燃煤电厂锅炉脱硝问题及改造探究

Posted 2023-01-12 烟气

篇首语：博观而约取，厚积而薄发。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了燃煤电厂锅炉脱硝问题及改造探究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

随着市场经济竞争日益加剧，各个工业污染排放物对环境产生的污染也越来越严重。因此如何降低燃煤电厂的能源消耗和污染排放成为了社会各界广泛研究的重大内容。笔者就燃煤电厂锅炉脱硝问题以及改造技术进行了简单地探讨，希望能够为燃煤电厂节能减排提供参考和借鉴。
脱硝系统作为现代燃煤电厂必须具备的重要辅机之一，安装脱硝系统也是实现节能减排的必然选择。为了进一步满足当前环保要求，减少各种污染物的排放，需要对锅炉进行脱硝系统改造，因此探究燃煤电厂锅炉脱硝问题及改造具有重大意义。
一、低NOX燃烧技术分析
（一）低过量空气燃烧技术
该技术是优化燃烧装置，降低氮氧化物生产量的有效途径，这项技术不需对燃烧装置进行结构改造，在尽可能降低NOX排放量的同时，提高装置运行的经济性。
（二）低氮燃烧器技术
该技术的最大特点是在燃烧器的出口实现分级送风以及和燃料之间比例的合理，实现抑制NOX产生的目的。
（三）空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术主要是控制空气跟煤粉之间混合的一个过程，将燃烧所需的空气逐级送入到燃烧火焰中，让煤粉颗粒在燃烧初期实现低氧燃烧，降低了氮氧化物的排放。分级燃烧技术主要有垂直分级和水平分级两种。
（四）燃料分级技术
该燃烧技术可以将燃烧分成了主燃烧区（主燃料在欠氧或者弱还原性环境下燃烧，生成NOX）、再燃烧区（主要将二次燃料送入锅炉中，营造还原性气氛，将主燃区燃烧产生的NOX还原成N2）以及燃尽区（在还原区上方，送入少量空气促使再燃燃料被燃烧完全）三个区域。
（五）烟气再循环技术
该技术主要利用低氧和温度较低的特点，从省煤气出口抽出部分的烟气，将其加入到二次或者一次风中，然后将在循环喷入炉膛中合适的位置，降低局部的温度和形成局部还原性气氛，有效抑制NOX的生成[1]。
二、选择性催化还原（SCR）工艺技术优点和缺点分析
选择SCR工艺技术主要具有以下几个方面的优点：一是发生反应的温度较低，一般只需300℃—450℃即可；二是SCR工艺技术的脱硝率高，能够达到80%以上；三是SCR工艺设备运行可靠性高；四是经SCR工艺还原的氮气不会造成二次污染；而SCR工艺技术也存在一些不容忽视的缺点：如烟气的成分比较复杂，其中含有一些成分能够导致重度和高分散的粉尘微粒能够覆盖催化剂的表、降低催化剂的活性、SCR工艺的设备成本和运行费用较高[2]。
三、选择性催化还原（SCR）工艺在脱硝改造中的应用
当前，我国已经建造了不少用于燃烧劣质煤的循环流化床和燃烧烟煤的W型锅炉，但是笔者认为不管是哪种形式的锅炉，其脱硝改造技术都可以划分成燃烧改造和烟气脱硝改造两大形式。
（一）脱硝系统的组成
脱硝系统主要是由烟气系统、氨喷射系统、尿素制备系统、尿素热解系统、吹灰系统以及SCRN反应器组成。
（二）SCR脱硝的原理分析
SCR烟气脱硝技术主要是将还原其NH3跟稀释风的混合气体喷入到SCR反应器中，并跟来源于省煤器出口的烟气混合，在金属催化剂和温度适宜的情况下，有选择性地将烟气中的NOX还原成水和氮气，实现脱硝的目的，其化学反应方程式为：

催化剂的运行温度为：318℃-420℃
（三）烟气脱硝改造效果
将烟气脱硝脱硝装置投入运行后，通过对燃烧和尿素使用量的调整，能够实现脱硝率高达90%以上，并且NOX的排放达到环保排放标准100/Nm3以下。
（四）SCR和SNCR技术存在的问题以及改造注意事项
1.SCR技术存在的问题。SCR存在着催化剂失活、HN3逃逸以及催化剂失活等问题，而SNCR主要存在着以下几个方面的问题：
一是对氮的利用率低，要实现还原NOX的目的，必然需要使用大量的氮。从而容易引起剩余的氮逃逸，氨的逃逸还会进一步引起环境污染并形成氨盐堵塞或者腐蚀下游的设备；
二是产生的N2O会引起温室效应，大量研究表面，使用尿素作为催化剂产生的N2O要远远超过使用氨作催化剂的量；
三是若控制不当，使用尿素作还原剂可以形成较多的一氧化碳的排放，其原因为低温尿素容易喷入炉膛中的高温气流引起淬冷效应，导致燃烧终端，从而增加了一氧化碳的排放量。
四是当锅炉过热器的温度超过800℃时在炉膛位置喷入低温尿素溶液，会阻碍炽热煤炭的进一步燃烧，引起飞灰，碳的燃烧率降低。
五是喷孔水冷壁出现腐蚀，在SNCR喷射系统中，喷射器主要采用炉侧厂使用的高压蒸汽作为雾化介质，当雾化蒸汽的压力达到0.6-0.9MPa,喷射头之前用螺纹进行连接，而喷射器靠近喷头位置有尿素液间断滴落，当尿素液滴落到喷射器下方的水冷壁上会形成连续的液膜，再加上炉内的温度较高，液膜中水分蒸发尿素分解出的甲氨含量也升高，并继续腐蚀水冷管，最终导致其泄漏。
2.燃煤脱硝改造过程中的注意事项。对燃煤电厂锅炉实施脱硝改造过程中，通常将改造的重点放在了脱硝率上。由于空气的分层燃烧改造技术所得到的脱硝率很大程度上跟主燃区中的化学当量存在一定关系，低氮燃烧技术和OFA技术常常是通过减小主燃区中的空燃比来实现脱硝的目的，然而这种方法产生的后果是一氧化碳和飞灰中未燃碳的含量增加。
因此，笔者认为在对锅炉脱硝改造是应该将重点放在如何在脱硝的同时还能够控制好可燃物的排放。另外由于主燃区燃烧是否完全会对SNCR的性能产生很大影响，从主燃区释放的一氧化碳，若质量分数大于1×10-4时会显著降低SCNR的脱硝率，因此在同时对燃烧进行改造和加装SNCR系统的时候，还注意OFA的设计，采取有效错减少在SNCR温度窗口中一氧化碳的含量，从而最大程度保证脱硝效果。
在役机组NOX减排进行改造过程中要特别注意改造的顺序以及主机和辅机之间的协同改造，主要包含两个方面：一是改造低氮燃烧器，优化低氮燃烧方式以及改善SCR和SNCR脱硝技术的经济性问题；二是在造过程中还应该注重除尘器改造、引风机、空气预热器等有关的辅助系统改造问题。
3.跟主机设备协同改造策略存在的问题分析。在对跟主机设备协同改造时应该对早期燃烧器的技术和经济性进行比较，若早期燃烧器更换成NOX后明显降低，但是提高了燃烧的效率，由于改造费用为一次性费用支出，再加上运行和维护的成本比例不高，针对这种情况笔者认为应该更换。
4.辅助设备协同改造存在的问题分析。在进行SCR设备改造过程中，还应该对空预冷端和引风机进行改造，但是随着新标准的提出对烟尘的排放标准提出了更高的要求，个别电厂需要对布袋或者电袋复合式除尘器实施改造，这时由于系统总阻力增加，则还需要对引风机进行相应改造，笔者认为可以根据辅助设备具体情况提前准备好规划方案，从而避免因不协调造成需对设备进行二次改造。
但是由于当前对NOX排放的具体标准还不够健全，再加上在招标选型过程中存在技术问题，导致部分设计参数的选择不够严谨，缺乏统一性，另外在招标过程中也容易导致SCNR改造按照最低价中标方式总包，针对反应器风速以及催化剂用量之间的比等等关键参数缺乏具体的技术要求。
四、结语
综上所述，要提高燃煤电厂锅炉的节能，就需要对其脱硝进行改造，这主要是对脱硝系统进行改造后，能够有效降低锅炉烟气NOX的排放量，实现改善大气环境的目的。但是在脱硝改造时要根据锅炉具体的生产过程和特点，选择正确的改造技术。但是笔者认为燃煤电厂锅炉脱硝问题将成为工业行业一个永久的热点话题，还需要相关学者和企业工作者不断探索和思考。