浅谈火电厂氮氧化物排放的控制措施

商桐友

【摘 要】近年来，随着工业化进程的发展，大气污染问题日益严重。氮氧化物（NOx，包括NO和NO2）是对大气造成污染的来源之一。论文以某电厂5#炉为研究背景，主要介绍低氮燃烧技术和选择性催化还原技术，对于火力发电厂等排污企业降低NOx排放有一定的参考价值。

【Abstract】In recent years， with the development of industrialization， air pollution problem has become increasingly serious. Nitrogen oxides （NOx， including NO and NO2） are one of the sources of pollution to the atmosphere. The paper takes the 5# furnace of a power plant as the research background， and mainly introduces low-nitrogen combustion technology and selective catalytic reduction technology. It has certain reference value for reducing the emission of NOx by sewage enterprises such as thermal power plants.

【关键词】脱硝;氮氧化物;火电厂;调整

【Keywords】denitration; nitrogen oxides; thermal power plants; adjustment

【中圖分类号】TE991.1                                            【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069 （2020） 01-0039-02

1 低氮燃烧技术工作原理

低氮燃烧技术通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低氮氧化物的生成量。通过调节燃烧温度、风量配置、还原反应时间等方法来抑制氮氧化物的生成。该机组配置20只径向浓淡低NOx旋流煤粉燃烧器，在炉膛前后墙煤粉燃烧器上部增设一层SOFA（燃尽风）燃烧器。前后墙SOFA采用与主燃烧器风箱一致的两侧进风形式，并布置四只SOFA风门，每层SOFA喷嘴采用挡板调节风量，运行时SOFA燃烧器的风量占锅炉入炉总风量的20%，从而达到降低炉内NOx生成的目的[1]。

燃烧器中燃烧空气被分为：中心风、一次风、内二次风和外二次风。如图1所示。

这样的结构形式将一次风分成浓淡两相，浓相处于高温、高煤粉浓度、高还原性气氛区域，利于煤粉的初期着火并抑制NOx的生成。中心回流区的存在同时还增加了浓煤粉在中心回流区的驻留时间，即增加了还原反应时间，进一步抑制NOx的生成。径向浓淡旋流煤粉燃烧器可以使煤粉适时着火，保证了煤粉的燃尽时间。由于加装SOFA喷口，主燃区烟气流量减小，导致炉膛截面烟气流速降低，进而延长了煤粉在炉膛内的停留时间，有助于控制NOx生成和促进煤粉的燃尽。

2 选择性催化还原技术（SCR）工作原理

选择性催化剂还原脱硝技术是在一定温度作用下，还原剂有选择性地将NOx转化为氮气（N2）和水（H2O）。还原剂有多种选择，可以是氨、尿素、碳氢化合物等。一般在燃煤电厂选择氨作为还原剂，其脱硝化学反应式为：

其中式（1）和（3）是主要的反应过程，因为烟气中95%以上NO是以NO形式存在。在反应过程中，NH3选择性的和NO反应生成无二次污染的N2和H2O随烟气排放。

3 SCR脱硝装置性能考核试验结果

安装3层催化剂，NOx排放浓度不超过50mg/Nm3，性能考核试验时的脱硝效率不低于87.5%。在催化剂质量保证期期满之前，脱硝效率不低于80%。在性能考核试验时，烟气脱硝SCR系统的整体阻力不大于750Pa，其中两层催化剂设计阻力为500Pa，现在安装备用层催化剂后的脱硝系统阻力不大于1000Pa。脱硝系统整套装置的可用率在正式投产后每年不小于98%。

机组脱硝氨逃逸及NOx性能数据，试验结果如表1所示。

试验中高、中、低负荷均满足脱硝效率不低于80%，NOx排放浓度不超过50mg/Nm3的性能保证值。

4 机组SCR脱硝装置喷氨优化措施

为积极响应公司节能降耗和提质增效的号召，运行部组织专业技术人员对氮氧化物的控制措施进行了深入研究，通过分析各负荷段不同制粉系统运行方式和负荷变化时的数据，总结出通过运行调整实现对SCR出口氮氧化物浓度精准控制的目的。

4.1 烟气的优化调整

在满足NOx脱除率、氨逃逸率的性能保证条件下，SCR系统设计最低连续运行烟温315℃，最高连续运行烟温420℃。SCR反应器入口低于315℃时，应停止喷氨。控制SCR反应器前烟温不大于450℃。

4.2 喷氨量的优化调整

根据锅炉负荷、燃料量、SCR入口NO浓度和出口NO浓度调节喷氨量。受喷氨反应区浓度分布不均、喷氨调门特性差等因素影响，在负荷变动比较大时，调整人员根据喷氨调门动作情况和SCR反应器出口NOx浓度值及时人工干预喷氨调门动作，修正调节幅度。若SCR出入口差压超过750Pa，应增加吹灰频率，直至差压正常，否则应停止喷氨。

4.3 稀释风流量的优化调整

根据脱硝效率对应的最大喷氨量来设定稀释风流量，使氨/空气混合物中的氨体积浓度小于5%。在氨、空气混合器内，氨与空气应混合均匀，并维持一定压力。每侧稀释风量不低于3200Nm3/h。

4.4 制粉系统运行方式的优化

机组正常运行时，保持下层制粉系统长期运行。下层磨煤机运行比上层磨煤机运行SCR 入口氮氧化物浓度更低。在保证磨煤机运行正常的情况下，同时煤质灰熔点较高，不容易在喷燃器口结焦时，尽量降低一次风压，可以有效降低脱硝SCR入口氮氧化物浓度。

4.5 燃尽风开度的调整优化

为适应负荷变化，应及时调整SOFA风挡板开度，保证燃烧区域高温低氧，燃尽风区域低温富氧，减少NOx的生成。通过燃尽风优化调整试验，SOFA风门挡板开度（H层20%，I層，G层开度均在70%）与全关G层SOFA挡板，全开I、H层SOFA风门挡板相比，脱硝装置喷氨量减少了14.13kg/h。负荷变化时，依据SCR入口氮氧化物浓度，及时调整SOFA风挡板开度。

4.6 氧量的调整优化

低负荷时氧量稍高利于锅炉燃烧稳定，高负荷时氧量稍低利于降低风机电耗。在保证锅炉燃烧稳定前提下，维持合适的氧量利于降低NOx的生成。500MW负荷以上氧量维持在3.0%左右，400～500MW负荷氧量维持在3.5%左右，350～450MW氧量维持在4.0%，300MW负荷以下氧量维持在4.5%左右。

4.7 吹灰的调整优化

脱硝区域采用声波吹灰器定期吹灰，蒸汽吹灰器作为备用。试验证明，为保证脱硝区域吹灰效果最佳，制定以下吹灰运行方式：同层相邻2台声波吹灰器为一组，反应器两侧相对的2台吹灰器为一组，组内同时发声清灰。每组声波吹灰器吹灰时发声10s，间隔40s下一组开始发声。

4.8 严格控制煤质

受煤炭市场供应紧张的影响，电厂采取掺配掺烧的方式降低发电成本。很多时候煤源不稳定，达不到设计煤种的要求。通过试验发现入炉煤灰份高，烟气含尘量增加，同等负荷时维持会增加喷氨量，不利于氮氧化物的控制。因此，要严格控制入炉煤灰份尽量不超过设计值。

5 结语

通过优化运行调整和控制入炉煤质，在没有其他技改投入情况下大幅降低了喷氨量，出口氮氧化物调节品质明显改善实现。在保证环保指标的前提下，实现了节约氨气和防止空气预热器堵塞的安全经济运行。对推动火电厂在绿色环保、高效节能的道路上持续发展具有重要意义。

【参考文献】

【1】杨永河.降低脱硝SCR入口氮氧化物浓度的技术措施[J].热电技术，2018（3）：26-29.