发电厂脱硝设备的改造研究

张晋轩

(山西潞安余吾热电有限责任公司，山西 长治 046100)

引 言

现阶段脱硝方法主要有以下几个方面。首先是低NOx燃烧脱硝技术，主要是通过各种技术手段，来抑制燃烧过程中氮氧化物的生成或者对还原氮氧化物进行还原作用，使NOx排放量降低；其次是炉膛喷射脱硝技术；再次是烟气净化技术。低NOx燃烧技术主要通过燃烧优化、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、低氮燃烧器等手段实现。炉膛喷射脱硝技术也可称为选择性非催化还原法SNCR脱硝技术，是在炉膛上部喷射某种物质，使其在一定的温度条件下还原已经生成的NOx，以降低NOx的排放量，方法包括喷水、喷二次燃料和喷氨等。烟气净化技术主要包括选择性催化脱硝法(SCR)、电子束照射同时脱硫脱硝技术、电晕放电等离子体同时脱硫脱硝技术等技术[1-3]。

本文研究的是现有电厂的脱硝改造，由于电厂建造已有一些年头，在设计之初为了降低建设成本，受热面布置的相对紧凑，烟道高度也相对于新建的电厂烟道低，没有考虑到未来脱硝的要求，这就导致电厂进行脱硝改造时可利用的空间受到了很大限制，增加了改造的难度。虽然单从脱硝的效率上看双层SCR方法很高，可以达到90%的脱硝率，但是结合电厂烟道高度比较低的实际情况，若采用双层SCR设计的话，成本必然很高。单层SCR的脱硝率比双层SCR低很多，就电厂实际烟气情况，难以满足烟气排放要求，但是可以在先采用低氮燃烧器脱硝的基础上，在配合单层SCR脱硝的改造方法。这样在在前面就可以很大程度的减少烟气中的有害成分，当烟气通过单层SCR后，排出的烟气就能够达到环保要求的标准。采用低氮燃烧器脱硝加单层SCR脱硝的改造方法，即可以保证有效的脱硝率，又能在保证改造费用不会很高。只需要对原有管路系统的尾部受热面的管排进行适当的改动，便可以为改造腾出一定的空间，足以安装单层SCR所需的所以设备。

所以本次改造的主要内容有以下几个方面。首先是进行低氮燃烧器的改造，其次是对电厂原有管路系统的尾部受热面进行改造，最后是单层SCR的安装。改造完成后，需要进行试运行，通过试运行过程的数据采集和整理分析来确定各部位的运行参数，包括一次风、二次风、三次风、氧量以及燃尽风等参数的设定。

1 低氮燃烧器的改造方案

原来电厂锅炉采用的是在2个一次风口之间均等布置1个二次风口的均等配风直流煤粉燃烧器。采用热风送粉的形式，并且让乏气经过三次风喷口后在排入炉膛，通过采取以上措施来使煤粉稳定的着火燃烧。因此改造内容如下：改造范围主要分为两个部分。一是主燃烧器部分的改造。主要包括更换主燃烧器区域的水冷壁管、更换主燃烧器的固定装置、更换燃烧器的本体。一是燃尽风部分的改造。主要包括三个方面的内容，首先是设计安装燃尽风区域的水冷壁管；其次是设计安装燃尽风的本体，包括风箱、摆动装置、喷口等设备；再次是设计安装燃尽风的固定装置；最后是设计安装燃尽风的连接风道。除了上述改造内容，还对各区域的保温材料和水冷风管进行了更换。

具体实施情况如下。

1) 首先在主燃烧器的上方位置新增燃尽风，高位燃尽风的喷口设计形式为喷口可上下左右摆动的形式，并且位置为距上一次风有比较大的距离；其次更换现有的主燃烧器，包括燃烧器的固定装置，角区的水冷壁，更换燃烧器的本体等，调整二次风喷口的面积，改变上下一次风喷口的形式，采用方式为上下浓淡的组合方式。二次喷口面积和改造前相比面积有所变小，并且使一次风和二次风的射流方向成5°夹角。保持一次风切角的方向不变，调整二次风，使其出口的方向沿顺时针偏转5°。新增加一层加装内缩式稳燃波纹钝体的三次风喷口，这样做的目的是即可以降低火焰中心高度，又可以使煤粉气流燃烧的时间延长，同时还不会明显影响主燃烧器煤粉气流的燃烧。

2) 在主燃烧器上部位置，新加装两层燃尽风风道，设置多个燃尽风喷口，并在燃尽风喷口上下位置各设置一个处于常开状态的喷口，用来加大燃尽风的可调性和燃尽风的风量。通过加装两层燃尽风风道可以实现燃料分级燃烧。第一阶段所有燃料(包括燃料未完全燃烧的生成的可燃物)在燃烧过程中，给予氧元素少于需求氧元素，这样做的好处在于燃烧过程绝大部分氧元素都被掠夺生成CO2和H2O，N元素无法抢到，从而抑制了NOx的生成；第二阶段为了避免贫氧状态下的燃烧不充分，避免能源浪费，在燃尽区域再补一次热空气助燃，帮助充分燃烧，此时空气过量，并且炉膛温度不会提高多少，从而抑制了NOx的生成量。

3) 对燃烧器、燃尽风风箱、水冷壁的改造。三者均采取护板连接的形式，在燃烧器上下的位置加装梳形板，整体安装燃烧器及燃尽风风箱，吊架弹簧保持不变，将烧器吊杆更换，更换全部的保温材料，其形式为硅酸铝板外加化妆铁皮。

2 进行低氮燃烧器改造后的运行情况

由图1可知，燃煤锅炉经过低氮燃烧器的改造之后，主汽温度有所升高比改造前提高了2 ℃。原因在于总风量保持不变的情况下，增加燃尽风的量，二次风的凤速降低，上二次风压粉的作用必然减弱。另外，在三次风处釆用了上下两个喷口，使三次风流通面积增大许多，三次风速也得到降低，促使炉膛内火焰的中心位置上移，主汽温度便提高了升高。

图1 改造前后主汽温度的对比

由图2可知，飞灰可燃物的量明显减少，由4.4%下降到2.6%。其原因是由于采用浓淡燃烧器的上、下一次风形式，在喷燃器出口形成三高区，即高氧量、高温、高浓度。一方面使燃料更容易完全燃烧，另一方面有利于实现锅炉燃烧的稳定性。和未改造前相比，燃料更容易充分燃烧，所以飞灰可燃物明显下降。

图2 改造前后飞灰可燃物的对比

由图3可知，锅炉效率得到提高，锅炉效率由之前的92.1%提高到94%，提高了1.9%。主要是燃料得到了充分的燃烧。

图3 改造前后锅炉效率的对比

由第119页图4可知，NOx的排放量下降量明显，由600 mg/m3下降到287 mg/m3，下降了313 mg/m3，脱硝率为52%，达到了预期的效果，减少了对环境的污染。

3 锅炉尾部受热面的改造

锅炉尾部受热面的改造主要是因为锅炉尾部的设备布置太过紧凑，没有加装脱硝设备的空间。因此根据加装单层SCR的需要，进行了调整。

图4 改造前后NOx的对比

4 加装单层SCR

SCR系统主要包括反应器、喷氨格栅、尿素计量分配块、催化剂、热解系统、稀释风系统、尿素溶液存系统和尿素溶解系统。工艺流程如图5所示。

图5 SCR图工艺流程

SCR系统采用喷喷氨的方式进行氮化物的还原。加装后运行一段时间，采集了相关数据并进行了数据分析，其结果如：

从图6中可以看出，排烟系统增加SCR反应器后，NOx的排放量从287 mg/m3下降到180 mg/m3，SCR反应器的脱硝率为37%。整个电厂的NOx的排放量改造前后变换更为明显，由改造前的600 mg/m3下降到改造后的180 mg/m3，设备总的脱硝率达到了为70%，达到了改造的初衷，为相同设备的改造提供了参考价值。由于设备还处于测试阶段，设备效率还有提高的空间。

从图7中可以看出，飞灰可燃物的变化不是很明显，其值基本稳定。原因是由于喷氨后不会对热风温度产生影响，也没有影响到锅炉内的燃烧。

图6 SCR改造前后NOx的对比

图7 改造前后飞灰可燃物的对比

5 结语

通过对原有电厂采用低氮燃烧器脱硝加单层SCR脱硝的改造方法，即可以保证有效的脱硝率，又能保证改造费用不会很高。取得了良好的经济价值和社会价值，为同类型的电厂脱硝改造提供了宝贵的经验。