大型燃煤发电企业“先减后脱法”降低NOX排放策略分析

韩爱国

（大唐国际发电股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 311600）

随着经济的发展和国家对环境保护的重视，氮氧化物NOx产生的危害被更多人所了解。《火电厂大气污染物排放标准》明确要求，从2014年7月1日开始，对珠三角等发达地区现有火电机组NOx污染物排放定值改为100mg/Nm3。作为国企，遵守国家规定、改善环境质量，是义不容辞的责任担当。

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司（以下简称“乌沙山发电公司”）的锅炉选用哈锅产品，配备低NOx燃烧器（LNASB）。30只燃烧器分3层，每层前墙安装5只，后墙布置5只，前后墙对冲方式燃烧。其中，等离子转子安装在前墙最下层。前后墙各布置1层燃尽风口，共10只。锅炉自投运以来运行良好，效果明显。但也发生一些制约设备安全和燃烧效率提高的问题，一是锅锅炉煤粉燃烧器出口边缘损坏严重，对燃烧的效果有明显的不利影响；二是炉膛NOx排放量较高，燃料型和热力型氮氧化物的产生量较多；SOFA率偏小)。另外一个情况是由于制造厂家的技术制约，本机组最初的原始设计上就没有降低氮氧化物的设备。这些特殊情况决定了目前锅炉降氮难度大，而运用“炉内减少炉外脱氮”综合脱氮技术对锅炉燃烧设备进行优化和技术改造，不但可以让环保问题得到解决，而且环保物料成本明显降低。

1 先减后脱法方案介绍

先减后脱法是指通过燃烧调整，根据氮氧化物的生产机理，控制其生成，在炉膛出口通过增加反应器，发生化学反应再脱去烟气中的部分氮氧化物。具体方案如下。

1.1 炉膛内减少——锅炉燃烧系统技术优化

综合机组运行的本质安全、环境保护和高效运行的要求，经过论证，最终形成的技术线路如下。

更换25只燃烧器的部分部件（等离子燃烧不进行改造）。新燃烧器的结果简单示意图见图1。

图1 改造后低氮燃烧器结构示意图

在锅炉原燃尽风系统的最顶部再增加一次SOFA。计划本次增加10只，SOFA装置的系统分布见图2。

图2 改造后的OFA 喷口布置图

本机增加的SOFA采用外旋内直方式进风，其示意结果见图3。

1.2 后脱——SCR烟气脱硝装置改造

SCR烟气脱硝是目前应用最为广泛的脱硝技术，具有维护简单，运行效率高、对其他设备影响小等优点。

图3 改造后OFA 燃烧器结构图

烟气中的氮氧化合物和还原剂氨气在催化剂的催化作用下进行化学反应，生成无害的水和氮气。主要反应如下：

NO +NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O

6NO2+ 8NH3→7N2+ 12H2O

4NO + 4NH3+O2→4N2+ 6H2O

SCR装置主要由SCR发生器、催化剂、喷氨系统和吹灰系统组成，系统包含相关阀门及热控仪表。

乌沙山发电公司利用2013年4月机组大修的机会进行了脱硝系统改造，该系统采用宇星科技的技术和设备。每台机组有左右两侧脱硝反应器，但是共用一套氨气制备系统。SCR烟气脱硝系统采用蜂窝状催化剂，可以再生；脱硝效率设计不低于80%。而还原剂采用液态氨气，其纯度要求不低于99.5%。

具体改造内容是将SXR装置安装在空预器和省煤器中间的烟道上。省煤器出来的热烟气在进入反应器前，首先与AIG喷出的氨气进行混合，此处有混流板以保证混合的均匀度。混合烟气进入反应器，在催化剂的催化作用下，氨气与氮的化合物发生反应，生成无害的水和氮气。烟气在SCR内部反应完成后，烟气沿烟道进入空预器。整个工艺流程涉及到原烟气和净烟气、还原剂氨气和生成物氮气等。其中主要介质的流向如下：

原烟气：从省煤器出来的烟气经过喷氨装置和导流装置进入脱硝反应器；

净烟气：SCR→反应器出口烟道→空预器入口烟道；

氨：运输车→储罐→蒸发槽→氨缓冲罐→氨/空气混合器→喷氨格栅→SCR反应器；

氮气和水蒸气随烟气流向排出。

1.3 其他配套改造

和本项目同步的配套改造项目较多，主要包括辅机（空预器和引风机等）的改造、锅炉原始部件如钢梁、烟道的改造等，除此之外，最主要的改造在于热控逻辑和保护装置、自动调整系统的改造。

2 先减后脱法联合脱硝效益分析

1号机组投产时，没有氮氧化物脱除装置，当时NOX的排放浓度约为400毫克每标立方米，现在的标准是100mg/Nm3。近年来，由于煤炭市场调控，煤价上涨，电厂大力开展配煤掺烧，炉膛出口的氮氧化物有时可以达到400mg/Nm3以上。首先，不符合排放标准，其次，对央企的形象有影响。

乌沙山发电公司脱硝改造工程已列入当地重大建设项目规划。本改造项目完成后，经过地方电力试验机构在运行现场的试验对比、数据测试和研究分析，综合得出了脱除氮氧化物的效率超过了百分之八十，经过脱硝系统后的净烟气氮氧化物的排放达到了国家排放要求。经过相关分析和核算，一台机组进行燃烧调整减氮和催化剂反应脱氮的技术改造后，每年氮氧化物排放量减少值达到了4516t，为大容量燃煤机组进行环保改造，实现机组环保运行，做出了贡献。

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