SCR法烟气脱硝技术在W型火焰锅炉上的应用

Posted 2023-01-12 烟气

篇首语：不入虎穴，焉得虎子?本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了SCR法烟气脱硝技术在W型火焰锅炉上的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

为进一步降低NOX排放量，全面提升燃煤火电机组环保效益，针对300MW“W”型电厂锅炉的特性及NOX形成机理，本文提出了合理的脱硝改造工程方案以及改造后的影响，并阐述了SCR烟气脱硝技术影响因素及实际运行调节工况中易出现的问题和注意事项。
现今我国大气污染日益严重，尤其是处于燃用化石燃料较多的华北华东区域雾霾天气频发，环保要求呼声愈来愈高，而作为大气污染重最主要的成分就是NOX,采用烟气脱硝技术控制NOX排放已成为我国发电厂的必然趋势。2011年国家环保部颁布了新一期的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），特别规定：现有W型火焰锅炉机组自2014年7月1日起氮氧化物排放必须在200mg/Nm3以内。SCR法烟气脱硝装置主要由脱硝反应剂制备系统和反应器本体组成。通过向反应器内喷入脱硝反应剂NH3,将NOx还原为氮气，降低Nox的排放，实现减排的目标。
1、设备概况
国电菏泽发电公司二期工程2×300MW机组，配备了英国MitsuiBabcock公司生产的“W”型火焰锅炉。该锅炉为单炉膛、平衡通风、一次中间再热、亚临界参数、自然循环、单汽包锅炉，蒸发量为1025t/h。锅炉设计煤种为85%无烟煤+15%半无烟煤，其煤质如下：Car=60.3%、Har=2.23%、Oar=3.36%、Nar=0.89%、Sar=0.76%、Mt=8.75%、Aar=23.71%、Vdaf=11.36%、AR(固定碳)=59.87%、Qgr·nr=22857kj/kg、Qnet·ar=22317kj/kg。锅炉配备正压直吹式制粉系统，由2台密封风机、2台离心式一次风机、3台双进双出磨煤机。由于W型火焰锅炉燃用的煤种是无烟煤、贫煤，需要极高的炉膛温度、较高的氧量和较长的燃烧火焰才能把煤粉充分燃尽，因此带来的问题是NOx排放值很高，NOx排放量1000～～1600mg/Nm3(O2=6%)，造成严重的环境污染。
2、SCR法烟气脱硝技术介绍
SCR（SelectiveCatalyticReduction）——选择性催化还原法脱硝技术是在催化剂(如V2O5-TiO2)作用下，向温度约280～420℃的烟气中喷入氨，将NOX还原成N2和H2O。它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。

3、SCR在“W”型锅炉上的应用
3.1工程概述
脱硝系统采用一炉两个反应器。分别设置氨喷射系统、稀释风机、烟道、催化剂、吹灰系统等，公用系统归入现役三期机组脱硝工程，在计煤种及校核煤种、锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，催化剂层数按3+1（初装+备用）设置,初装三层催化剂时（如下图所示）

3.2工程实施
本工程脱硝系统根据锅炉实际运行工况参数结合改造布置空间环境因素，不设置烟气旁路系统，不考虑省煤器高温旁路系统。该工程主要包括氨区（公共部分）和SCR反应区，脱硝反应系统主要是由烟气系统、稀释风机、氨、空气混合系统、氨喷射系统、SCR反应器、催化剂、吹灰及控制系统组成。氨气和空气在混合器和管路内进行稀释、均匀混合后，通过氨喷射系统与烟气在省煤器出口处接触，经静态混合器与烟气充分混合，进入省煤器出口的两个反应器内，进行脱硝反应（如图2、图3所示）。

3.3工程设计主要性能指标
NOx脱除率不小于85%，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转化率小于1%；脱硝装置催化剂按三层设置，预留一层的空间。在附加层催化剂投运前，NOx脱除率按不小于83.4%考虑，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转化率小于1%；烟气出口NOx含量不大于200mg/Nm3；从脱硝系统入口到出口之间的系统压力损失在性能考核试验时不大于（980）Pa（设计煤种，100%BMCR工况，不考虑附加催化剂层投运后增加的阻力）；从脱硝系统入口到出口之间的系统压力损失不大于（1180）Pa（设计煤种，100%BMCR工况，并考虑附加催化剂层投运后增加的阻力）。化学寿命期内，对于SCR反应器内的每一层催化剂，压力损失应保证增幅不超过20%。在满足NOx脱除率、氨的逃逸率及SO2/SO3转化率的性能保证条件下，供方保证SCR系统具有正常运行能力。最低连续运行烟温300℃；最高连续运行烟温420℃。在设计条件下，且烟气中NOx浓度不大于1200mg/Nm3时，SCR出口保证NOx浓度不大于200mg/Nm3，承包方保证系统氨耗量不超过421kg/h（每台炉）。
4、SCR运行效果
在实际运行中，氨气/空气混合气体，氨浓度范围为3%～～5%，稀释风量一定，额定风量为4820m3/h。当负荷变化时，通过调节两侧氨流量阀来控制氨浓度，从而保证负荷在170～～300MW变化间脱硝效率均能维持在70%以上（如下表1），出口烟气NOx浓度降至200mg/Nm3，并且在氨逃逸不超出空预器所承受值的情况下，可以适当设定出口出口烟气NOx浓度，以降低NOx总的排放量，减轻对大气环境的污染。
5、SCR装置运行注意事项及其建议
该方法存在以下问题：催化剂的时效和烟气中残留的氨。为了增加催化剂的活性，应保证催化剂表面清洁度，否侧会影响脱NOx效果。逃逸残留的氨与SO2反应生成(NH4)2SO4，NH4HSO4很容易对空气预热器进行粘污，对空气预热器影响很大。为此，在实际运行过程中要注意一下几个问题：
5.1加强炉前燃料掺配，确保S和N含量稳定，避免因烟气中NOx、SOX波动大，致使喷氨量波动大。逃逸率高，生成(NH4)2SO4，NH4HSO4，而对空预器运行带来严重危害。为此，建议采用耐磨损抗腐蚀的冷段蓄热元件采用搪瓷材料的空气预热器。
5.2确保SCR反应区温度在300-420℃。超过此温度范围，随反应温度提高，温度继续升高会使NH3氧化而使脱硝率下降；反应温度过低,烟气脱硝反应不充分，易产生NH3的逃逸。建议，在开停机和极低负荷工况下注意监视其温度，超出其温度区间范围切除脱硝岛。
5.3声波吹灰器要正常投入，确保吹灰效果。每台炉两台SCR反应器，每台反应器现在安装催化剂三层，预留一层，每层安装声波吹灰器3台，每台锅炉共18个声波吹灰器，用气引自脱硝仪用压缩空气。
SCR声波吹灰器按烟气流向由上至下顺序开启各吹灰器的吹扫电动门进行吹扫。吹扫时每层反应器两台吹灰器同时吹扫，吹灰频率为每1.1min吹灰1次，每10.67分钟循环吹扫一次。
5.4自动保安系统运行正常，投入良好，确保安全。液氨，有毒，具有刺激性气味，当与空气混合浓度达到16～25%时，遇火可爆炸，属于危险化学品。因此无论在氨区还是在SCR反应区都装设了报警及自动切断系统，以防止人员中毒、火灾及爆炸事故的发生。
6、结论
SCR法烟气脱硝技术的改造实施有效脱出了烟气中的氮氧化物，对消除大气污染和保护碧水蓝天具有重大意义。同时，也为其后的除尘工艺改进和效率提高（如将电除尘器改造为电-袋混合式除尘器）提供了广阔空间。尽管运行中存在着一定的安全风险，在实际运行中，通过合理控制调节，精心监视和操作，对锅炉乃至整个机组的安全运行不会造成大的影响。