热电厂氮氧化物超低排放控制策略

梅建国*

（杭州江东富丽达热电有限公司，浙江杭州，311228）

热电厂氮氧化物超低排放控制策略

梅建国*

（杭州江东富丽达热电有限公司，浙江杭州，311228）

热电锅炉常见脱硝工艺有锅炉低氮改造、SCR法、SNCR法、SCR+SNCR法、吸收法、电子束法、臭氧法等等，热电厂由于供热负荷不稳，造成锅炉床温、氧量变化，单一SNCR法脱硝工艺难以保证NOX稳定排放，采用锅炉低氮改造+SNCR法+臭氧多脱技术联合工艺，可有效控制NOX稳定达到超低排放要求。从经济、运行、安全等方面综合分析，采用此联合脱硝工艺对于热电锅炉调节具有较强的实用性，可操作性、稳定性。

锅炉低氮改造；SNCR工艺；臭氧多脱技术

引言

当前，国内外燃煤锅炉主要采用的成熟脱硝工艺方法：锅炉低氮改造、SCR法、SNCR法、SCR+SNCR联合法、吸收法、电子束法和最近运行的活性分子臭氧脱硝工艺等等，这些工艺在实际应用中各有优缺点，我公司根据自身锅炉特性、场地条件、运行需求、投资成本等因素选择锅炉低氮改造+SNCR法+臭氧联合脱硝工艺，运行一年来实践证明，此联合工艺是解决循环流化床锅炉 NOX浓度超低排放有效途经之一。

锅炉形式：四台130t/h循环流化床锅炉 ，杭州锅炉厂制造，三台 75t/h循环流化床锅炉,无锡光华锅炉厂制造，参数均为次高温次高压锅炉；采用汽冷高温分离结构。主要燃用煤种：神华煤和山西平优煤，正常工况下，75t/h锅炉炉膛出口烟道温度约900～980℃之间，O2含量约7～8%，床温 980℃左右，NOX排放浓度 350～450mg/Nm3,130t/h锅炉炉膛出口烟道温度约 850～950℃之间，O2含量约3～4%，床温950℃左右，NOX排放浓度约180～300mg/Nm3。

2012年底采用SNCR工艺，脱硝剂选用20%浓度的氨水溶液。喷枪布置在循环流化床锅炉炉膛出口烟道处，根据模拟侧试，左右两侧烟道需布置喷枪各两只，采用百能公司专用特效喷嘴，工艺泵选用帕期菲达计量泵，静态混合器布置于喷枪入口处，喷枪雾化风改为锅炉一次风。运行至今，各参数达到原设计要求（NOX＜100mg/Nm3）。然而随着环保要求的不断提升，烟气深度治理项目的推进，单独靠SNCR法将原来锅炉NOX排放浓度在250～450mg/Nm3控制在50mg/Nm3以下，且稳定运行，技术难度大。在实际运行中，由于热电行业特性，热负荷不稳，锅炉床温、含氧量区间变化大等因素，氮氧化物控制波动大，而且需加大氨水输送量，导致后面氨逃逸上升，锅炉出口省煤器、空预器出现积灰、积垢现象，严重影响锅炉安全运行。

1 存在问题

1.1 非工况运行

受供热负荷变化影响，锅炉非工况下运行，锅炉燃烧偏离正常值（特别相对于CFB低灰分煤种），此时炉膛氧含量偏高、温度区间超出SNCR反应条件，NOX控制不稳。

1.2 烟气排放标准提高

锅炉排放标准提高，原设计锅炉出口 NOX控制在100mg/Nm3以下，现超低排放标准要求控制 50mg/Nm3以下，要提高脱硝效率，需提高氨氮比，增加氨水量，在同样燃烧工况下，氨逃逸会出现上升。自从标准提高了以后，氨水用量大幅增加，末段省煤器、空预器积灰严重，严重影响锅炉安全、经济运行。

1.3 省煤器空间位置有限

锅炉尾部省煤器有三段，空间布置有限，旁边场地引出反应塔困难，且锅炉出口引风机全压余量不够，而且SCR装置长时间运行存在堵塞、催化剂失效等问题。

2 采取措施

针对上述问题，并结合我公司具体实际情况分析：首先从源头上降低锅炉污染物排放浓度——锅炉低氮改造，其次，优化SNCR脱硝工艺，并在炉后加装一套臭氧多脱装置（2*20kg），这样可保证任何工况下出口 NOX排放不会超标。

2.1 锅炉低氮改造

2.1.1 循环物料系统改造

分离器进口加速段改造，原锅炉分离器入口基本没有加速段，用抓钉和耐磨浇注料在分离器进口内侧建立一个逐步加速的加速段。原汽冷旋风筒椎体下部连接一个直段部分取消，不再产生失速区。回料腿内径减小，由原来的φ500减小至小于φ400。

原锅炉中心筒太长，影响分离器效率，将原中心筒现场割短 800mm。循环物料系统分离效率会有显著提高，循环量增加，飞灰粒径会比现在更细，实际传热系数增加，床温适当降低。

2.1.2 二次风改造

二次风采用单层布置，口径加大，标高为由5200mm，提高至8200mm，增设一个环形二次风箱，炉内加4片水冷屏。减小一次风，加大二次风，根据一二次风机实际情况和空预器原设计情况调整一二次风比例，布风床面积适当缩小。改造后，水冷布风板阻力约 2500Pa，流化更均匀。一次风量远小于原运行一次风量，同时一次风机更节能。

2.1.3 增加水冷屏

炉膛前上部添加2屏水冷屏，增加炉膛水冷壁受热面积，进一步降低运行床温。

表1 改造前后，同煤种同工况下参数对比

锅炉低氮改造后，锅炉炉膛氧含量下降至1～2%，床温下降约 20～50℃左右，氮氧化物排放量正常负荷下明显减少，从250～350mg/Nm3降至80～150mg/Nm3，一、二次风机电流变小，节能降耗效益明显，达到改造目的。

图1 改造前

图2 改造后

2.2 优化SNCR工艺

2.2.1 SNCR脱硝反应原理

还原剂为浓度20%氨水

同时还发生如下反应：

2.2.2 SNCR脱硝技术影响因素

a) 最佳温度区间：800℃～950℃，选择在炉膛出口和旋风分离器入口处的水平烟道上布置喷枪喷射还原剂，该处烟温恬好恰好在SNCR反应区间温度内。

b) 足够长的停留时间：循环流化床锅炉自旋风分离器入口到锅炉高温过热器入口间，烟气在该段行程内的停留时间在2秒以上，可以保证SNCR反应时间接近理论最高值。

c) 还原剂对烟气的覆盖率。循环流化床锅炉炉膛两侧出口烟道由水冷包墙管组成，高度 2520mm,宽度1200mm,长度3000mm，烟气均匀进入高温分离器，此处有利于喷枪布置，还原剂的喷射要靠喷射器来完成。喷射器是根据SNCR技术对射流刚性、扩角、颗粒雾化粒度等的要求专门设计。保证雾炬覆盖整个烟道；二是雾化后还原剂雾滴细度分布与射流特性和烟温特性匹配，从16微米到250微米雾滴按特性分布曲线分布，雾炬在进入烟道后，细雾滴首先蒸发，其携带还原剂在离喷枪较近区域与烟气混合，粗雾滴蒸发较慢，其携带还原剂在与喷枪较远处与烟气混合，从而保证整个烟道内还原剂分布均匀

d) 氨氮比。为满足排放要求，氨氮比一般不超过2.0左，在锅炉低氮燃烧改造后，保持较低≦1.3，这样不会造成后面省煤器、空预器积灰，保证锅炉正常安全运行。

2.2.3 SNCR优化控制

煤种变化及锅炉负荷的调整，对SNCR法工艺影响较大，热电厂一般选用一台或两锅炉进行合理及时调节，来保证供热用户参数，对所选用调整锅炉采用的SNCR工艺一般将氮氧化物控制范围适当大一些，同时采用锅炉与脱硝岗位联合调整方式。为保证喷嘴雾化效果，氨水输送压力根据雾化试验不得低于0.15MPa，喷枪用吹扫风控制在3.5～4.5KPa。在锅炉非工况下运行，氨水投入量会增大氨逃逸量，此时应将锅炉出口氮氧化物控制在50～120mg/Nm3左右，尾部吸收塔入口处适当投入臭氧装置来保证出口参数能达标。

2.3 炉后加装臭氧脱硝工艺

2.3.1 臭氧脱硝工艺原理

低温臭氧氧化脱硝反应原理：从除尘器出来的烟气进入等离子烟气净化器，对烟气进行预处理，将烟气中含有的水、细微颗粒、氧通过高压脉冲电晕放电，在常温下获得非平衡高低温等离子体，为后道臭氧对一氧化氮的氧化提供了良好的反应条件。随后烟气进入臭氧混合反应装置，在混合反应装置内注入臭氧，使臭氧与烟气充分混合，将烟气中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，包括NO2，N2O3，N2O5等。然后烟气进入吸收塔，喷淋碱性溶液将烟气中被氧化成高价态的易被吸收的NOx吸收，确保NOx排放浓度满足排放要求，同时将零价汞（Hg0）氧化成可溶性二价汞（Hg2+)），结合湿法脱硫洗涤塔与SO2、HF、HCL等可溶性酸性气体一同除去。

脱硝吸收主要反应原理如下：

臭氧发生器按照两台20kg出力设计，保证两台锅炉70%负荷下运行时NOX不高于50mg/Nm3。此工艺作为SNCR工艺的补充，在锅炉非工况下运行，NOX难以控制情况投入使用。进入等离子装置时NOX经过臭氧多脱装置后，废气的NO基本去除，同时会产生少量NO2气体，浓度能控制20mg/Nm3以下。

3 结束语

综合以上三步工艺实施，采用多种联合脱硝技术，是循环流化床锅炉氮氧化物超低排放稳定控制有效途径之一。锅炉低氮燃烧从源头上降低了氮氧化物排放浓度，正常工况下锅炉出口氮氧化物浓度为120～250mg/Nm3，SNCR 法脱硝工艺将氮氧化物浓度控制在50～100mg/Nm3范围内，明显降低了氨水喷入量，进一步减少了氨逃逸量，使锅炉省煤器、空预器积灰概率降低，保证了锅炉安全、正常运行。臭氧活性分子脱硝与锅炉的负荷变化，氧量变化等因素影响较小，在锅炉非正常工况下仍能保证出口NOx＜50mg/Nm3超低排放要求，而且进一步氧化零价汞，降低了汞的排放浓度。经过运行一年的实践证明：锅炉低氮改造+SNCR法+臭氧联合脱硝工艺，比其中任何一种方式单独运行，调节方便 ，参数控制稳定。

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Thermal Power Plant Nitrogen Oxide Ultra Low Emission Control Strategies

MEI Jianguo*
(Hangzhou Jiangdong Fulida Thermal Power Co.,Ltd.,Zhejiang Hangzhou,311228,China)

thermoelectric boiler common denitration technology has low nitrogen transformation,SCR,SNCR and SCR +SNCR method,absorption method,electron beam,ozone,etc.,unstable thermal power plant due to the heating load,change of boiler bed temperature,oxygen content,a single method of SNCR denitration technology is difficult to guarantee the stability of NOX emissions,the retrofit boiler low nitrogen + + SNCR method ozone technology combined technology,which can effectively control stability at low NOX emissions requirements.From the comprehensive analysis of economy,operation and safety,this joint denitration technology is applicable to the regulation of thermoelectric boilers,which is operable and stable.

boilerlownitrogenreforming;SNCRprocess;ozone multi-removal technology

TK018

A

1672-9129(2017)04-0224-04

梅建国.热电厂氮氧化物超低排放控制策略[J].数码设计,2017,6(4):224-227.

Cite：MEI Jianguo.Thermal Power Plant Nitrogen Oxide Ultra Low Emission Control Strategies[J].Peak Data Science,2017,6(4):224-227.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.056

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