SCR脫硝技術在W火焰300MW鍋爐上的應用

　　導讀：國投晉城熱電有限公司一期2×300MW機組采用的BWb-1065/17.5-M型鍋爐，由北京巴布科克˙威爾科克斯有限公司生產?鍋爐為單爐膛平衡通風、中間一次再熱、亞臨界參數、自然循環單汽包鍋爐。設計及校核煤種為無煙煤。采用“W”形火焰燃燒方式。
　　
　　W型火焰鍋爐主要燃燒低揮發份煤種，因此它的爐膛結構，燃燒器布置、送風方式、粉風配比等因素都按照符合低揮發份煤的燃燒特點來設計。
　　
　　它的燃燒室由兩部分組成，上部是輻射爐室，下部為拱形的燃燒室，燃燒室的深度一般比輻射爐室大80%-120%，前面突出部分的頂部構成拱體，煤粉氣流和二次風噴嘴裝設在拱體上，下噴的煤粉氣流接受爐膛輻射對流換熱著火后向下伸展。在燃燒室下部的前后墻上布置有三次風噴口，主要補充煤粉燃盡所需的其余空氣量，同時將下沖的火焰氣流沖折轉向上，沿爐室中軸線上升，從而形成W型火焰。輻射爐室的作用則是進一步完成煤粉的燃燒，并使燃燒產物通過與受熱面之間的換熱后降到設定的爐膛出口溫度。
　　
　　W型火焰鍋爐爐膛下部著火區域幾乎全部由耐火材料覆蓋形成絕熱層，爐膛zui高溫度接近煤的理論燃燒溫度，溫度往往在1500℃以上，目的是保證難燃燒的無煙煤穩定著火燃燒，同時為提高煤粉燃盡性能，運行中又控制較高的省煤器出口氧量(4%～5%)，除了燃料型NOx受很高的燃燒溫度影響而大量生成外，熱力型NOx也在急劇增加，zui終導致了NOx排放濃度居高不下。
　　
　　目前煤粉爐中W型火焰鍋爐NOx的排放濃度zui高，為1000mg/cm3～1500mg/cm3左右。燒煙煤的四角切圓鍋爐由于煙煤的揮發分含量高，同時煤的著火性好，燃燒過程中采用較低的空氣系數，爐膛溫度也較低，NOx排放濃度比W型火焰鍋爐降低了200mg/cm3～300mg/cm3。而循環流化床鍋爐燃燒溫度更低(850℃～900℃)，其NOx排放濃度都小于200mg/cm3。
　　
　　基于以上原因，國投晉城熱電有限公司兩臺鍋爐脫硝系統及裝置，采用脫硝效率zui高的選擇性催化還原法(SCR)，效率不小于85%。脫硝系統運行時入口NOx含量數值為1100mg/Nm3，脫硝反應器出口處煙氣中NOx含量不大于165mg/Nm3，滿足國家環保標準對W型火焰鍋爐的NOx排放量小于200mg/Nm3的要求。
　　
　　1、SCR脫硝系統介紹
　　
　　1.1、SCR脫硝原理
　　
　　SCR技術是還原劑在催化劑作用下，選擇性地與NOx反應生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”。基本反應方程式為：
　　
　　1.2、SCR系統概述
　　
　　兩臺W型火焰鍋爐還原劑使用液氨，液氨蒸發系統采用蒸汽加熱形式。每臺鍋爐配有兩臺SCR反應器，每臺SCR反應裝置設置二層蜂窩狀催化劑，并留有遠景增加第三層催化劑的空間。脫硝裝置反應器布置采用高灰布置方案，布置在省煤器和空預器之間、電除塵器入口煙道上方，并設置SCR煙氣全旁路系統。
　　
　　煙氣脫硝裝置從布置上可分為氨區和SCR區，從系統功能上可主體分為脫硝劑存儲和供應、脫硝反應兩個系統。
　　
　　脫硝劑存儲和供應系統主要為脫硝反應系統(SCR裝置)提供氨氣供脫硝反應使用，包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨蒸發器、氣氨緩沖罐、氨氣稀釋罐、廢水池、廢水泵。廠外的液氨由液氨槽車運至液氨卸料站，利用液氨槽車自身壓力、氨卸料壓縮機增壓的方式將液氨由槽車輸入至液氨儲罐內儲存，依靠儲罐內自身壓力或利用液氨供應泵將液氨儲罐中的液氨輸送到液氨蒸發器內經蒸汽加熱蒸發為氨氣，并通過氣氨緩沖罐來穩定其壓力后送達脫硝反應區。液氨儲存及氣氨蒸發系統緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋罐中，經水吸收后排入廢水池，再經由廢水泵打至工業廢水池進行集中處理。
　　
　　脫硝反應系統主要是由煙氣系統、氨、空氣混合系統、氨噴射稀釋系統、SCR反應器、催化劑、吹灰及控制系統組成。氨氣和空氣在混合器和管路內進行稀釋、均勻混合后，通過氨噴射系統與煙氣在省煤器出口處接觸，經靜態混合器與煙氣充分混合，進入省煤器出口的兩個反應器中，進行脫硝反應。當脫硝反應系統故障需停下檢修時，煙氣從100%煙氣旁路通過，確保鍋爐連續正常運行。每臺機組的脫硝反應區設置16臺聲波吹灰器。
　　
　　2、SCR脫硝系統運行中的注意事項
　　
　　2.1、SCR反應區吹灰器的運行
　　
　　a)運行中反應器內催化劑會出現積灰，而出現堵孔現象，必須監視催化劑層前后的壓差。當反應器的差壓比正常的差壓增加超過10%時，增加吹灰次數。嚴禁差壓>800Pa;
　　
　　b)機組啟動、運行、停止過程，必須嚴格控制和調整燃燒，以降低進入反應區的可燃物，防止SCR區沉積可燃物而出現二次燃燒。在鍋爐停機前，務必投用吹灰一次，以免有飛灰附著在催化劑上，而鍋爐停爐后飛灰冷卻黏附在催化劑上;
　　
　　c)鍋爐點火后進行連續吹灰，程序控制;
　　
　　d)當SCR反應塔入口煙氣溫度較底時，應適當增加吹灰次數。
　　
　　2.2、催化劑的運行
　　
　　催化劑設計溫度為313℃～420℃。為延長催化劑壽命，煙氣長期zui低溫度為313℃，短期運行zui低溫度為280℃，短期運行zui長時間為10h，需要相同時間(10h在350℃以上)恢復催化劑活性。
　　
　　SCR反應器內催化劑能滿足煙氣溫度不高于420℃的情況下長期運行，同時能承受運行溫度450℃(每次不低于5h，一年不低于3次)考驗，而不產生任何損壞。
　　
　　2.3、氨氣的防護
　　
　　氨氣有劇烈的刺激和臭味，具有腐蝕性，濃度高的氨氣，會直接侵害眼睛，咽喉等部位，引起呼吸困難，支氣管炎，肺炎等，嚴重時會導致死亡。同時具有可燃性，氨的燃點是651℃，與空氣混合15%～28%(體積比)或與氧氣混合14.8-79%(體積比)時遇火源即刻爆炸。所以在就地操作時注意防護措施。
　　
　　2.4、空預器的運行注意事項
　　
　　煙氣中含有SO2，設置在脫硝裝置下游的空預器冷端的工作溫度范圍，是有利于NH4HSO4的析出。它與煙中的飛灰粘在一起，粘附在空預器的傳熱元件上，從而導致空預器壓差的升高，所以運行中要監視空預器的前后壓差，加強空預器的吹灰。