李建星

（華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

0 引言

我國經濟正處于快速發(fā)展過程中，電力需求量也在不斷增加。在眾多的發(fā)電廠中，火力發(fā)電廠所占比例最大。因此也導致了煤炭的用量只增不減，空氣中的氮氧化物、粉塵、硫氧化物等大氣污染物也隨之增加，大氣污染治理一直備受關注，但依舊存在很多問題。除了政府干涉治理之外，火電廠在發(fā)電時也要把這個問題納入考慮之中。隨著除塵設備和脫硫脫硝裝置在火電廠的全面應用，空氣污染情況得到一些改善，可是仍然不能從根本上解決。近年來，脫硝裝置在火電廠中的投入已經是硬性指標，在火電廠中必須使用，否則就會被追究法律責任。目前脫硝技術的研究已納入我國環(huán)境保護中的重要內容[1-2]。

1 火電廠脫硝背景

據(jù)統(tǒng)計，2008年我國的氮氧化物排放量高達2000萬噸，排名世界第一。有專家預測，氮氧化物的排放量還會持續(xù)增加，到2020年將突破3000萬噸。這樣龐大的數(shù)字也給我國環(huán)境保護組織敲響了警鐘，我國的大氣環(huán)境質量將受到嚴重的威脅。

氮氧化物包括很多種，其中最重要的兩種污染物是一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物會對人體健康造成傷害，誘發(fā)疾病，且在大氣中持續(xù)存在將造成二次污染。氮氧化物的大量排放會在空氣中形成酸雨和光化學煙霧，對臭氧層造成破環(huán)，嚴重損害生態(tài)環(huán)境。隨著經濟的發(fā)展，我國的氮氧化物排放量逐漸上升，酸雨中的成分不斷變化，已經出現(xiàn)硝酸和硫酸混合型酸雨，我國面臨嚴重的酸雨污染狀況。

氮氧化物主要產生于工業(yè)、機動車和火電廠。火電廠的煤炭燃燒產生的氮氧化物排放量比例最高。由于火力發(fā)電是我國電力的重要組成部分，因此，火電裝機容量會出現(xiàn)增長，氮氧化物排放量在短時間內是無法減少的，甚至更多是處于增長水平[3]。

2 火電廠脫硝技術發(fā)展

火電廠的氮氧化物排放控制手段包括：嚴格控制燃燒過程中生成的氮氧化物容量，是一種低氮燃燒技術；另一種是對煤炭燃燒后產生的氮氧化物進行處理，指煙氣脫硝技術。煙氣脫硝技術又包括了選擇性催化還原法（SCR技術）和低負荷脫硝技術，除了這兩種之外，還有活性炭吸附法、微生物吸收法，等等。

2.1 低氮燃燒技術

燃料在燃燒時生成氮氧化物，然后人為地進行燃燒技術改進來實現(xiàn)氮氧化物的生成量和排放量控制，該技術被叫作低氮燃燒技術。低氮燃燒技術包括了三個方面的內容：分別是低氮燃燒器、空氣燃燒技術以及燃料燃燒技術。根據(jù)火電廠中新引進的火電機組規(guī)范，都要安裝低氮燃燒設備，在傳統(tǒng)的火電機組的脫硝設備改造中，將鍋爐爐壁進行修改，就能實現(xiàn)低氮燃燒技術。低氮燃燒技術有兩項重要的內容：第一，它可以使用單項技術或者運用多項技術組合；第二，該技術的脫硝效率最大能夠達到50%，技術工藝較為成熟，設備運行和投資成本費用較低[4]。

2.2 選擇性催化還原法

SCR催化還原技術是指在選擇性催化劑的作用下實現(xiàn)氮氧化物轉換的化學反應，出口煙氣中的二氧化氮會通過化學反應轉換為氮氣和水，從而達到出口煙氣中二氧化氮排放量減少的技術。應用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑（345～590 ℃）、低溫催化劑（80～300 ℃）以及中溫催化劑（260～380 ℃），催化劑種類不同，反應溫度也有所差別。如果化學反應溫度較低，選用的催化劑活性也較低，會造成煙氣脫硝效率有所下降，同時催化劑長時間處于低溫工作狀態(tài)會影響催化劑的相對活性。而化學反應溫度偏高，容易造成催化劑氧化，還會使催化劑材料發(fā)生改變，催化劑失活或者活性降低。近年來，國際上的SCR還原裝置多使用耐高溫催化劑，反應溫度在 315～400 ℃左右。

催化劑的選擇與SCR脫硝裝置的結構也有密切聯(lián)系。SCR的結構有三種：一是位于煙氣脫硫除塵之后(尾部法)、二是安裝在鍋爐后方（高塵法）、三是處于電除塵器與空氣預熱器之間（低塵法）。高塵布置時SCR反應裝置處于省煤器與空氣預熱器之間，而它們之間的溫度是300～430℃，此溫度是普通催化劑的最合適溫度，當煙氣通向SCR反應裝置后，不需要再進行加熱，反應裝置的運行成本較低。低塵布置法通過降低煙塵對反應催化劑的化學作用，從而避免催化劑出現(xiàn)堵塞，盡可能地提高催化劑的壽命。但是低塵布置法須使用電除塵器。尾部布置法中SCR安裝在煙氣除塵脫硫后方，需要加熱系統(tǒng)來滿足煙氣催化劑的溫度要求，投資成本高。因此，在SCR催化還原裝置中，高塵布置法是首選[5]。

3 國內外SCR技術現(xiàn)狀研究

當前，我國的火電廠已經開始大規(guī)模的安裝SCR催化劑還原裝置，以達到大面積降低氮氧化物排放量的目的。但就目前火電廠中正在運行的SCR還原裝置來說，它的機組省煤器排煙效果會受到溫度的影響，負荷將低至50%，排煙溫度達不到催化劑的最低運行溫度，造成脫硝效果降低[6]。因此，有必要對市面上正在運行的SCR脫硝還原裝置進行完善和創(chuàng)新，主要是通過控制選擇性催化劑的還原反應器釋放的煙氣溫度，從而確保煙氣溫度范圍能夠在催化劑所需溫度區(qū)間內，實現(xiàn)鍋爐的氮氧化物排放量達標。并同時使得還原催化劑的壽命得以延長，有效降低催化成本。

4 低負荷脫硝技術介紹

鍋爐低負荷工作條件下，為了實現(xiàn)省煤器煙氣溫度的上升，有以下幾種方案供參考。

4.1 鍋爐水混合提溫法

鍋爐水混合提溫法主要是采用鍋爐水加熱的辦法來增加省煤器的煙氣溫度，這個方案已經在火電廠運行，有經驗積累，運行效果有據(jù)可依。

4.2 多級省煤器脫硝

省煤器分級是通過改變省煤器的結構布置來實現(xiàn)多級省煤器運行，然后把將改裝過的省煤器安裝在SCR還原裝置的煙氣出口位置，但是改裝過后的多級省煤器由于規(guī)模過大，火電廠的場地無法滿足要求，因此，多級省煤器還沒有應用到實際的脫硝反應器中。

4.3 省煤器旁路脫硝技術

省煤器旁路脫硝技術指的是從省煤器的煙氣出口側或者給水側設置旁路，在低負荷時，一部分溫度高的出口煙氣會向煙氣旁路流通，另外一些鍋爐給水往水側旁路流出，如此一來，能夠使得出口煙氣的溫度提到提高，可以滿足SCR還原裝置的運行要求 。省煤器旁路脫硝技術的設計方案效果良好，在工程中已經有應用。

4.3.1 省煤器水旁路改造

省煤器水旁路改造是指在一些省煤器供水管中增加旁路設置，在低負荷脫硝時，能夠有效減少供水量，實現(xiàn)省煤器煙氣溫度的升高。此方案需要進行修改的內容是：① 通過給省煤器給水管道安裝補償器，再安裝手動閥門裝置；② 對省煤器給水管道進行部分改造；③ 要對水旁路管道進行定期的檢修、維護，尤其要設置鋼架結構、欄桿；④ 在省煤器給水旁路裝置中設置控制和照明系統(tǒng)，保證工作人員在施工時的安全。

4.3.2 省煤器煙氣出口旁路

省煤器煙氣出口旁路只需將省煤器中一些高溫煙氣加熱省煤器的出口煙氣，因此僅對一些鍋爐尾部框架和省煤器給水管道實行改造即可。方案內容包括：① 在省煤器的煙氣旁路管道上調節(jié)擋板門，調整補償器和導流板系統(tǒng)；② 改造鍋爐尾部鋼架結構、欄桿和檢修平臺；③ 檢查省煤器煙氣旁路的電氣和照明系統(tǒng)；④ 完善省煤器煙氣旁路控制系統(tǒng)；⑤ 檢修省煤器煙氣旁路的壓縮空氣、保溫、排灰等輔助系統(tǒng)；⑥ 檢查其他的空氣壓縮和汽水管道裝置。以下是省煤器旁路在煙氣脫硝中的應用，如圖1所示為煙氣脫硝流程圖。

5 低負荷脫硝技術的經濟、安全內容分析

5.1 省煤器煙氣旁路安裝擋板

圖1 煙氣脫硝流程圖Fig.1 Flue gas denitration flow chart

省煤器煙氣旁路安裝擋板，能夠很大程度上將SCR還原脫硝裝置的出口煙氣溫度不高的問題進行有效解決，但是，這種安裝擋板的方式會進一步提高火電廠投資運行的資金，在SCR裝置正常工作情況下，安裝的旁路擋板需要長時間處于高溫煙氣環(huán)境中，增加了故障發(fā)生的頻率，一旦擋板出現(xiàn)問題，鍋爐運行受到影響，在問題沒有處理之前，不能在進行煙氣脫硝。所以這種方案不是最佳的方法[8]。

5.2 調整磨煤機制粉層次

低負荷脫硝過程中，需要調整磨煤機的制粉層次，盡可能地把制粉層次移動，使爐膛火焰中心被增高，出口煙氣溫度也會被提高，溫度可以達到8 ℃，升溫效果明顯。但是制粉層次如果經常調整會造成鍋爐內氣溫變化太大，會留下安全隱患，因此也不是理想的解決辦法[9-10]。

5.3 停止鍋爐吹灰

停止鍋爐吹灰能夠短時間內提高低負荷機組的SCR反應器出口溫度，但鍋爐管壁會出現(xiàn)機會嚴格、甚至結焦的現(xiàn)象，給機組安全運行帶來障礙。考慮到機組高負荷段的排煙情況，這種方式會導致排煙損失過大，火電廠的運行經濟性能受到影響，違背了低負荷脫硝技術的相關原則，因此不建議使用。

5.4 調整磨煤機出口煙氣溫度

火電機組在進行低負荷工作過程中，可以通過調整磨煤機的出口煙氣溫度來增強脫硝效果，這個辦法操作上較為簡單，但實際的脫硝效果并不顯著，并且磨煤機出口煙氣溫度一旦出現(xiàn)降低，會造成嚴重的燃煤損耗，有很大的負面影響。

5.5 增加鍋爐風量

火電廠低負荷脫硝時，可以適當增肌鍋爐的風量，對SCR還原脫硝裝置的出口煙氣溫度提高有重要的作用，雖然鍋爐風量增加，但排煙損失也隨之增加。同上述幾種方法進行比較后，可以得知這項操作簡單，且只在低負荷脫硝期間使用，適用性強[11]。

6 結語

火電廠在運行期間既需要承擔排放指標的重任，又處于低負荷運行的重要階段，所以SCR脫硝技術的不斷升級和完善，能夠保證低負荷脫硝系統(tǒng)的正常運行，低負荷脫硝技術的氮氧化物超低排放將成為大勢所趨。