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云浮发电厂 广东 云浮 527300
【摘 要】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，文章主要探讨了火电厂脱硝改造对锅炉系统影响。
【关键词】火电厂；脱硝改造；锅炉
1火电厂脱硝改造技术
氮氧化物是造成大气污染的主要污染物之一。通常氮氧化物以多种形式存在，一氧化氮和二氧化氮所占比例较高。氮氧化物主要分为热力型、燃料型、快速型三种。快速型氮氧化物所占比例不到5%；在温度低于1300℃时，几乎没有热力型氮氧化物。燃料型氮氧化物主要通过燃料型生成途径而产生。目前火电机组绝大多数脱硝系统釆用的工艺为低氮燃烧器+SCR（催化还原）法，确保满足国家实施的2014年火电行业新排放标准。
（1）低氮燃烧技术。为了控制燃烧过程中氮氧化物的生成量所采取的措施原则为：降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；降低燃烧温度，防止产生局部高温区；缩短烟气在高温区的停留时间等。低氮氧化物燃烧技术主要包括以下四种方法：空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮氧化物燃烧器。
（2）SCR烟气脱硝技术。SCR烟气脱硝技术主要是将还原剂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（图1）。将烟气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100mg/Nm3以下。
图1 SCR 烟气脱硝化学反应原理图
在通常的设计中，使用液态无水氨或氨水（氨的水溶液），无论以何种形式使用氨，首先使氨蒸发，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉的烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2火电厂脱硝改造对锅炉系统影响
2.1对空预器影响及对策
2.1.1对空预器的影响
在省煤器下方引接SCR脱销反应器喷入氨气使得烟气中的 NOx与氨气在催化剂的作用下发生还原反应生成 N2。但是，由于喷入的氨气与烟气的混合不太均匀，使得有少量氨气未参与反应，出现了氨逃逸的问题，少量逃逸的氨气会腐蚀催化剂模块，使得催化剂失效，它还与 SO2、SO3生成硫酸氢氨，会腐蚀、堵塞空预器受热原件。
我国现役大型火电机组空预器多采用回转三分仓式来加热锅炉一、二次风，在空预器储热元件冷端烟气温度较低，会导致硫酸氢氨在该处粘结，同时吸附大量灰分，逐渐使得空预器储热元件腐蚀、结垢、堵塞。从而增加空预器压降、降低热效率，增加烟气流动阻力，使得流过空预器后引风机烟气流量过小，影响引风机正常运行。
2.1.2对策
（1）适当增加空预器冷端换热元件的高度，使得硫酸氢氨的结构区域分布在低温换热原件区域内，而在低温段内采用搪瓷材料和防堵灰的大波纹板型，增加烟气在该段区域内的流通面积，对降低空预器低温腐蚀、铵盐腐蚀、堵塞都有非常大的作用。
（2）增设暖风器。在锅炉一、二次风进空预器入口处多加几组暖风器，使得一、二次风风温被加热到一定温度，这样在风侧区域有一个较高的金属壁温，提高了冷端的平均温度，对防止空预器低温腐蚀有一定帮助。
（3）装设吹灰器。针对空预器易发生硫酸氢氨堵塞及低温腐蚀，建议在空预器上部、下部都装设伸缩式蒸汽吹灰器，及时将受热元件上的灰吹掉。
（4）加强燃烧调整。锅炉SCR出口NOx排放合格浓度不宜设的太低，因为该浓度设定值太低，喷氨调节系统必定喷入大量氨气来参与反应，势必会有较多氨气发生逃逸。运行人员应根据SCR运行工况合理设定SCR出口NOx排放合格浓度值。
（5）严格控制氨逃逸率。若SCR出口氨气浓度超过3PPM，而出口处NOx浓度还没有达到设定的要求，这时就不应继续加大氨气的喷入量，而是先减少氨气的喷入量，将氨逃逸率控制在合理的区间内。查找氨逃逸率高的原因，检查SCR各喷氨格栅喷氨是否均匀，测试SCR入口烟气流场、NOx分布流程，调整个别喷氨格栅的氨气流量。
（6）保证催化剂活性。运行中，加强SCR装置吹灰，保持催化剂表面清洁；严格控制SCR入口烟温在320～420℃，减少硫酸氢铵生成；以保证催化剂的活性。SCR催化剂寿命约为3年，运行一段时间后，催化剂活性会逐渐降低，脱硝效率随之降低，氨逃逸增大，当NOx排放不能满足环保要求时，就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。 2.2对锅炉燃烧及受热面的影响及对策
2.2.1影响分析
发电厂锅炉在实施低氮燃烧改造后，在锅炉燃烧器区域欠氧燃烧，形成的还原性气氛可以有效减少NOx的生成。但是，同时还存在未完全燃烧的的煤粉，这部分煤粉在第二燃烧阶段即燃尽风喷口处的二次风与未完全燃烧的煤粉进一步燃烧。这样一来，煤粉在炉膛内的燃烧被推迟了，引起炉膛火焰中心上移，炉膛上部出口烟温升高，过热器金属壁温相应升高，过热器上易结焦，主要表现为：屏过上挂焦增多，出口烟温的升高还使得过热器、再热器出口蒸汽温度升高，超温压力增大，减温水量大增。
2.2.2对策分析
（1）防止过热器结焦、积灰加剧的措施。运行人员加强锅炉燃烧调整，发现炉内异常工况，及时调整燃烧，避免燃烧恶化。加强锅炉吹灰，及时将受热面上的结焦除去。
（2）加强空预器、SCR反应器吹灰。运行中，空预器使用蒸汽吹灰，当空预器金属温造和运行调整度、烟气侧压差增大时，加强吹灰次数；当空预器堵塞严重时，采用高压水冲洗；加强SCR装置声波吹灰，避免催化剂表面积灰，保证催化剂活性，更能防止因长期积灰导致催化剂堵塞，烟气阻力增大；当发现SCR催化剂压差太大，有可能堵塞催化剂时，及时进行蒸汽吹灰，避免因空预器或催化剂严重堵塞，造成被迫停炉。
（3）根据国内其他电厂低氮燃烧改造后采取的各种措施情况来看，在水冷壁上可以考虑喷涂一层深度增效节能技术的高黑度纳米复合材料，该材料会适当提高炉膛水冷壁的吸热量，降低炉膛出口烟温，继而有效地防止或避免炉膛上部及过热器结焦。
结束语
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。
参考文献：
[1]宁献武.刘树民等.SCR脱硝系统对锅炉设备的影响及对策[J].电力科技与环保，2009（6）.
[2]刘文.低氮燃烧技术在旺隆电厂420t/h燃煤锅炉上的应用[J].锅炉制造，2011（4）.
[3]惠润堂，庄柯，韦飞等.加装SCR脱硝装置对燃煤锅炉系统的影响及对策[J].环境工程，2013（6）.
【摘 要】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，文章主要探讨了火电厂脱硝改造对锅炉系统影响。
【关键词】火电厂；脱硝改造；锅炉
1火电厂脱硝改造技术
氮氧化物是造成大气污染的主要污染物之一。通常氮氧化物以多种形式存在，一氧化氮和二氧化氮所占比例较高。氮氧化物主要分为热力型、燃料型、快速型三种。快速型氮氧化物所占比例不到5%；在温度低于1300℃时，几乎没有热力型氮氧化物。燃料型氮氧化物主要通过燃料型生成途径而产生。目前火电机组绝大多数脱硝系统釆用的工艺为低氮燃烧器+SCR（催化还原）法，确保满足国家实施的2014年火电行业新排放标准。
（1）低氮燃烧技术。为了控制燃烧过程中氮氧化物的生成量所采取的措施原则为：降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；降低燃烧温度，防止产生局部高温区；缩短烟气在高温区的停留时间等。低氮氧化物燃烧技术主要包括以下四种方法：空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮氧化物燃烧器。
（2）SCR烟气脱硝技术。SCR烟气脱硝技术主要是将还原剂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（图1）。将烟气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100mg/Nm3以下。
图1 SCR 烟气脱硝化学反应原理图
在通常的设计中，使用液态无水氨或氨水（氨的水溶液），无论以何种形式使用氨，首先使氨蒸发，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中。
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。在绝大多数锅炉的烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
2火电厂脱硝改造对锅炉系统影响
2.1对空预器影响及对策
2.1.1对空预器的影响
在省煤器下方引接SCR脱销反应器喷入氨气使得烟气中的 NOx与氨气在催化剂的作用下发生还原反应生成 N2。但是，由于喷入的氨气与烟气的混合不太均匀，使得有少量氨气未参与反应，出现了氨逃逸的问题，少量逃逸的氨气会腐蚀催化剂模块，使得催化剂失效，它还与 SO2、SO3生成硫酸氢氨，会腐蚀、堵塞空预器受热原件。
我国现役大型火电机组空预器多采用回转三分仓式来加热锅炉一、二次风，在空预器储热元件冷端烟气温度较低，会导致硫酸氢氨在该处粘结，同时吸附大量灰分，逐渐使得空预器储热元件腐蚀、结垢、堵塞。从而增加空预器压降、降低热效率，增加烟气流动阻力，使得流过空预器后引风机烟气流量过小，影响引风机正常运行。
2.1.2对策
（1）适当增加空预器冷端换热元件的高度，使得硫酸氢氨的结构区域分布在低温换热原件区域内，而在低温段内采用搪瓷材料和防堵灰的大波纹板型，增加烟气在该段区域内的流通面积，对降低空预器低温腐蚀、铵盐腐蚀、堵塞都有非常大的作用。
（2）增设暖风器。在锅炉一、二次风进空预器入口处多加几组暖风器，使得一、二次风风温被加热到一定温度，这样在风侧区域有一个较高的金属壁温，提高了冷端的平均温度，对防止空预器低温腐蚀有一定帮助。
（3）装设吹灰器。针对空预器易发生硫酸氢氨堵塞及低温腐蚀，建议在空预器上部、下部都装设伸缩式蒸汽吹灰器，及时将受热元件上的灰吹掉。
（4）加强燃烧调整。锅炉SCR出口NOx排放合格浓度不宜设的太低，因为该浓度设定值太低，喷氨调节系统必定喷入大量氨气来参与反应，势必会有较多氨气发生逃逸。运行人员应根据SCR运行工况合理设定SCR出口NOx排放合格浓度值。
（5）严格控制氨逃逸率。若SCR出口氨气浓度超过3PPM，而出口处NOx浓度还没有达到设定的要求，这时就不应继续加大氨气的喷入量，而是先减少氨气的喷入量，将氨逃逸率控制在合理的区间内。查找氨逃逸率高的原因，检查SCR各喷氨格栅喷氨是否均匀，测试SCR入口烟气流场、NOx分布流程，调整个别喷氨格栅的氨气流量。
（6）保证催化剂活性。运行中，加强SCR装置吹灰，保持催化剂表面清洁；严格控制SCR入口烟温在320～420℃，减少硫酸氢铵生成；以保证催化剂的活性。SCR催化剂寿命约为3年，运行一段时间后，催化剂活性会逐渐降低，脱硝效率随之降低，氨逃逸增大，当NOx排放不能满足环保要求时，就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。 2.2对锅炉燃烧及受热面的影响及对策
2.2.1影响分析
发电厂锅炉在实施低氮燃烧改造后，在锅炉燃烧器区域欠氧燃烧，形成的还原性气氛可以有效减少NOx的生成。但是，同时还存在未完全燃烧的的煤粉，这部分煤粉在第二燃烧阶段即燃尽风喷口处的二次风与未完全燃烧的煤粉进一步燃烧。这样一来，煤粉在炉膛内的燃烧被推迟了，引起炉膛火焰中心上移，炉膛上部出口烟温升高，过热器金属壁温相应升高，过热器上易结焦，主要表现为：屏过上挂焦增多，出口烟温的升高还使得过热器、再热器出口蒸汽温度升高，超温压力增大，减温水量大增。
2.2.2对策分析
（1）防止过热器结焦、积灰加剧的措施。运行人员加强锅炉燃烧调整，发现炉内异常工况，及时调整燃烧，避免燃烧恶化。加强锅炉吹灰，及时将受热面上的结焦除去。
（2）加强空预器、SCR反应器吹灰。运行中，空预器使用蒸汽吹灰，当空预器金属温造和运行调整度、烟气侧压差增大时，加强吹灰次数；当空预器堵塞严重时，采用高压水冲洗；加强SCR装置声波吹灰，避免催化剂表面积灰，保证催化剂活性，更能防止因长期积灰导致催化剂堵塞，烟气阻力增大；当发现SCR催化剂压差太大，有可能堵塞催化剂时，及时进行蒸汽吹灰，避免因空预器或催化剂严重堵塞，造成被迫停炉。
（3）根据国内其他电厂低氮燃烧改造后采取的各种措施情况来看，在水冷壁上可以考虑喷涂一层深度增效节能技术的高黑度纳米复合材料，该材料会适当提高炉膛水冷壁的吸热量，降低炉膛出口烟温，继而有效地防止或避免炉膛上部及过热器结焦。
结束语
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。
参考文献：
[1]宁献武.刘树民等.SCR脱硝系统对锅炉设备的影响及对策[J].电力科技与环保，2009（6）.
[2]刘文.低氮燃烧技术在旺隆电厂420t/h燃煤锅炉上的应用[J].锅炉制造，2011（4）.
[3]惠润堂，庄柯，韦飞等.加装SCR脱硝装置对燃煤锅炉系统的影响及对策[J].环境工程，2013（6）.