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燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造探究
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，各個(gè)工業(yè)污染排放物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。因此如何降低燃煤電廠的能源消耗和污染排放成為了社會(huì)各界廣泛研究的重大內(nèi)容。筆者就燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題以及改造技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單地探討，希望能夠?yàn)槿济弘姀S節(jié)能減排提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：燃煤電廠；鍋爐；脫硝改造；
脫硝系統(tǒng)作為現(xiàn)代燃煤電廠必須具備的重要輔機(jī)之一，安裝脫硝系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的必然選擇。為了進(jìn)一步滿足當(dāng)前環(huán)保要求，減少各種污染物的排放，需要對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硝系統(tǒng)改造，因此探究燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題及改造具有重大意義。
一、低NOX燃燒技術(shù)分析
（一）低過(guò)量空氣燃燒技術(shù)
該技術(shù)是優(yōu)化燃燒裝置，降低氮氧化物生產(chǎn)量的有效途徑，這項(xiàng)技術(shù)不需對(duì)燃燒裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在盡可能降低NOX排放量的同時(shí)，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
（二）低氮燃燒器技術(shù)
該技術(shù)的zui大特點(diǎn)是在燃燒器的出口實(shí)現(xiàn)分級(jí)送風(fēng)以及和燃料之間比例的合理，實(shí)現(xiàn)抑制NOX產(chǎn)生的目的。
（三）空氣分級(jí)燃燒技術(shù)
空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要是控制空氣跟煤粉之間混合的一個(gè)過(guò)程，將燃燒所需的空氣逐級(jí)送入到燃燒火焰中，讓煤粉顆粒在燃燒初期實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，降低了氮氧化物的排放。分級(jí)燃燒技術(shù)主要有垂直分級(jí)和水平分級(jí)兩種。
（四）燃料分級(jí)技術(shù)
該燃燒技術(shù)可以將燃燒分成了主燃燒區(qū)（主燃料在欠氧或者弱還原性環(huán)境下燃燒，生成NOX）、再燃燒區(qū)（主要將二次燃料送入鍋爐中，營(yíng)造還原性氣氛，將主燃區(qū)燃燒產(chǎn)生的NOX還原成N2）以及燃盡區(qū)（在還原區(qū)上方，送入少量空氣促使再燃燃料被燃燒*）三個(gè)區(qū)域。
（五）煙氣再循環(huán)技術(shù)
該技術(shù)主要利用低氧和溫度較低的特點(diǎn)，從省煤氣出口抽出部分的煙氣，將其加入到二次或者一次風(fēng)中，然后將在循環(huán)噴入爐膛中合適的位置，降低局部的溫度和形成局部還原性氣氛，有效抑制NOX的生成[1]。
二、選擇性催化還原（SCR）工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分析
選擇SCR工藝技術(shù)主要具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是發(fā)生反應(yīng)的溫度較低，一般只需300℃—450℃即可；二是SCR工藝技術(shù)的脫硝率高，能夠達(dá)到80%以上；三是SCR工藝設(shè)備運(yùn)行可靠性高；四是經(jīng)SCR工藝還原的氮?dú)獠粫?huì)造成二次污染；而SCR工藝技術(shù)也存在一些不容忽視的缺點(diǎn)：如煙氣的成分比較復(fù)雜，其中含有一些成分能夠?qū)е轮囟群透叻稚⒌姆蹓m微粒能夠覆蓋催化劑的表、降低催化劑的活性、SCR工藝的設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用較高[2]。
三、選擇性催化還原（SCR）工藝在脫硝改造中的應(yīng)用
當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)建造了不少用于燃燒劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床和燃燒煙煤的W型鍋爐，但是筆者認(rèn)為不管是哪種形式的鍋爐，其脫硝改造技術(shù)都可以劃分成燃燒改造和煙氣脫硝改造兩大形式。
（一）脫硝系統(tǒng)的組成
脫硝系統(tǒng)主要是由煙氣系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、尿素制備系統(tǒng)、尿素?zé)峤庀到y(tǒng)、吹灰系統(tǒng)以及SCRN反應(yīng)器組成。
（二）SCR脫硝的原理分析
SCR煙氣脫硝技術(shù)主要是將還原其NH3跟稀釋風(fēng)的混合氣體噴入到SCR反應(yīng)器中，并跟來(lái)源于省煤器出口的煙氣混合，在金屬催化劑和溫度適宜的情況下，有選擇性地將煙氣中的NOX還原成水和氮?dú)?，?shí)現(xiàn)脫硝的目的，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：
催化劑的運(yùn)行溫度為：318℃-420℃
（三）煙氣脫硝改造效果
將煙氣脫硝脫硝裝置投入運(yùn)行后，通過(guò)對(duì)燃燒和尿素使用量的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)脫硝率高達(dá)90%以上，并且NOX的排放達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)100/Nm3以下。
（四）SCR和SNCR技術(shù)存在的問(wèn)題以及改造注意事項(xiàng)
1.SCR技術(shù)存在的問(wèn)題。SCR存在著催化劑失活、HN3逃逸以及催化劑失活等問(wèn)題，而SNCR主要存在著以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
一是對(duì)氮的利用率低，要實(shí)現(xiàn)還原NOX的目的，必然需要使用大量的氮。從而容易引起剩余的氮逃逸，氨的逃逸還會(huì)進(jìn)一步引起環(huán)境污染并形成氨鹽堵塞或者腐蝕下游的設(shè)備；
二是產(chǎn)生的N2O會(huì)引起溫室效應(yīng)，大量研究表面，使用尿素作為催化劑產(chǎn)生的N2O要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)使用氨作催化劑的量；
三是若控制不當(dāng)，使用尿素作還原劑可以形成較多的一氧化碳的排放，其原因?yàn)榈蜏啬蛩厝菀讎娙霠t膛中的高溫氣流引起淬冷效應(yīng)，導(dǎo)致燃燒終端，從而增加了一氧化碳的排放量。
四是當(dāng)鍋爐過(guò)熱器的溫度超過(guò)800℃時(shí)在爐膛位置噴入低溫尿素溶液，會(huì)阻礙熾熱煤炭的進(jìn)一步燃燒，引起飛灰，碳的燃燒率降低。
五是噴孔水冷壁出現(xiàn)腐蝕，在SNCR噴射系統(tǒng)中，噴射器主要采用爐側(cè)廠使用的高壓蒸汽作為霧化介質(zhì)，當(dāng)霧化蒸汽的壓力達(dá)到0.6-0.9MPa,噴射頭之前用螺紋進(jìn)行連接，而噴射器靠近噴頭位置有尿素液間斷滴落，當(dāng)尿素液滴落到噴射器下方的水冷壁上會(huì)形成連續(xù)的液膜，再加上爐內(nèi)的溫度較高，液膜中水分蒸發(fā)尿素分解出的甲氨含量也升高，并繼續(xù)腐蝕水冷管，zui終導(dǎo)致其泄漏[3]。
2.燃煤脫硝改造過(guò)程中的注意事項(xiàng)。對(duì)燃煤電廠鍋爐實(shí)施脫硝改造過(guò)程中，通常將改造的重點(diǎn)放在了脫硝率上。由于空氣的分層燃燒改造技術(shù)所得到的脫硝率很大程度上跟主燃區(qū)中的化學(xué)當(dāng)量存在一定關(guān)系，低氮燃燒技術(shù)和OFA技術(shù)常常是通過(guò)減小主燃區(qū)中的空燃比來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硝的目的，然而這種方法產(chǎn)生的后果是一氧化碳和飛灰中未燃碳的含量增加。
因此，筆者認(rèn)為在對(duì)鍋爐脫硝改造是應(yīng)該將重點(diǎn)放在如何在脫硝的同時(shí)還能夠控制好可燃物的排放。另外由于主燃區(qū)燃燒是否*會(huì)對(duì)SNCR的性能產(chǎn)生很大影響，從主燃區(qū)釋放的一氧化碳，若質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1×10-4時(shí)會(huì)顯著降低SCNR的脫硝率，因此在同時(shí)對(duì)燃燒進(jìn)行改造和加裝SNCR系統(tǒng)的時(shí)候，還注意OFA的設(shè)計(jì)，采取有效錯(cuò)減少在SNCR溫度窗口中一氧化碳的含量，從而zui大程度保證脫硝效果[4]。
在役機(jī)組NOX減排進(jìn)行改造過(guò)程中要特別注意改造的順序以及主機(jī)和輔機(jī)之間的協(xié)同改造，主要包含兩個(gè)方面：一是改造低氮燃燒器，優(yōu)化低氮燃燒方式以及改善SCR和SNCR脫硝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題；二是在造過(guò)程中還應(yīng)該注重除塵器改造、引風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等有關(guān)的輔助系統(tǒng)改造問(wèn)題。
3.跟主機(jī)設(shè)備協(xié)同改造策略存在的問(wèn)題分析。在對(duì)跟主機(jī)設(shè)備協(xié)同改造時(shí)應(yīng)該對(duì)早期燃燒器的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，若早期燃燒器更換成NOX后明顯降低，但是提高了燃燒的效率，由于改造費(fèi)用為一次性費(fèi)用支出，再加上運(yùn)行和維護(hù)的成本比例不高，針對(duì)這種情況筆者認(rèn)為應(yīng)該更換。
4.輔助設(shè)備協(xié)同改造存在的問(wèn)題分析。在進(jìn)行SCR設(shè)備改造過(guò)程中，還應(yīng)該對(duì)空預(yù)冷端和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，但是隨著新標(biāo)準(zhǔn)的提出對(duì)煙塵的排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，個(gè)別電廠需要對(duì)布袋或者電袋復(fù)合式除塵器實(shí)施改造，這時(shí)由于系統(tǒng)總阻力增加，則還需要對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)改造，筆者認(rèn)為可以根據(jù)輔助設(shè)備具體情況提前準(zhǔn)備好規(guī)劃方案，從而避免因不協(xié)調(diào)造成需對(duì)設(shè)備進(jìn)行二次改造。
但是由于當(dāng)前對(duì)NOX排放的具體標(biāo)準(zhǔn)還不夠健全，再加上在招標(biāo)選型過(guò)程中存在技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇不夠嚴(yán)謹(jǐn)，缺乏統(tǒng)一性，另外在招標(biāo)過(guò)程中也容易導(dǎo)致SCNR改造按照中標(biāo)方式總包，針對(duì)反應(yīng)器風(fēng)速以及催化劑用量之間的比等等關(guān)鍵參數(shù)缺乏具體的技術(shù)要求。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，要提高燃煤電廠鍋爐的節(jié)能，就需要對(duì)其脫硝進(jìn)行改造，這主要是對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造后，能夠有效降低鍋爐煙氣NOX的排放量，實(shí)現(xiàn)改善大氣環(huán)境的目的。但是在脫硝改造時(shí)要根據(jù)鍋爐具體的生產(chǎn)過(guò)程和特點(diǎn)，選擇正確的改造技術(shù)。但是筆者認(rèn)為燃煤電廠鍋爐脫硝問(wèn)題將成為工業(yè)行業(yè)一個(gè)*的熱點(diǎn)話題，還需要相關(guān)學(xué)者和企業(yè)工作者不斷探索和思考。