李 帥，劉廣武，回禹衡，王 忠

（國(guó)家電投集團(tuán)東北公司大連泰山熱電有限公司，遼寧 大連 116023）

氮氧化物（NOx）是工業(yè)燃燒產(chǎn)生的煙氣成分之一，也是導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、酸雨和霧霾等環(huán)境問(wèn)題的主要污染物[1-2]。為了減少NOx的排放，滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外探索出許多方法，如三聯(lián)催化、氮氧化物減量和儲(chǔ)存、選擇性催化還原（SCR）等[3-5]。根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）[6]，現(xiàn)有燃煤機(jī)組排放的煙氣中NOx含量要低于200 mg/m3，新建燃煤機(jī)組排放的煙氣中NOx含量要低于100 mg/m3。2014年，國(guó)家印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》，其中對(duì)燃煤機(jī)組排放的污染物提出更嚴(yán)格的超低排放要求，即在基準(zhǔn)含氧量6%的條件下，NOx排放限值是50 mg/m3。2017年9月，遼寧省某熱電廠接到當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)部門(mén)下發(fā)的通知，要求限期完成超低排放改造。因而，該熱電廠實(shí)施煙氣超低排放改造工程，改造后實(shí)現(xiàn)超低排放，從而落實(shí)國(guó)家環(huán)保政策，更好地保護(hù)環(huán)境。本文以該熱電廠的440 t/h循環(huán)流化床鍋爐為例，開(kāi)展煙氣（尾氣）再循環(huán)改造、二次風(fēng)深度分級(jí)改造、噴射系統(tǒng)改造和鍋爐燃燒調(diào)整，通過(guò)多種技術(shù)耦合實(shí)現(xiàn)低氮燃燒。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

該熱電廠現(xiàn)有的鍋爐為440 t/h循環(huán)流化床鍋爐，采用超高壓參數(shù)中間再熱循環(huán)流化床技術(shù)。鍋爐總體型式為自然循環(huán)、單鍋筒、一次再熱、高溫絕熱旋風(fēng)分離器、平衡通風(fēng)、回料閥給煤、緊身封閉布置，配國(guó)產(chǎn)135 MW 抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為鋼架雙排柱懸吊結(jié)構(gòu)，以燃煤為燃料，采用固態(tài)排渣。經(jīng)測(cè)試，鍋爐NOx的原始排放濃度可達(dá)350 mg/Nm3，改造前，鍋爐采用選擇性非催化還原（SNCR）系統(tǒng)脫硝，能夠滿足NOx排放濃度不大于200 mg/Nm3的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。為降低NOx排放濃度，實(shí)現(xiàn)超低排放，2019年，該熱電廠進(jìn)行脫硝提效改造，提效改造工程有3 項(xiàng)主要內(nèi)容，即布風(fēng)裝置改造、SNCR 提效改造和鍋爐燃燒調(diào)整。

1.1 布風(fēng)裝置改造

對(duì)風(fēng)帽及布風(fēng)板進(jìn)行改造，同時(shí)更換布風(fēng)板上、下方的澆注料，更換風(fēng)帽外罩、全部的芯管，并保證風(fēng)帽有可靠的連接方式。改造后，提高一次風(fēng)的穿透能力，減少流化風(fēng)量，降低床溫，提高床溫均勻性，從而降低NOx原始排放濃度。一次風(fēng)量降低后，通過(guò)增加二次風(fēng)來(lái)增加補(bǔ)充燃燒需要的氧量。

1.2 SNCR 提效改造

噴射系統(tǒng)是保證脫硝效率的關(guān)鍵。對(duì)每個(gè)分離器入口原有的5 支噴槍進(jìn)行更換，并且在煙道對(duì)側(cè)增設(shè)一排噴槍（3 支）。每臺(tái)鍋爐設(shè)置2 個(gè)計(jì)量分配模塊，每個(gè)計(jì)量分配模塊可以對(duì)10 只噴槍進(jìn)行分配和計(jì)量?，F(xiàn)有的尿素溶液供應(yīng)系統(tǒng)由母管制改為單元制，增設(shè)1 臺(tái)尿素供應(yīng)泵，泵的規(guī)格一致，并增加相應(yīng)的閥門(mén)與管路。

2 存在的問(wèn)題

為了實(shí)現(xiàn)超低排放，將鍋爐出口NOx排放濃度穩(wěn)定在50 mg/Nm3以下，首先分析鍋爐現(xiàn)狀運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況，然后進(jìn)行改造，解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。一是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（鍋爐蒸發(fā)量200 t/h 以下），NOx排放濃度偏高；二是保證達(dá)標(biāo)排放時(shí)，尿素消耗量偏大，氨氮比達(dá)到5。

3 煙氣脫硝改造方案

多種技術(shù)耦合有助于實(shí)現(xiàn)鍋爐低氮燃燒。該熱電廠擬通過(guò)煙氣（尾氣）再循環(huán)改造、二次風(fēng)深度分級(jí)改造、噴射系統(tǒng)改造和鍋爐燃燒調(diào)整，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行條件下NOx超低穩(wěn)定排放、降低SNCR 的還原劑消耗量等技術(shù)目標(biāo)。

3.1 煙氣（尾氣）再循環(huán)改造

為降低鍋爐一次風(fēng)含氧量，改變爐內(nèi)燃燒環(huán)境，降低鍋爐NOx原始生成量，該熱電廠在鍋爐上新增一套煙氣（尾氣）再循環(huán)系統(tǒng)。在引風(fēng)機(jī)出口加裝風(fēng)機(jī)，引一部分煙氣，分兩側(cè)，至現(xiàn)有的一次風(fēng)機(jī)入口，將煙氣接入一次風(fēng)中，與一次風(fēng)一起送入爐膛。在使用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，再循環(huán)煙氣量的設(shè)計(jì)值為額定煙氣量的10%，即60 000 Nm3/h。如圖1所示，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)包含流量計(jì)、壓力溫度測(cè)點(diǎn)、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)和系統(tǒng)進(jìn)出口關(guān)斷門(mén)等。煙氣可以分兩側(cè)調(diào)節(jié)。

圖1 煙氣（尾氣）再循環(huán)改造

本次改造涉及多項(xiàng)具體內(nèi)容?？傮w來(lái)說(shuō)，在引風(fēng)機(jī)的出口煙道開(kāi)孔，新增1 臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)室內(nèi)布置（新增輕體房），在風(fēng)機(jī)出口安裝溫度、壓力測(cè)點(diǎn)和煙氣調(diào)節(jié)擋板；在管道接口處安裝插板門(mén)，拆除與恢復(fù)保溫系統(tǒng)；布置管道，新增金屬膨脹節(jié)，新增管道保溫、防腐，布置相關(guān)閥門(mén)與測(cè)點(diǎn)。

3.2 二次風(fēng)深度分級(jí)改造

對(duì)二次風(fēng)口布置及二次風(fēng)配比進(jìn)行優(yōu)化。主要目的是延長(zhǎng)下部還原區(qū)空間，強(qiáng)化上部氧化氛圍，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，抑制NOx的生成，同時(shí)強(qiáng)化二次風(fēng)穿透與擴(kuò)散，改善爐內(nèi)氧量的均勻性。采用二次風(fēng)深度分級(jí)可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高效抑氮，將上二次風(fēng)口提至稀相區(qū)后，加強(qiáng)爐內(nèi)混合擾動(dòng)，也使二次風(fēng)具有更好的穿透性。

上二次風(fēng)風(fēng)口上移，可以在密相區(qū)形成較大的貧氧燃燒區(qū)，CO 還原性氣體與部分NOx發(fā)生反應(yīng)重新生成N2。二次風(fēng)區(qū)域物料濃度較稀，有利于二次風(fēng)的穿透擾動(dòng)，床溫均勻性提高，雖然氧濃度高，但溫度會(huì)相應(yīng)降低，又阻止熱力型NOx的生成。該熱電廠利用原有風(fēng)口（改造后，上二次風(fēng)口標(biāo)高至爐膛拐點(diǎn)上方）作為上二次風(fēng)口，減少鍋爐改動(dòng)量。各風(fēng)口標(biāo)高的相對(duì)位置如表1所示。改造二次風(fēng)風(fēng)箱，取消二次風(fēng)箱與原有風(fēng)箱的隔板，即取消原有風(fēng)箱，整個(gè)二次風(fēng)箱合一?，F(xiàn)有二次風(fēng)保留。二次風(fēng)系統(tǒng)改造后，二次風(fēng)分為3 層。在各二次風(fēng)支管上加手動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，確立二次風(fēng)優(yōu)化運(yùn)行操作卡。

表1 二次風(fēng)口與原有風(fēng)口的位置

3.3 噴射系統(tǒng)改造

如圖2所示，在旋風(fēng)分離器處增設(shè)3 支高效噴槍，每臺(tái)爐共有6 支。原噴槍保留，新增分配計(jì)量模塊，安裝不銹鋼管道、軟管以及閥管件等。對(duì)于增設(shè)噴槍配套的計(jì)量分配模塊，根據(jù)現(xiàn)有分配模塊箱內(nèi)部空間，增加就地流量計(jì)、手動(dòng)閥門(mén)、壓力表和不銹鋼管道等。

圖2 脫硝噴槍布置

3.4 鍋爐燃燒調(diào)整

煙氣再循環(huán)能提高布風(fēng)均勻性，降低鍋爐一次風(fēng)含氧量，同時(shí)改變爐內(nèi)燃燒環(huán)境，降低鍋爐NOx原始生成量。煙氣再循環(huán)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程N(yùn)Ox原始排放濃度的影響如圖3所示。鍋爐負(fù)荷為200 t/h，煙氣再循環(huán)投入量從30 000 Nm3/h 增加到50 000 Nm3/h 時(shí)，NOx原始排放濃度分別降低30%、45%和48%。

圖3 NOx 原始排放濃度減少率隨煙氣再循環(huán)的變化

4 結(jié)論

該熱電廠實(shí)施機(jī)組煙氣（尾氣）再循環(huán)改造+二次風(fēng)深度分級(jí)改造+噴射系統(tǒng)改造+鍋爐燃燒調(diào)整，改造后達(dá)到預(yù)期效果，NOx排放濃度小于50 mg/Nm3，達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）和遼寧省的超低排放要求。本次改造采用的脫硝系統(tǒng)技術(shù)成熟，性能可靠，現(xiàn)場(chǎng)滿足施工條件。本項(xiàng)目實(shí)施方案從技術(shù)上是可行的。本改造項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，符合國(guó)家現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。