張灝龍

三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司 河南三門峽 472100

1 脫硝技術(shù)

常用的脫硝技術(shù)有石灰石-石膏法、活性炭法、干法脫硝法和濕法脫硝法。石灰石-石膏技術(shù)是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。石灰石溶劑吸收塔煙氣脫除煙氣中的硫氧化物。活性炭技術(shù)是利用活性炭材料本身具有很強(qiáng)的吸附性能來吸附煙氣中的硫氧化物。干法脫硝技術(shù)是利用催化劑促進(jìn)煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害的氮和水，達(dá)到脫硝的目的。濕式脫硝技術(shù)是通過在燃燒過程中加入水或其他具有吸附能力的物質(zhì)來吸收二氧化氮，從而降低二氧化氮濃度的技術(shù)[1]。

2 脫硝系統(tǒng)概述

某電廠2號(hào)機(jī)組為600MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界壓力、循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、前后墻對(duì)沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架直流爐。脫硝系統(tǒng)采用SCR法，設(shè)計(jì)脫硝效率可達(dá)80%，催化劑層設(shè)計(jì)為兩層運(yùn)行、一層備用，催化劑采用蜂窩型式。SCR法所用還原劑來自尿素水解反應(yīng)器加熱生成的氨氣。SCR反應(yīng)器分左右兩臺(tái)設(shè)置于省煤器出口與空預(yù)器入口之間，反應(yīng)器斷面尺寸為15150mm×11100mm，高約18800mm。脫硝CEMS系統(tǒng)采用西克麥哈克儀器有限公司的SMC-9021系統(tǒng)，脫硝入口采用SICKS710煙氣分析儀，脫硝出口采用SICKGMS810煙氣分析儀。DCS控制系統(tǒng)采用西屋控制有限公司的Symphony集散控制系統(tǒng)，包括DAS、FSSS、SCS、ECS、MCS（含F(xiàn)SCS、FSSS等）子系統(tǒng)。

3 燃煤鍋爐脫硝技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 氧化法脫硝技術(shù)

氧化脫硝是利用氧化劑將難溶于水的no氧化成易溶于水的高價(jià)NOx，如NO2、N2O3、N2O5等。然后在洗刷塔（一般為石灰石-石膏濕法脫硫吸收塔或其他濕法脫硫塔）中，利用漿液液滴將NOx吸收轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)，到達(dá)脫除NOx的意圖。氧化劑包含臭氧、過氧化氫和其他物質(zhì)?，F(xiàn)在，只要臭氧脫硝技能實(shí)現(xiàn)了工業(yè)使用?，F(xiàn)在，臭氧脫硝技能在國(guó)電石嘴山電廠的工業(yè)使用現(xiàn)已完成，SCR脫硝后的煙氣進(jìn)一步脫硝。對(duì)于鍋爐出口NOx濃度高、氨逸出量大、空氣預(yù)熱器阻塞嚴(yán)峻的燃煤電廠，該方法是對(duì)SCR技能的有用彌補(bǔ)，并能降低啟停過程中NOx的排放濃度。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)現(xiàn)已對(duì)臭氧的煙道噴發(fā)、混合方法、溫度操控、煙氣等要素的影響進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。

臭氧脫硝技能對(duì)不同價(jià)態(tài)NOx具有較高的脫硝效率（可達(dá)90%），并能進(jìn)步SO2等污染物的去除效率。它既可以作為一種獨(dú)自的脫硝技能，也可以作為傳統(tǒng)脫硝技能的有用彌補(bǔ)。氧化脫硝體系主要由臭氧發(fā)生體系、臭氧煙氣混合體系、氮?dú)饧铀庴w系和高價(jià)氮氧化物吸收體系組成。

臭氧脫硝技能一方面可以通過降低SCR效率來削減氨的逸出，進(jìn)而削減氨水硫酸氫在后續(xù)空氣預(yù)熱器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備外表的堆積。另一方面，解決了啟停和低負(fù)荷階段的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)問題。

因?yàn)橥顿Y大、能耗高的問題，臭氧脫硝技能在大型燃煤機(jī)組上的使用并不多見，在非電力行業(yè)的小型煙氣處理設(shè)施中有一定的使用。

該技能將導(dǎo)致漿液中硝酸根離子濃度大幅進(jìn)步，特別是考慮到廢水排放的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，硝酸根離子濃度將高于氯離子濃度，對(duì)設(shè)備腐蝕和脫硫效率的影響有待進(jìn)一步驗(yàn)證。怎么處理脫硫廢水中的硝酸鹽也是一個(gè)難題。現(xiàn)有的旁路煙道蒸發(fā)工藝或許導(dǎo)致硝酸鹽的分化和NOx的再生成。

3.2 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是通過改進(jìn)燃燒設(shè)備或燃燒條件，改變空氣量、燃燒空氣的溫度等方法，減少燃燒過程中低熱力型和快速型氮氧化物的產(chǎn)生量，最終使排放總量中的燃料型氮氧化物占60%-80%。通過相關(guān)控制措施，可有效降低氮氧化物的排放量，一般認(rèn)為效率可達(dá)到50%。

3.3 高分子脫硝技術(shù)

高分子脫硝技術(shù)形式類似于SNCR技術(shù)，采用脫硝劑是以固態(tài)高分子材料為主要成分的固態(tài)粉末，包括功能高分子還原材料、乳化劑、分散劑、緩釋劑、滲透劑以及由氧、鎂、鋁、硅、硫、鈣、鋇、錳和稀土元素等化合物組成的催化劑及其助劑。稀土元素增加催化活性，催化劑借助微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合載體強(qiáng)化加氫還原活性完成加氫脫硝過程，降低燃料燃燒后的廢氣中的有害氣體NOx的排放量。

3.4 高壓細(xì)水霧單流體脫硝技術(shù)（HPS-SNCR）

高壓細(xì)水霧單流體脫硝技術(shù)（HPS-SNCR）是基于SNCR的改進(jìn)方案，脫硝系統(tǒng)噴槍出口壓力大于10MPa，高速噴出的尿素溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）霧粒直徑在1-10μm，高壓使還原劑霧流兼具沖擊力、穿透性和較寬的覆蓋面，可深入爐膛中心與煙氣充分混合，反應(yīng)過程迅速完全，脫硝效率高且氨逃逸率低，脫硝效率可達(dá)80%。

3.5 SCR煙氣脫硝技術(shù)

SCR選用催化劑（首要是釩鎢鈦系）和還原劑（如NH3）在必定溫度（280-420℃）下將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。

每臺(tái)燃煤鍋爐一般有兩個(gè)出口，因而需要設(shè)置兩個(gè)SCR反應(yīng)器。布置一般坐落省煤器與空氣預(yù)熱器之間，適合的溫度范圍一般在280℃-420℃之間。溫度下限與煤的硫含量有關(guān)，溫度上限為催化劑的燒結(jié)溫度。在建電廠需要對(duì)省煤器與空氣預(yù)熱器之間的連接煙道進(jìn)行改造[2]。

在慣例規(guī)劃中，催化劑層數(shù)按2+1規(guī)劃，部分高NOx排放電廠按3+1規(guī)劃?？紤]到催化劑效率下降和磨損等因素，應(yīng)每三年替換一層催化劑?？紤]到催化劑結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，將在每層催化劑上方安裝蒸汽吹灰器或聲波吹灰器。

氨氣的來歷可分為液氨、氨水和尿素三類。液氨的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)成本較低，但液氨的運(yùn)輸和運(yùn)轉(zhuǎn)存在安全隱患?，F(xiàn)在，大多數(shù)電廠運(yùn)用尿素作為還原劑，一些城市和郊區(qū)電廠運(yùn)用氨。

SCR噴氨技能首要分為旋流混合技能和噴氨網(wǎng)格技能。前者是還原劑經(jīng)過幾個(gè)噴嘴進(jìn)入煙氣，氨氮經(jīng)過渦流板等裝置混合均勻。后者是經(jīng)過大量噴嘴將煙氣均勻注入，然后完成氨氮的均勻混合。隨著對(duì)脫硝效率和氨氮逸出量要求的不斷提高，對(duì)氨氮混合均勻性的要求也越來越高?，F(xiàn)在，火力發(fā)電廠精氨噴吹改造大多選用兩種組合技能，即分區(qū)噴氨技能、分區(qū)測(cè)量技能和渦流混合耦合技能。

現(xiàn)在，因?yàn)榘钡旌暇鶆蛐圆睿瑸楸ＷC脫硝效率，普遍存在過量注氨現(xiàn)象。實(shí)際上，脫硝裝置出口氨氣逸出率不大于3μL/L很難到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，SCR有必定的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，一般小于1%。這兩種現(xiàn)象一起發(fā)生，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器冷端氨水硫酸氫結(jié)垢和腐蝕嚴(yán)重，增加了空氣預(yù)熱器的阻力和漏風(fēng)率，甚至有的電廠呈現(xiàn)了電除塵器極線肥壯、濾袋糊、風(fēng)機(jī)葉片結(jié)垢等現(xiàn)象。

需要注意的是，SCR對(duì)NO2的去除效率較低，當(dāng)no/NO2混合比不一起，總的脫硝效率差別很大。

3.6 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化方法

該電廠通過脫硝流場(chǎng)優(yōu)化改造、氨氮一體化網(wǎng)格取樣測(cè)量裝置改造，增加外掛模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control，MPC）系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)脫硝自動(dòng)控制優(yōu)化。①通過在脫硝入口煙道中布置多組導(dǎo)流板，在水平煙道內(nèi)加裝三角形大范圍混合裝置，實(shí)現(xiàn)煙氣大范圍混合，提高脫硝煙道NOx濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)在不同負(fù)荷下的均勻性。②將渦流混合型AIG更換為格柵型AIG，從而實(shí)現(xiàn)布氨均勻性。③將脫硝出口采樣裝置改造為氨氮一體化網(wǎng)格取樣測(cè)量系統(tǒng)，改善脫硝CEMS系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果代表性。④增加MPC，預(yù)測(cè)控制是一種基于模型的控制算法，這一模型稱為預(yù)測(cè)模型。通過算力強(qiáng)大的硬件及技術(shù)先進(jìn)的預(yù)測(cè)控制軟件采集機(jī)組SCR參數(shù)并辨識(shí)，建立脫硝控制優(yōu)化模型后進(jìn)行多變量預(yù)測(cè)控制。MPC可根據(jù)模型計(jì)算獲得控制目標(biāo)的預(yù)測(cè)值，并通過不停刷新“預(yù)測(cè)值”與“目標(biāo)值”的偏差，確定“當(dāng)前值”所需要的最優(yōu)控制指令[3]。

4 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，我國(guó)的工業(yè)得到了快速的發(fā)展，但在此過程中生態(tài)環(huán)境也受到了不同程度的破壞。而通過深入分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致我國(guó)當(dāng)前環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的主要原因就是以電廠鍋爐為主的工業(yè)發(fā)展中所產(chǎn)生的廢氣在很大程度上破壞了自然環(huán)境，也對(duì)人們的生命健康造成了威脅。而脫硝因其高效、節(jié)能等諸多的優(yōu)點(diǎn)而逐漸應(yīng)用于電廠鍋爐的相關(guān)工作當(dāng)中，文章主要對(duì)干法、半干法以及濕法的技術(shù)進(jìn)行了深入的分析，從中發(fā)現(xiàn)，這些技術(shù)可以在很大程度上保證電廠鍋爐脫硝以及除塵工作的效率和質(zhì)量，這就為日后空氣質(zhì)量的提升以及電廠的環(huán)保發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。