系统图、锅炉构架图、锅炉房总平面图、锅炉设计说明书、烟风阻力计算书及热力计算书等外，应重点收集如下信息：

（1）锅炉的改造状况。包括锅炉是否经过改造、都改了什么地方、改造的目的是什么、改造后对锅炉有什么影响等，并收集改造的设计资料，供脱硝改造设计参考；

（2）锅炉的运行状况。重点关注NOx的初始排放浓度和烟气的温度分布及烟风系统的阻力，这些信息可以从中控室的DCS画面及现场的监测仪表获得，如果没有，则应考虑采用经过校准的便携式仪器仪表进行测量，测量结果应获得锅炉使用单位的书面认可。尤其需要清楚的是，NOx的初始排放浓度是根据什么原理、采用什么设备进行测量的，测量所得结果是什么基准状态下的值，以确保方案设计的输入信息准确无误，否则一旦出错，后果不堪设想；

（3）通过脱硝改造，锅炉使用单位期望达到的NOx排放目标；（4）锅炉现场场地空间。由于脱硝改造可能需要新增燃烧装置、还原剂喷枪、SCR反应器、还原剂储存罐以及泵、管道、阀门、仪表等，因此应到锅炉现场进行勘察，初步确定可供上述设备布置的大致区域。

3　煤粉炉脱硝改造的技术

目前，可供选择的、成熟的脱硝技术主要有如下几种：

（1）低氮燃烧技术。低氮燃烧技术通过降低燃烧器区域温度及氧浓度等措施减少燃烧过程中产生的NOx，包括空气分级、燃料分级、烟气再循环等技术，其脱硝效率约为30%~50%。采用低氮燃烧技术的燃烧设备则为低氮燃烧器。由于低氮燃烧技术改造完成后，运行过程中不再需要消耗还原剂等物料，其运行成本与其它技术相比大大降低，并且不会产生由于氨逃逸造成的二次污染，所以脱硝改造通常都首先考虑采用低氮燃烧技术。实际工程中比较常用的是低氮燃烧器+空气分级技术。

需要注意的是采用低氮燃烧技术，有可能会造成燃烧后延，火焰中心上升，炉膛出口烟温升高，导致排烟温度上升，另外由于降低燃烧温度及氧浓度，也有可能会造成化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失增加。总而言之，由于采用低氮燃烧技术，可能会降低锅炉的热效率。

（2）选择性催化还原（SNCR）。该技术主要通过喷枪将还原剂（如纯氨、氨水或尿素等）喷入烟气中并混合，在烟温850~1050℃的区域，NOx被还原剂还原成氮气（N2）。该技术的关键是还原剂喷枪的选用及布置，如果布置恰当，则脱硝效果好、效率高，反之，则效果差、效率低，甚至有可能出现脱硝效率为零的情况，因此应当引起足够重视。考虑到锅炉变负荷导致烟温发生改变，喷枪通常都分层布置，层与层的间距除了应当综合考虑反应物在适当烟温区域停留时间、烟温、喷枪特性等因素的影响外，还应当尽量利用已有的平台扶梯，达到方便运行操作及检修维护并且改造工程量小、成本低的目的。需要强调的是，喷枪的布置还应当考虑由于低氮燃烧改造使炉膛出口烟温发生改变造成的潜在影响。

对于煤粉炉的脱硝改造，其脱硝效率往往要求达到80%以上，由于该技术的脱硝效率只能达到30~60%且其氨逃逸率较高易造成二次污染，因此很少单独采用，通常都与其他技术组合使用。

（3）选择性催化还原（SCR）。该技术主要通过将还原剂（如纯氨、氨水或尿素等）喷入烟气中并混合后，在烟温为300~420℃时经过催化剂层发生化学反应，将NOx还原成氮气（N2）。该技术与SNCR的主要区别除了化学反应温度区间不同外，还在于其需要用到催化剂。通过布置多层催化剂，其脱硝效率可以达到90%以上，因此该技术可以单独使用，也可以和其他技术组合使用。由于催化剂价格较高，并且改造过程中需要新增加空间以便对催化剂进行布置，催化剂的使用寿命通常只有2~3年，在脱硝过程中还需要消耗还原剂，因此SCR脱硝技术的改造及运行成本比前述的脱硝技术都要高得多，为了节约成本，采用与其它技术相结合的方式往往更适合。

实际煤粉锅炉的脱硝改造工程，对于中小容量锅炉，比如130t/h、220t/h，往往采用低氮燃烧+SNCR＋烟道SCR的技术路线即可达到比较高的脱硝效率，满足环保标准要求，此种技术路线不需要新增SCR脱硝反应器，对锅炉改动相对较小，阻力增加较小，成本较低。对于300MW以上的电站煤粉锅炉，往往需要布置两层以上的催化剂才能满足脱硝要求，由于此种锅炉结构紧凑，很难在原有的尾部烟道腾出足够的空间布置催化剂，因此通常都需要在锅炉尾部新增空间放置催化剂，即SCR脱硝反应器，则技术路线低氮燃烧+SNCR＋SCR或低氮燃烧＋SCR均可行，那种更优则需经过技术经济比较。

4　结论

综上所述，煤粉锅炉的脱硝改造首先应对锅炉进行全面考察并充分收集锅炉的各种信息，然后通过分析、讨论及计算，确定出可行的几种技术路线，再经过技术经济比较得到最终采用的技术路线，这种技术路线应满足在达到所要求的脱硝效率的前提下，其改造、运行成本低，对锅炉效率的影响小。

黄禄全（1985—），男，本科，助理工程师。