趙玉

摘 要：燃煤電廠是造成氮氧化物（主要是NO、NO2以及少量的N2O等， 統(tǒng)稱為NOx）排放的主要來(lái)源之一，其為形成酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧和PM2.5的主要前體物質(zhì)。與碳?xì)浠衔锬苄纬晒饣瘜W(xué)煙霧危害環(huán)境，NOx亦參與臭氧層的破壞。為滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求， 我國(guó)燃煤火電廠在十二五期間，大多完成了煙氣脫硝裝置的建設(shè)工作并實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行。文章針對(duì)韶關(guān)電廠10、11號(hào)機(jī)組W火焰爐的煙氣脫硝改造設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了研究，其結(jié)果可為相同爐型應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；W火焰爐；SCR法煙氣脫硝技術(shù)；選型；布置優(yōu)化

中圖分類號(hào)：X77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）21-0177-02

1 概 述

NOx是產(chǎn)生酸雨、光化學(xué)煙霧、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞的主要前驅(qū)物，這也是導(dǎo)致我國(guó)霧霾頻發(fā)的根本原因之一[1]。國(guó)務(wù)院于2013年9月10日發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》來(lái)推進(jìn)大氣污染防治工作[2-3]。

為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的霧霾問(wèn)題，2014年6月7日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《能源發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃（2014-2020年）》，同時(shí)國(guó)家多部委也聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃（2014-2020年）》，就煤電節(jié)能減排提出了新的要求和升級(jí)改造“時(shí)間表”，同年，中國(guó)開(kāi)始執(zhí)行火電大氣污染排放新標(biāo)準(zhǔn)，NOx的排放限值降為50 mg/m3[4-7]。

由此可見(jiàn)，隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，NOx減排將依然是我國(guó)“十三五”期間的工作重點(diǎn)。為充分落實(shí)廣東省環(huán)境保護(hù)廳粵環(huán)【2011】3號(hào)文精神，同時(shí)把韶關(guān)電廠建設(shè)成“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”綠色環(huán)保型電廠，韶關(guān)發(fā)電廠開(kāi)展了在運(yùn)的10、11號(hào)機(jī)組的煙氣脫硝改造工作。

2 煙氣脫硝工程概況

韶關(guān)發(fā)電廠10、11號(hào)機(jī)組為2×300 MW燃煤機(jī)組，其中鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-II15型W火焰爐，為亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐， 雙拱型單爐膛，W形火焰，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，輕油點(diǎn)火的燃煤鍋爐。

10、11號(hào)機(jī)組爐后設(shè)有空預(yù)器和送風(fēng)機(jī)構(gòu)架，該二處構(gòu)架采用鋼框架結(jié)構(gòu)，原有構(gòu)架的地下基礎(chǔ)為：

10號(hào)機(jī)為天然承臺(tái)鋼筋混凝土基礎(chǔ)，11號(hào)機(jī)為沖孔樁鋼筋混凝土基礎(chǔ)，該二處的結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)未預(yù)留脫硝SCR反應(yīng)器及相關(guān)平臺(tái)的荷載[2]。

為了確保煙氣脫硝工程的有效實(shí)施及實(shí)現(xiàn)氮氧化物的減排，進(jìn)行了充分的考察調(diào)研，韶關(guān)發(fā)電廠最后確定采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，催化劑層數(shù)按“2+2”模式布置，初裝2層預(yù)留2層；每套脫硝裝置均根據(jù)處理煙氣量為100%、脫硝效率不低于90%和其他工況條件下進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

3 SCR 煙氣脫硝技術(shù)原理及工藝系統(tǒng)

3.1 技術(shù)原理

本工程采用高灰型選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術(shù)，氨（NH3）作為還原介質(zhì)， 主要由供氨與噴氨系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、煙氣管道與電氣控制系統(tǒng)等組成。

反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口與空氣預(yù)熱器入口之間，來(lái)自鍋爐省煤器的熱煙氣在進(jìn)入SCR反應(yīng)器前，位于SCR反應(yīng)器的上游煙道中噴入氨（NH3）， 使氨與煙氣充分均勻混合后進(jìn)入反應(yīng)器。

氨在催化劑的作用下，在有氧氣的條件下選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)， 將NOx轉(zhuǎn)換為無(wú)害的氮?dú)猓∟2）和水蒸氣（H2O）。

根據(jù)設(shè)計(jì)，在催化劑化學(xué)壽命期內(nèi)，在布置兩層催化劑的條件下，每套脫硝裝置脫硝效率均不小于80%；在布置三層催化劑的條件下，每套脫硝裝置脫硝效率均不小于90%。

SCR反應(yīng)器內(nèi)的主反應(yīng)過(guò)程為：

4NO+4NH3+O2 催化劑 4N2+6H2O

6NO2+8NH3 催化劑 7N2+12H2O

NO+NO2+2NH3 催化劑 2N2+3H2O

3.2 工藝系統(tǒng)

煙氣經(jīng)SCR裝置入口補(bǔ)償器、AIG噴氨格柵、反應(yīng)器入口補(bǔ)償器，然后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)（無(wú)旁路煙道），還原劑（氨）在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)，從而去除煙氣中的NOx。經(jīng)處理后的煙氣直接進(jìn)入鍋爐空預(yù)器內(nèi)。

本工程每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器的截面尺寸為13.9 m×7.95 m，每臺(tái)脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)成2+2層催化劑布置方式，其中下面2層為預(yù)留層。每層含有7×8個(gè)催化劑模塊。模塊之間和與反應(yīng)器壁之間采用密封板密封。

可以通過(guò)模塊化的催化劑結(jié)構(gòu)來(lái)保證催化劑的結(jié)構(gòu)始終處在相同的規(guī)格下，并且還可以通過(guò)該方式來(lái)體現(xiàn)出其互換性的特點(diǎn)，控制催化劑反應(yīng)時(shí)間。催化劑選型過(guò)程中，工作人員要關(guān)注燃料微量元素作用特性，避免因?yàn)槲⒘吭氐挠绊懀瑢?dǎo)致出現(xiàn)催化劑中毒等問(wèn)題。

在添加新催化劑之前，要對(duì)催化劑的體積進(jìn)行明確，保證催化劑的體積可以滿足脫硝要求，控制氨逃逸率，提升工作安全性。催化劑模塊可以通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，提升運(yùn)輸、安裝以及起吊等多方面的工作效率。煙氣是可以和氨氣相互作用的，通過(guò)混合的形式到達(dá)反應(yīng)器中。而工作人員要在反應(yīng)器入口的位置設(shè)置一些可以讓氣流比較均勻分布的裝置。反應(yīng)器的主要構(gòu)成因子包含入口氣流均布裝置、催化劑支撐梁以及密封板等。在反應(yīng)器內(nèi)部空間，還要通過(guò)還原劑等對(duì)煙氣當(dāng)中的氮氧化物進(jìn)行處理，使其生成氮?dú)庖约八瑴p少氣體中NOx的含量[3]。

4 脫硝裝置設(shè)計(jì)與布置

工程設(shè)計(jì)立足于現(xiàn)階段煙氣排放達(dá)標(biāo)，兼?zhèn)洵h(huán)保政策發(fā)展應(yīng)變空間之需。韶關(guān)發(fā)電廠10、11號(hào)（2×300 MW）燃煤機(jī)組為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-II15型W火焰爐，與四角切圓爐相比，W火焰爐較因其爐溫偏高，爐內(nèi)自身產(chǎn)生的氮氧化濃度也相對(duì)偏高，同容量機(jī)組，韶關(guān)電廠在低氮燃燒改造前，煙囪的

NOx濃度高達(dá)900 mg/m3，四角切圓鍋爐的NOx濃度處于600 mg/m3左右。要采用高灰型選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝。 NOx煙囪出口濃度低于100 mg/m3；即便是目前廣東省環(huán)保廳提出的近零排放的標(biāo)準(zhǔn)下，韶關(guān)電廠的脫硝系統(tǒng)在安裝四層催化劑，同時(shí)調(diào)整燃燒器，則完全可以達(dá)標(biāo)排放，該系統(tǒng)的輔助設(shè)施及管道閥門均留有足夠的空間[4]。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)還針對(duì)省煤器出口處條件所限不能設(shè)灰斗的情況下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用縮短水平段減少積灰。本工程SCR裝置為高含塵布置，加裝SCR裝置后，入口水平段較短，不設(shè)灰斗，利用省煤器出口水平煙道下部的省煤器灰斗進(jìn)行排灰，可以減少進(jìn)入反應(yīng)器中煙塵濃度及大顆粒灰進(jìn)入反應(yīng)器幾率，防止催化劑的堵塞。

同時(shí)，SCR出口煙道設(shè)計(jì)成16 °的傾斜角度，經(jīng)過(guò)計(jì)算和物模試驗(yàn)，即便是機(jī)組在最低穩(wěn)燃負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)行，該傾斜煙道底部形成積灰也非常少，煙道內(nèi)煙氣流速約為15 m/s，能夠?qū)⒎e灰攜帶走不堆積在煙道內(nèi)。

因此脫硝出口煙道不會(huì)因?yàn)榇罅糠e灰而對(duì)下游空預(yù)器的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，從而省卻了省煤器出口灰斗的建設(shè)成本以及今后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用[5]。

脫硝裝置SCR反應(yīng)器區(qū)的布置主要是脫硝反應(yīng)器的布置。

脫硝反應(yīng)器布置在10、11機(jī)組爐后原有送風(fēng)機(jī)支架上方。在原有的支架上新建鋼結(jié)構(gòu)用于支撐反應(yīng)器并根據(jù)檢修和維護(hù)的要求設(shè)置相應(yīng)的平臺(tái)扶梯。

脫硝區(qū)域布置根據(jù)工藝方案，結(jié)合場(chǎng)地條件，緊湊布置，主要設(shè)施有SCR反應(yīng)器、SCR區(qū)CEMS小間等。這樣的布置使整個(gè)脫硝反應(yīng)器區(qū)與周圍區(qū)域緊密結(jié)合形成一個(gè)完整的區(qū)域，有利于工程實(shí)施，并滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

5 安裝SCR后投運(yùn)后的脫硝效率和減排效果

經(jīng)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行顯示，安裝SCR脫硝裝置后的脫硝效果后脫硝效率達(dá)到80%以上，出口濃度低于100 mg/m3， 滿足了時(shí)段要求，同時(shí)減排效果明顯，見(jiàn)表1。

說(shuō)明：脫硝設(shè)備年利用小時(shí)按5 500 h，脫硝效率按80%考慮。同時(shí)表2數(shù)據(jù)為1臺(tái)鍋爐的減排數(shù)據(jù)，按2臺(tái)鍋爐計(jì)算，每年可減排氮氧化物10 626 t，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量的改善具有明顯的貢獻(xiàn)。在經(jīng)濟(jì)效益方面，按氮氧化物排污費(fèi)0.6元/kg·計(jì)，初步估算每年可節(jié)省約637萬(wàn)元。因此該工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均十分可觀。

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