摘要：針對300MW機組(zu)運行現狀，提(ti)供(gong)了利用低溫氧化技術對鍋爐煙氣中氮氧化物進(jin)行脫除的改(gai)(gai)造方案，以(yi)滿足最新(xin)的環保排放要(yao)求，同時(shi)減輕選擇性(xing)催化還原(SCR)系統運行壓力和氨逃逸造成的空預器堵塞(sai)等疑難問題(ti)，為同類型機組(zu)進(jin)行深度減排改(gai)(gai)造提(ti)供(gong)借(jie)鑒和指導意義。

關鍵詞：低溫氧化脫硝;深度減排;氨逃逸;空預器堵塞;

 火電(dian)行業(ye)超低排放(fang)是指火電(dian)廠燃煤鍋爐在發電(dian)運(yun)行、末端治理等過程中，采用多種污染物高效協同(tong)脫(tuo)除集成系(xi)統技術，使(shi)其大氣污染物排放(fang)濃(nong)度達到天然氣燃氣輪(lun)機組標(biao)準的排放(fang)限值，即煙塵(chen)、二氧(yang)化(hua)硫和氮氧(yang)化(hua)物排放(fang)濃(nong)度分別不高于(yu)10、35、50mg/Nm3。

本項目機組在現(xian)(xian)有SCR脫(tuo)硝(xiao)系統(tong)基礎上增設制氧-臭(chou)氧脫(tuo)硝(xiao)系統(tong)的(de)改(gai)造(zao)方(fang)案，從運行安(an)全角度(du)考慮，增加臭(chou)氧噴射設備，通(tong)過減(jian)(jian)(jian)少(shao)噴氨(an)量或減(jian)(jian)(jian)少(shao)現(xian)(xian)有催化劑數量等方(fang)式，適當調高SCR出口NOx濃度(du)，既能(neng)實(shi)現(xian)(xian)NOx深度(du)減(jian)(jian)(jian)排，符(fu)合國家(jia)節能(neng)減(jian)(jian)(jian)排政策(ce)，又能(neng)減(jian)(jian)(jian)輕現(xian)(xian)有脫(tuo)硝(xiao)系統(tong)的(de)負荷出力和脫(tuo)除氨(an)逃(tao)逸(yi)造(zao)成(cheng)的(de)空預器堵塞等問題，并通(tong)過預留擴展空間為后續實(shi)現(xian)(xian)NOx近(jin)零(ling)排放做鋪(pu)墊。

1 改造方案設計

 該項目采(cai)用在現有石(shi)灰石(shi)-石(shi)膏法脫(tuo)硫塔前(qian)的(de)(de)入口煙(yan)道上布置(zhi)臭氧噴射裝(zhuang)置(zhi)，在SCR出(chu)口NOx排放濃度60mg/Nm3的(de)(de)工況下，通過(guo)臭氧氧化脫(tuo)硝(xiao)裝(zhuang)置(zhi)將NOx排放濃度降(jiang)至30mg/Nm3，達到深度減排的(de)(de)目的(de)(de)。圖(tu)1為臭氧低溫氧化脫(tuo)硝(xiao)系統的(de)(de)改造示意圖(tu)。

1.1 現有機組脫硝系統概況

本項目火電(dian)機(ji)組為(wei)亞(ya)臨(lin)界(jie)參數、自然循環、前后(hou)墻對(dui)沖(chong)燃燒方(fang)式(shi)(shi)(shi)、一次中間再熱、單爐膛平(ping)衡(heng)通(tong)風、固態排渣、緊(jin)身封(feng)閉、全(quan)鋼構架的∏型汽(qi)包爐。采(cai)用中速磨(mo)配冷一次風機(ji)，正壓直吹(chui)式(shi)(shi)(shi)制粉系(xi)統，每(mei)臺(tai)鍋爐配5臺(tai)磨(mo)煤機(ji)，4臺(tai)運行(xing)，1臺(tai)備用。脫(tuo)硝(xiao)(xiao)系(xi)統采(cai)用液氨工(gong)藝SCR脫(tuo)硝(xiao)(xiao)技術，配以“2+1”模式(shi)(shi)(shi)布置蜂窩式(shi)(shi)(shi)催化劑，設計脫(tuo)硝(xiao)(xiao)效率為(wei)80%。機(ji)組發電(dian)機(ji)功率隨全(quan)年運行(xing)小(xiao)時數的變化分(fen)別參見圖2所(suo)示。

經(jing)計算，機(ji)(ji)組平均負(fu)荷為230MW，負(fu)荷率為70%，煙(yan)囪入口處凈煙(yan)NOx排放值(zhi)約35mg/Nm3,SCR催化劑效(xiao)率已經(jing)由(you)設計值(zhi)80%升高(gao)至88.30%,SCR入口NOx濃度超過(guo)300mg/Nm3時，SCR脫硝系(xi)統(tong)(tong)的(de)運行壓力會更大(da)。因(yin)此，催化劑的(de)使用(yong)壽命(ming)受到了限制(zhi)、效(xiao)率已接(jie)近正常運行臨界(jie)點(dian)。從(cong)圖2-b可知，凈煙(yan)氣NOx排放值(zhi)時常超過(guo)50mg/Nm3，表(biao)明SCR系(xi)統(tong)(tong)隨機(ji)(ji)組負(fu)荷或者煤種(zhong)的(de)波動自動調節響(xiang)應滯后，嚴重(zhong)影(ying)響(xiang)機(ji)(ji)組人(ren)員的(de)正常調控，導致(zhi)噴氨調門忽大(da)忽小，可能造(zao)成(cheng)氨逃逸率過(guo)大(da)。由(you)于機(ji)(ji)組SCR脫硝系(xi)統(tong)(tong)備用(yong)層也(ye)裝配(pei)了催化劑，現(xian)場未預(yu)留(liu)空(kong)間來再次增(zeng)加(jia)(jia)催化劑，因(yin)此無(wu)法(fa)通過(guo)加(jia)(jia)層來增(zeng)加(jia)(jia)脫除(chu)NOx的(de)潛力。

1.2 改造方案的設備配置

本工(gong)程在引風機(ji)出口(kou)至脫硫(liu)塔入口(kou)的(de)煙(yan)(yan)(yan)道內設置(zhi)(zhi)墻式(shi)噴槍(qiang)進(jin)行臭(chou)氧(yang)(yang)/氧(yang)(yang)氣混(hun)合氣體的(de)噴射，并輔以高(gao)壓稀釋風克服(fu)煙(yan)(yan)(yan)道壓力。高(gao)價態的(de)氮氧(yang)(yang)化(hua)物隨煙(yan)(yan)(yan)氣進(jin)入脫硫(liu)塔進(jin)行溶解(jie)和氧(yang)(yang)化(hua)，形成硝酸鈣，經脫硫(liu)廢水系統排出。具體布(bu)置(zhi)(zhi)一(yi)套采(cai)用(yong)吸(xi)附(fu)真空解(jie)吸(xi)法(VPSA)連續制取純度90%～95%的(de)氧(yang)(yang)氣，為臭(chou)氧(yang)(yang)發生器(qi)提(ti)供(gong)氧(yang)(yang)源，兩套采(cai)用(yong)介質(zhi)(zhi)阻擋放電的(de)技術原理的(de)管(guan)式(shi)臭(chou)氧(yang)(yang)發生器(qi)來(lai)生產(chan)臭(chou)氧(yang)(yang)介質(zhi)(zhi)，臭(chou)氧(yang)(yang)介質(zhi)(zhi)通過一(yi)套活性(xing)分(fen)子反(fan)應器(qi)裝(zhuang)噴射裝(zhuang)置(zhi)(zhi)噴進(jin)脫硫(liu)塔前的(de)煙(yan)(yan)(yan)道煙(yan)(yan)(yan)氣中(zhong)進(jin)行氧(yang)(yang)化(hua)反(fan)應。

1.3 臭氧脫硝主要系統

1.3.1 制氧系統

采用(yong)(yong)VPSA連(lian)續制(zhi)取純度90%～95%的(de)氧(yang)氣，為臭(chou)氧(yang)發(fa)生器提(ti)供氧(yang)源。普通空氣經(jing)入(ru)口過(guo)濾(lv)(lv)器過(guo)濾(lv)(lv)后(hou)(hou)，由鼓風機送往吸附塔，在吸附塔內(nei)完(wan)成氧(yang)氣的(de)制(zhi)備，在緩沖(chong)罐內(nei)進(jin)行緩沖(chong)后(hou)(hou)，經(jing)一級壓縮氧(yang)壓機后(hou)(hou)進(jin)入(ru)儲氣罐待用(yong)(yong)。空氣制(zhi)氧(yang)后(hou)(hou)的(de)剩余產物經(jing)管道(dao)過(guo)濾(lv)(lv)器、真(zhen)空泵排至(zhi)排氮消(xiao)聲(sheng)器對外排空。

1.3.2 煙道反射噴射系統

臭(chou)氧噴(pen)射(she)系(xi)統由流量調(diao)節(jie)控制(zhi)系(xi)統，臭(chou)氧噴(pen)嘴以及煙(yan)(yan)氣分布器組成，該(gai)系(xi)統能夠滿(man)足(zu)臭(chou)氧與(yu)煙(yan)(yan)氣充分均勻混(hun)合，臭(chou)氧流量數據可(ke)實現遠傳并時(shi)時(shi)可(ke)調(diao)。臭(chou)氧噴(pen)射(she)位置選(xuan)擇靜電(dian)除塵器后部煙(yan)(yan)道，煙(yan)(yan)氣溫度低于200℃，能保證臭(chou)氧與(yu)NOx高效反(fan)(fan)應的溫度區間(jian)(jian)及反(fan)(fan)應時(shi)間(jian)(jian)。

1.3.3 臭氧發生器

采用介質(zhi)阻(zu)擋放電的技術原(yuan)理，將氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)電離后生(sheng)成(cheng)高(gao)濃度的臭氧(yang)、氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體，混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體氧(yang)化(hua)性強，由于部分氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)也攜帶電子(zi)，能進一步增(zeng)加氧(yang)化(hua)反應效率。

1.3.4 冷卻水循環系統

因臭氧發(fa)生器在工作中(zhong)將產生大量熱量，而(er)臭氧發(fa)生器的工作溫(wen)度應小于30℃，故需要設置(zhi)冷(leng)(leng)卻水循環系(xi)(xi)統(tong)降溫(wen)。采用閉路(lu)循環冷(leng)(leng)卻系(xi)(xi)統(tong)，內循環為閉路(lu)循環，采用除鹽水注滿整個系(xi)(xi)統(tong)。外循環直(zhi)接(jie)接(jie)入電廠循環水系(xi)(xi)統(tong)。

臭氧發生(sheng)(sheng)器(qi)冷(leng)卻水設計(ji)內循(xun)環冷(leng)卻水系統，通(tong)過板(ban)式換熱(re)(re)器(qi)換熱(re)(re)，為臭氧發生(sheng)(sheng)器(qi)提(ti)供冷(leng)卻水，可有效防止因外(wai)循(xun)環水質變化（尤其(qi)是(shi)氯(lv)離子與pH值）對(dui)臭氧發生(sheng)(sheng)器(qi)的(de)腐(fu)蝕。

1.3.5 吸收塔系統

采用現有(you)石(shi)(shi)(shi)灰石(shi)(shi)(shi)-石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)法(fa)脫(tuo)(tuo)硫(liu)系統，氧化(hua)反(fan)應產物進(jin)入(ru)脫(tuo)(tuo)硫(liu)塔(ta)與噴淋液(ye)反(fan)應。臭氧反(fan)應后生成的高價態NOx易溶于水(shui)，同(tong)時與石(shi)(shi)(shi)灰石(shi)(shi)(shi)漿(jiang)(jiang)液(ye)生成一定量(liang)的硝酸鹽，含(han)有(you)硝酸鹽的液(ye)體(ti)同(tong)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)漿(jiang)(jiang)液(ye)通過(guo)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)漿(jiang)(jiang)液(ye)泵(beng)排出，進(jin)入(ru)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)脫(tuo)(tuo)水(shui)系統。脫(tuo)(tuo)水(shui)后的固(gu)體(ti)石(shi)(shi)(shi)膏(gao)(gao)外運(yun)使用，脫(tuo)(tuo)除液(ye)體(ti)溢流后進(jin)入(ru)濾液(ye)箱，最終返回到脫(tuo)(tuo)硫(liu)塔(ta)或當氯(lv)離子超標時隨脫(tuo)(tuo)硫(liu)廢水(shui)排出脫(tuo)(tuo)硫(liu)系統。

1.3.6 安全報警系統

系(xi)統根據相應規范設(she)計，臭(chou)氧(yang)(yang)制(zhi)備區(qu)(qu)內安(an)裝臭(chou)氧(yang)(yang)泄漏(lou)(lou)報警(jing)儀、氧(yang)(yang)氣制(zhi)備區(qu)(qu)或者儲存區(qu)(qu)內安(an)裝氧(yang)(yang)氣泄漏(lou)(lou)報警(jing)儀，當這些(xie)區(qu)(qu)域內環境中臭(chou)氧(yang)(yang)/氧(yang)(yang)氣泄露(lu)超標時，系(xi)統輸出(chu)報警(jing)信號。

2 脫硝效果分析

2.1 臭氧脫硝系統投運效果

氧(yang)(yang)化(hua)脫(tuo)硝系統(tong)是按照(zhao)實際SCR后(hou)煙(yan)氣(qi)參數進行(xing)設計的，臭氧(yang)(yang)脫(tuo)硝的效率(lv)(lv)可(ke)達95%以上(shang)，脫(tuo)硝效率(lv)(lv)取決于臭氧(yang)(yang)的噴射(she)量以及(ji)噴射(she)濃度。本項(xiang)目的脫(tuo)硝效率(lv)(lv)設計值(zhi)為不小于75%，即確保氮氧(yang)(yang)化(hua)物在SCR后(hou)不高于60mg/Nm3的條(tiao)件下（這(zhe)時氨逃逸率(lv)(lv)較(jiao)低，有助于減輕空預器堵塞），出口氮氧(yang)(yang)化(hua)物不高于30mg/Nm3。本項(xiang)目氧(yang)(yang)化(hua)脫(tuo)硝系統(tong)主要參數見(jian)表1所示。

本項目增加臭氧脫硝系統后，需要對現有的脫硝系統和脫硫系統進行調節，以確保氨逃逸有效的控制以及氧化后的氮氧化物被吸收。詳細的系統分配如下：
(1) SCR系統(tong)由(you)現有的(de)氮(dan)氧化物50mg/Nm3以(yi)下，升(sheng)高(gao)至60mg/Nm3，脫(tuo)硝效率由(you)88.33%(300mg/Nm3降低(di)至35mg/Nm3）降低(di)至80%(300mg/Nm3降低(di)至60mg/Nm3）。機組SCR催(cui)化劑(ji)的(de)設(she)計效率為(wei)80%，在此(ci)效率下運行，SCR系統(tong)最(zui)為(wei)經濟安全高(gao)效。液氨的(de)噴射量可減少約17.46kg/h，即(ji)全年節(jie)省液氨用(yong)量為(wei)87.31t。

(2)用臭氧氧化法來進行(xing)深(shen)度減排脫硝，將(jiang)氮氧化物控(kong)制(zhi)在(zai)30mg/Nm3以下，確保系統穩(wen)定(ding)達標。

2.2 臭氧脫硝技術應用的環境效益和社會效益

2.2.1 NOx深度減排

本機(ji)組煙氣系統目前(qian)采用SCR脫硝裝置(zhi)控制(zhi)NOx排(pai)放(fang)量，NOx排(pai)放(fang)濃度為50mg/Nm3，符合《火電廠大氣污染(ran)物排(pai)放(fang)標準》（GB13223-2011）中NOx排(pai)放(fang)限制(zhi)要求，機(ji)組年(nian)有效(xiao)利用按5000h計算，鍋爐(lu)NOx年(nian)排(pai)放(fang)總量約262.5t。本工程為了實現深度減(jian)(jian)排(pai)脫硝和(he)減(jian)(jian)少氨(an)逃逸(yi)，在(zai)脫硫塔入口前(qian)增加臭氧脫硝裝置(zhi)，機(ji)組年(nian)減(jian)(jian)少NOx年(nian)排(pai)放(fang)總量約183.75t，這對改善當地的(de)大氣環境質量起(qi)到積(ji)極作(zuo)用。

2.2.2 氨逃逸治理

SCR脫(tuo)硝系統在通常的設計是向催(cui)化(hua)劑上(shang)游的煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)噴(pen)入氨(an)(an)還原劑，首先使氨(an)(an)蒸發，然后氨(an)(an)和稀(xi)釋空氣(qi)(qi)或(huo)(huo)煙(yan)氣(qi)(qi)混合(he)，利(li)用(yong)噴(pen)氨(an)(an)格柵將其噴(pen)入SCR反(fan)(fan)應(ying)器(qi)上(shang)游的煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)，利(li)用(yong)催(cui)化(hua)劑將煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的NOx轉化(hua)為(wei)氮氣(qi)(qi)和水。SCR系統NOx脫(tuo)除效率通常很高(gao)，噴(pen)入到煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的氨(an)(an)幾乎完(wan)全和NOx反(fan)(fan)應(ying)。有一小部(bu)分氨(an)(an)不反(fan)(fan)應(ying)而是作為(wei)氨(an)(an)逃(tao)逸(yi)(yi)離(li)開了反(fan)(fan)應(ying)器(qi)。一般(ban)來(lai)說，對(dui)于新的催(cui)化(hua)劑，氨(an)(an)逃(tao)逸(yi)(yi)量(liang)很低。但是，隨著(zhu)催(cui)化(hua)劑失活(huo)或(huo)(huo)者(zhe)表面(mian)被飛灰覆蓋或(huo)(huo)堵塞，氨(an)(an)逃(tao)逸(yi)(yi)量(liang)就(jiu)會增加(jia)(jia)，為(wei)了維持需(xu)要的NOx脫(tuo)除率，就(jiu)必須增加(jia)(jia)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)NH3/NOx摩(mo)爾比(bi)。

機組(zu)煙氣NOx排(pai)放(fang)濃度約(yue)276～321mg/Nm3，經SCR脫硝裝置(zhi)NOx排(pai)放(fang)濃度約(yue)30～50mg/Nm3，為維持NOx超低排(pai)放(fang)要求，實際運行中(zhong)NH3/NOx摩爾比(bi)較(jiao)高(gao)，在滿足NOx環保排(pai)放(fang)要求同時，也(ye)導致脫硝裝置(zhi)出口的氨逃(tao)逸(yi)較(jiao)高(gao)，加劇了尾(wei)部空預(yu)器的堵塞。

本工程通過在(zai)機(ji)組煙道增加臭氧(yang)脫(tuo)硝(xiao)(xiao)裝置，降(jiang)低(di)了(le)SCR脫(tuo)硝(xiao)(xiao)NH3/NOx摩爾比(bi)，氨逃逸(yi)率(lv)可降(jiang)低(di)至2.3mg/Nm3以內(nei)，使NOx排放濃度(du)降(jiang)低(di)至30mg/Nm3以內(nei)，本臭氧(yang)脫(tuo)硝(xiao)(xiao)工程的實施(shi)，將進(jin)一步降(jiang)低(di)SCR運行壓力（也可適當的減少催化劑填充量）和NOx排放量，并解決氨逃逸(yi)疑難問題，而且不會對(dui)環境(jing)造成新的二次污染。

2.2.3 社會效益

火電(dian)廠(chang)排放(fang)的(de)(de)NOx除形成(cheng)酸雨外，還(huan)會與(yu)碳氫化合(he)物反應生成(cheng)致癌物質，對人體造成(cheng)嚴重影響(xiang)。因此，通過臭氧(yang)脫(tuo)硝(xiao)工程的(de)(de)實施可適當的(de)(de)減(jian)(jian)少催化劑填(tian)充質量并可減(jian)(jian)少NOx排放(fang)量，將有助于(yu)改善當地(di)大氣環境(jing)，具有良好的(de)(de)社(she)會效益。

3 結論

本次(ci)改造工程的投(tou)產(chan)運行，在現有SCR脫(tuo)硝(xiao)(xiao)系統(tong)基礎上增設制氧(yang)-臭(chou)氧(yang)氧(yang)化脫(tuo)硝(xiao)(xiao)系統(tong)的改造方(fang)案，從運行安全角度(du)考慮，增加臭(chou)氧(yang)噴射(she)設備，通過減(jian)少噴氨(an)量或減(jian)少現有催化劑數量等方(fang)式，適當調(diao)高SCR出口NOx濃度(du)，既能(neng)實現NOx深(shen)度(du)減(jian)排(pai)，又(you)能(neng)減(jian)輕(qing)現有脫(tuo)硝(xiao)(xiao)系統(tong)的負(fu)荷出力(li)和(he)脫(tuo)除氨(an)逃逸等問題(ti)。

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