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火電廠脫硝超低排放分析
述了我國(guó)火力發(fā)電對(duì)超低排放的現(xiàn)狀,，概述了煙氣脫硝的必要性和緊迫性。介紹了我國(guó)煙氣脫硝的發(fā)展歷程,，結(jié)合我廠實(shí)際論述了脫硝不同工藝類型及其優(yōu)缺點(diǎn),。分析探討了我廠1-7號(hào)機(jī)組脫硝超低排放的改造情況及其效果。
近些年我國(guó)加大了新能源發(fā)電的研發(fā)和建設(shè)力度,，但在我國(guó)火力發(fā)電仍然占據(jù)并將長(zhǎng)期占據(jù)發(fā)電的主導(dǎo)地位,。隨著我國(guó)空氣污染的加劇,，作為污染的大戶，國(guó)家對(duì)火力發(fā)電企業(yè)施行了*zui嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),。氮氧化物作為空氣污染的主要污染物,，我廠也在2012年逐步投入了脫硝系統(tǒng)，并在2015年啟動(dòng)了脫硝超低排放的改造,，同步進(jìn)行了尿素直噴改造以降低機(jī)組的電耗,，做到環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。一,、SCR脫硝技術(shù)
一,、SCR脫硝工藝
由于爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)的局限性，使得NOx的排放不能達(dá)到國(guó)家對(duì)排放的要求,，為了進(jìn)一步降低NOx的排放,，必須對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硝處理。在眾多脫硝方法當(dāng)中,，SCR脫硝工藝以其脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、無(wú)副產(chǎn)品、運(yùn)行方便,、可靠性高,、脫硝效率高、一次投資相對(duì)較低等諸多優(yōu)點(diǎn),，在日本和歐美得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。我廠也從2012年開(kāi)始逐漸投用SCR脫硝系統(tǒng),，并且取得了不錯(cuò)的效果,。
我廠脫硝采用NOx燃燒器改造+SCR脫硝設(shè)計(jì)方案。SCR裝置主要由煙氣系統(tǒng),，SCR催化反應(yīng)器,，尿素?zé)峤饧鞍睔鈬娚湎到y(tǒng)，相應(yīng)的管道及維護(hù)平臺(tái),；氨氣輸送管道的連接等部分組成,。脫硝還原劑為尿素，還原劑制備按采用尿素?zé)峤夥ㄖ苽浞桨冈O(shè)計(jì),。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)按每臺(tái)爐配置設(shè)計(jì),。通過(guò)向反應(yīng)器內(nèi)噴入脫硝反應(yīng)劑氨氣，將NOx還原為氮?dú)?。由于此還原反應(yīng)對(duì)溫度較為敏感,，故需加入催化劑，以滿足反應(yīng)的溫度要求,，增強(qiáng)反應(yīng)活性,。催化劑共三層,，其中一層備用。
尿素制備熱解系統(tǒng)包括：尿素儲(chǔ)倉(cāng),、干卸料,、螺旋給料機(jī)、尿素溶解罐,、尿素溶液儲(chǔ)罐,、溶液循環(huán)泵、供液泵,、計(jì)量和分配裝置,、背壓控制閥、絕熱分解室（內(nèi)含噴射器）,、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)等,。帶噴射器組的熱解室的熱空氣來(lái)源為熱一次風(fēng)，并配備電加熱系統(tǒng)?θ紉淮畏緗?行加熱升溫,。
二,、我廠運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的SCR工藝優(yōu)缺點(diǎn)
SCR脫硝工藝在是zui成熟，應(yīng)用的脫硝技術(shù),。以張電4號(hào)機(jī)組為例,，投運(yùn)以來(lái)，脫硝系統(tǒng)及裝置可用率大于98%,，SCR脫硝效率大于80%,，氨的逃逸率小于2.5mg/m3（6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%,，SCR出口濃度小于90mg/Nm3,，滿足低于100mg/Nm3的要求。
我廠運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),，脫硝設(shè)備存在電能消耗較大的問(wèn)題,，除了引起吸風(fēng)機(jī)電流增大導(dǎo)致的吸風(fēng)機(jī)電耗增大外，脫硝設(shè)備也存在較大的電耗,。4號(hào)機(jī)組脫硝廠用電率平均超過(guò)0.2%,，電耗較大。,，根據(jù)統(tǒng)計(jì),，按照每年機(jī)組安全運(yùn)行5500h計(jì)算，每年我廠為了運(yùn)行SCR系統(tǒng)損失1200-2000萬(wàn)度電量,，造成經(jīng)濟(jì)消耗400-700萬(wàn)元,。
三、脫硝超低排放改造
2015年,，我廠啟動(dòng)了機(jī)組超低排放改造,，我廠脫硝采取的方案是啟用催化劑備用層,，催化劑由原來(lái)的兩層變?yōu)槿龑樱⑶姨岣哌€原劑噴射量的設(shè)計(jì)方案,。因?yàn)橐岣哌€原計(jì)的噴射量,，所以需要對(duì)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)進(jìn)行改造，方案有三個(gè)：
*種,，將尿素溶液直接噴射到鍋爐內(nèi)的高溫?zé)煔庵羞M(jìn)行分解制取氨氣,；第二種：在原有熱解爐系統(tǒng)上利用煙氣換熱器替代電加熱器進(jìn)行改造；第三個(gè)方案就是在原有熱解爐系統(tǒng)基礎(chǔ)上將一次風(fēng)電加熱器進(jìn)行增容改造,。
以上三個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn),，方案一為*替代原尿素?zé)峤庀到y(tǒng)，原熱解系統(tǒng)電加熱器,、熱解爐,、熱風(fēng)管道系統(tǒng)、AIG設(shè)備可取消,，改造費(fèi)用zui高,。方案二系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，改造工程量大,，投資費(fèi)用較方案三高,。方案三系統(tǒng)簡(jiǎn)單，改造工程量小,，投資相對(duì)較小,。
方案一、二廠用電比較,，方案一要小,，長(zhǎng)期運(yùn)行優(yōu)勢(shì)明顯，符合電廠節(jié)能減排要求,。方案一、二相對(duì)方案三節(jié)能優(yōu)勢(shì)更加明顯,。并且,。方案一已在大唐王灘電廠技能改造中應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果,，所以我廠除8號(hào)機(jī)組采用電加熱器增容改造方案外,，其它1-7號(hào)機(jī)組均采用爐內(nèi)直噴方案代替原來(lái)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)。改造后要求SCR出口濃度低于50mg/Nm3,，在一年的實(shí)際運(yùn)行中,，實(shí)際出口濃度大部分時(shí)間低于30mg/Nm3，取得了良好的效果,，達(dá)到了氮氧化物超低排放的要求,。
四,、脫硝直噴改造
我廠原來(lái)的SCR脫硝系統(tǒng)采用尿素?zé)峤夤に嚕M(jìn)入熱解室的一次熱風(fēng)需要電加熱器進(jìn)一步的加熱,，電加熱器所需的電耗,，已經(jīng)成為成為我廠SCR脫硝工藝zui大的問(wèn)題，隨著我廠啟動(dòng)超低排放改造,，原有的電加熱器已經(jīng)不能滿足需要,，如果尿素?zé)峤馊匀徊捎秒娂訜崞鳎枰獙?duì)加熱器進(jìn)行增容改造,，電耗進(jìn)一步增大,，所以，解決尿素?zé)峤夤に囯姾拇蟮膯?wèn)題提上了日程,。
在2012年8月7日中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會(huì)組織召開(kāi)的“火電廠煙氣脫硝尿素爐內(nèi)直噴熱解制氨技術(shù)評(píng)審會(huì)”上,，脫硝尿素爐內(nèi)直噴熱解制氨這一創(chuàng)新型技術(shù)驚世亮相。評(píng)審專家組一致認(rèn)為,，“該技術(shù)屬于北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱洛卡環(huán)保）*,，是一項(xiàng)值得推廣的安全節(jié)能環(huán)保新技術(shù)”。
該技術(shù)采用高轉(zhuǎn)氨效率鍋爐尿素直噴脫硝工藝,，對(duì)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)特性進(jìn)行深入研究,，通過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)向室的流場(chǎng)模擬研究，尋找適合尿素溶液分解的區(qū)域,。與現(xiàn)有煙氣脫硝技術(shù)相比,，該技術(shù)將尿素溶液噴射器組布置在煙氣溫度為300～700℃的鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)，使得大部分尿素溶液被分解為氨氣,，到達(dá)反應(yīng)器時(shí)氨氣濃度可達(dá)到上千個(gè)ppm,，提高了尿素的利用率和脫硝效率。
而選擇在鍋爐內(nèi)直接噴射尿素溶液的方式,，可以利用鍋爐煙氣熱量對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱分解,，從而減少了傳統(tǒng)技術(shù)消耗大量高品質(zhì)能源的弊端。傳統(tǒng)的脫硝尿素?zé)峤夤に嚢蛩厝芤褐苽浜凸?yīng)裝置,、電加熱,、尿素?zé)峤庋b置等設(shè)備，設(shè)備復(fù)雜,，前期投資較大,，且能耗較大。而鍋爐內(nèi)尿素直接噴射制氨工藝技術(shù)可節(jié)省電加熱及尿素?zé)峤庋b置等設(shè)備,，進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)備,、降低尿素制氨能耗。
隨著國(guó)內(nèi)其他電廠爐內(nèi)直噴試驗(yàn)成功,，我廠為響應(yīng)節(jié)能減排號(hào)召,，2015年開(kāi)始進(jìn)行脫硝爐內(nèi)直噴改造,。我廠采用洛卡環(huán)保爐內(nèi)直噴技術(shù)，將原尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)中的電加熱器,、熱解爐全部退出備用,，不僅消除了電廠擔(dān)心脫硝系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行的隱患，還大大降低了廠用電使用率,，每年可為電廠節(jié)省600萬(wàn)元左右,。
除了降低了電耗外，本次直噴改造還解決了下列問(wèn)題：取消用于尿素?zé)峤獾腻仩t一次熱風(fēng)的消耗,；簡(jiǎn)化熱解系統(tǒng),，取消原有熱解制氨系統(tǒng)的爐區(qū)設(shè)備（電加熱器、熱解爐,、熱風(fēng)管道系統(tǒng),、AIG設(shè)備；消除尿素分解不*或低溫結(jié)晶而導(dǎo)致AIG結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn),。改造方案具有以下特點(diǎn)：
1.保留原尿素?zé)峤庀到y(tǒng),，新熱解系統(tǒng)與原系統(tǒng)不交叉，可隨時(shí)方便的進(jìn)行系統(tǒng)切換操作,；
2.新系統(tǒng)的供氨氣能力不能小于原系統(tǒng)的供氨能力,；
3.新系統(tǒng)的運(yùn)行，不能降低原SCR的各性能參數(shù)指標(biāo),；
4.新系統(tǒng)采用獨(dú)立的電源系統(tǒng),，不影響原系統(tǒng)的切換運(yùn)行；
5.新系統(tǒng)采用獨(dú)立的控制系統(tǒng),，不占用原系統(tǒng)IO模板,；
6.新系統(tǒng)的尿素溶液從現(xiàn)有計(jì)量分配裝置尿素溶液母管抽取，原尿素溶液制備系統(tǒng)及其運(yùn)行方式保持不變,。
目前,，采用爐內(nèi)直噴方案代替原來(lái)尿素?zé)峤獾?-7號(hào)機(jī)組脫硝系統(tǒng)已經(jīng)全部投入運(yùn)行。改造后的4號(hào)機(jī)組脫硝5,，6月份的廠用電率平均為0.035%,，相比改造前的超過(guò)0.2%，電耗大幅下降超過(guò)80%,，降低了機(jī)組的廠用電率，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,，取得了良好的效果,。
五、總結(jié)
火力發(fā)電作為我國(guó)電力的主要來(lái)源,，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式給我國(guó)環(huán)境帶來(lái)了極大的負(fù)面影響,。進(jìn)行煙氣脫硫,、脫硝、除塵的超低排放是燃煤發(fā)電必走的路,。脫硝在我國(guó)發(fā)展剛剛起步,，我國(guó)缺乏核心技術(shù)，主要依賴進(jìn)口,，煤電企業(yè)的選擇不多,。
煤電企業(yè)在堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，必須兼顧經(jīng)濟(jì)效益,。在生產(chǎn)中不斷摸索前進(jìn),，進(jìn)行技術(shù)改造，降低脫硝等環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行成本,，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性,。我廠將會(huì)持續(xù)關(guān)注國(guó)內(nèi)外脫硝技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，監(jiān)控我廠脫硝的運(yùn)行情況,，在堅(jiān)持超低排放達(dá)標(biāo)的情況下將經(jīng)濟(jì)效益zui大化,。