超低排放要求下的脱硝改造技术现状

曹艳芳 杨月梅 王 淼

(中国辐射防护研究院，山西 太原 030006)

超低排放要求下的脱硝改造技术现状

曹艳芳 杨月梅 王 淼

(中国辐射防护研究院，山西 太原 030006)

介绍了近年来火电厂脱硝提效改造中燃烧控制和烟气脱硝的主要技术，同时提出当前存在的问题和发展趋势，指出超低排放要求下的脱硝改造工艺选择需要因煤制宜，因厂制宜，采用多项技术组合，形成协同脱除集成技术。

火电厂,超低排放,脱硝

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，我国氮氧化物的排放量中70%来自煤炭的直接燃烧，而电力工业又是我国的燃煤大户。国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局发布了发改能源[2014]2093号文件《关于印发〈煤电节能减排升级与改造行动计划(2014年—2020年)〉的通知》，通知要求“东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10 mg/Nm3,35 mg/Nm3,50 mg/Nm3)。根据中国电力企业联合会发布的《2016年度火电厂环保产业信息》，2016年当年投运火电厂烟气脱硝机组容量约0.6亿kW；截至2016年年底，已投运火电厂烟气脱硝机组容量约9.1亿kW，占全国火电机组容量的86.7%[1]，而2016年签订合同的火电厂烟气脱硝机组容量前20企业中，技改容量占比76.07%。可见，在国家要求超低排放的形势下，现有脱硝装置要达到不大于50 mg/m3的超低排放标准，进一步脱硝提效改造，是大势所趋。

1 脱硝提效改造现状

我国火电厂NOx的控制采用前端燃烧控制和后端烟气脱硝结合的方式，因此，目前的脱硝提效改造也是从这两方面技术入手。

1.1NOx燃烧控制

炉膛温度和过量空气影响NOx的生成，进入炉内的过量空气越多、炉内燃烧区NOx温度越高,则NOx生成量越大。低氮燃烧是目前在国内外大型火电厂煤粉锅炉中普遍采用的一种技术，通过抑制燃烧过程中的NOx生成和将生产的NOx还原实现低排放。目前采用的低氮燃烧技术包括低氮燃烧器、烟气循环燃烧、分段燃烧和浓淡燃烧技术等。采用先进的低氮燃烧器技术，炉膛出口NOx，浓度可控制在200 mg/m3以下，为后续烟气脱硝改造传真有利条件，如珠海电厂2×700 MW亚临界锅炉在2013年采用了三菱公司研发的M-PM超低氮燃烧器进行改造，改造后满负荷运行时NOx排放浓度由360 mg/m3降低至136 mg/m3，比改造前降低62%[2]。

1.2烟气脱硝

目前，SCR脱硝工艺是成熟且采用最多的处理工艺，现行改造主要是采用启用催化剂备用层、增加催化剂用量、提高还原剂喷射量的方法。改造后一般可满足超低排放要求，SCR脱硝技术下一步的研究重点在于开发宽温度窗口、低成本、适应我国烟气条件的催化剂，减少脱硝过程中的氨逃逸，提升催化剂抗毒稳定性，以及催化剂再生与无害化处理等[3]。

而SNCR技术虽其脱硝效率受锅炉结构尺寸影响大，一般用于脱硝效率要求不高的机组，但由于其具有布置灵活、改造方便、运行维护成本较低等特点，对燃煤机组有较好的适应性等特点，一些工程公司和企业对SNCR改造技术也进行了探索，SNCR技术在锅炉上运行已有很大的变化:喷枪的位置、形式、雾化介质、喷枪材质等在运行中不断改进，发掘SNCR技术应用于燃煤机组氮氧化物减排的潜力，已取得一定进展。

SNCR+SCR联合脱硝越来越多的广泛应用,尤其是在旧锅炉的改造上优势明显，克服了SNCR的氨逃逸率高，大幅度降低了SCR装置入口的N浓度，降低投资和运行费用。

1.3协同处理与综合利用

在超低排放要求下，火电厂环境防治趋向于协同处理与综合利用，根据各厂现状的不同，出现了各种各样的协同处理工艺，效果明显。如在张家口发电厂的脱硝超低排放改造设计中，就采用了将尿素溶液直接喷射到锅炉内的高温烟气中进行分解制取氮气和利用烟气换热器替代热地路系统上的电加热器进行改造，改造后减排降耗，SCR出口浓度在一年的实际运行中大部分时间低于30 mg/Nm3[4]。而在大唐三门峡公司的技术改造中，由锅炉来的烟气首先从锅炉省煤器后烟道引出，通过SCR反应器经选择性催化还原法(SCR)脱硝工艺进行脱硝反应后，再送回空气预热器前烟道。随后，经引风机增压后送入喷淋吸收塔，在脱硫吸收塔内，烟气与来自上部喷淋层的石灰石—石膏浆液逆流接触，被冷却到绝热饱和温度，烟气中的SO2和SO3与浆液中的CaCO3反应，形成亚硫酸钙和硫酸钙，烟气中的HCl，HF也与浆液中的CaCO3反应而被吸收，从而实现同步脱硝和脱硫。

2 存在的问题

1)超低排放要求下的脱硝技术，需要应用新技术、新工艺、新设备，例如超低氮燃烧器、高效新型催化剂等，引导开发、实用高效的新技术、新工艺、新设备，是当前乃至未来脱硝减排的手段。

2)根据行动计划，已完成的超低排放必然先集中在东部地区，中西部地区煤质条件较差，硫分高，灰分高，挥发分低，电量低，即便经过低氮燃烧改造后氮氧化物排放浓度可能还会很高，因此，配煤、洗煤、型煤技术也须快速推进开发。

3)超低改造后存在一系列新问题，例如SCR增加一层催化剂，系统能耗增大，又如改造后控制浓度达标时，锅炉尾部的液氨泄露和三氧化硫排放会带来严重问题等，要求改造工程必须进行系统性统筹设计，综合考虑。

3 结语

超低排放要求下的技术选择需要因煤制宜，因厂制宜，脱硝提效改造也往往需要多方位考虑，多项技术组合，各自发挥优势。

多种污染物高效协同脱除集成技术是火电厂烟气污染治理的主要发展方向，随着政策的指导和技术的发展，我国火电厂现有烟气治理技术已不再是考虑单一设备脱除单一污染物的模式，综合考虑各系统间协同效应，在脱除主要目标污染物的同时脱除其他污染物或为其他污染物的脱除创造条件，兼顾环保效益与经济效益已逐渐成为趋势。如何在新建或提效改造中充分利用各技术间的协同效应，最大程度降低超低排放改造的投资和运行费用，需要不断在工程运行中总结经验、积累技术、甚至构建示范点进行技术推广。

[1] 2016年度火电厂环保产业信息[EB/OL].http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2017-05-12/168222.html，2017-05-12.

[2] 袁 力，张殿平，余伟权，等.新型M-PM低氮燃烧器在700 MW机组的改造效果[J].中国电力，2015(4)：61-65.

[3] 黄治军,王卫群,祁建民,等.燃煤电站超低排放研究进展[J].节能科技，2017(2)：43-46.

[4] 赵永椿，马斯鸣，杨建平，等.燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J].煤炭学报，2015(11)：2629-2640.

[5] 张达勋，武利军.火电厂脱硝超低排放改造设计及运用[J].中文信息，2016(11)：284-285.

Thepresentsituationofthetechnologyofdenitrationmodificationundertherequirementofultra-lowemission

CaoYanfangYangYuemeiWangMiao

(ChinaInstituteforRadiationProtection,Taiyuan030006,China)

In this paper, the main technologies of combustion control and denitration of flue gas are introduced, put forward the current existing problems and development trend, pointed out that under the ultra low emission requirements of denitration technique selection need adopting the combination of a number of technical form collaborative removal integration technology according to coal condition and the factory condition.

thermal power plant, ultra-low emissions, NOxremoval

1009-6825(2017)28-0201-02

2017-07-27

曹艳芳(1981- )，女，硕士，助理研究员

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