大气环境的污染问题正在引起越来越多的人们关注, 大气污染引起的环境问题主要是全球变暖、臭氧层破坏和酸雨产生, 其中的酸雨不仅影响到人类的健康和农作物及植物的生长, 而且对建筑物及雕像也造成侵蚀和破坏, 其造成的危害也越来越引起人们的重视。
1 氮氧化物控制和治理的必要性
近几年, 随着我国电力工业的快速发展, 以600MW等级以上大型火力发电厂的急剧建设和投产, 氮化物的排放量急剧增加, 如果不加以控制和治理, 其对环境造成的危害将越来越大。为遏制氮化物的排放, 我国政府在2000年4月29日对《大气污染防治法》进行了修订。国家环保总局也对火力发电厂的氮化物排放量进行了明确限定和要求。火力发电厂在氮化物的控制方面, 由于采用了低NOx燃烧器、煤粉浓淡分离、烟气再循环等技术, 氮化物的排放量一般能够达到的国家环保排放的要求。但随着电力工业发展, 造成的氮化物排放总量也在急剧增加。因此, 如何控制氮化物产生的总量, 就势在必行, 也是当务之急。为此, 国家环保总局本着突出重点、量力而行、循序渐进的原则, 提出了控制氮化物排放源的一系列法律规定。并要求:在发展火力发电的同时, 加强控制氮化物的排放量。
2 常用火力发电厂脱硝方式比较
目前世界上火力发电厂脱硝技术流行的有选择性催化还原法 (SCR) 和非选择性催化还原法 (SNCR) 两种方式。SNCR技术的原理是在锅炉内适当温度 (一般为900℃～1100℃) 的烟气中喷入尿素或氨等还原剂, 将NOx还原为无害的N2、H2O。根据国外的工程经验, 该技术B-MCR工况下脱硝效率约为25%～50%。所以, 该技术大型火力发电机组已不再采用。另一种S C R反应器通常布置在锅炉省煤器和空气预热器之间 (高含尘区布置) 。省煤器出口的烟气垂直进入SCR反应器, 经过各层催化剂模块将NOx还原为无害的N2、H2O。上述反应温度可以在300℃～400℃之间进行, 该温度相当于省煤器与空气预热器之间的烟气温度。且该技术B-MCR工况下脱硝效率约为70%～90%, 所以, 在大型锅炉上均选用SCR反应器。
目前, 国内大型火力发电厂常规的设计脱硝技术方案为:两台机组为一台安装脱硝设备, 另一台预留脱硝设备安装位置, 安装脱硝设备机组的脱硝效率原则上不低于80%一次规划设计 (锅炉BMCR工况) , 分步实施。安装脱硝设备的机组S C R催化剂模块按照一次安装2层, 预留一层考虑。但该方案的缺点是:造成锅炉设计时不能充分考虑到后来加装脱硝设备对锅炉尾部进入空气预热器烟气温度、流速的影响, 造成加装后锅炉一、二次风温下降, 排烟温度上升、锅炉效率下降等问题。例如:国内某电厂2 X 6 0 0 M W超临界机组对加装脱硝的后#2锅炉在运行过程中做了加装前后性能指标实测对比:江苏省电力试验研究院于2006年9月5日～9月15日对2#机组在机组加装脱硝装置前测试的性能指标和加装脱硝装置后锅炉的NOx优化调整试验实测和比较分析, 加装脱硝装置后对锅炉主要有以下影响。
(1) 2#锅炉加装前效率94.44%, 加装后炉效率93.56%, 约影响锅炉效率0.88%。
(2) 在同样负荷下, 加装后比加装前一次风温度50%负荷下低15℃～20℃, 70%负荷下低30℃, 100%负荷时只有280℃, 较设计温度329℃要低50℃左右。
(3) 由于热一次风温度过低, 导致制粉系统的干燥出力不足, 制粉系统运行过程中, 冬季各冷风调节档板处于关闭状态, 影响了制粉系统的调节性能。夏季影响相对较小, 但由于冷风温度较高, 排烟温度已高出设计温度140℃较大, 最高达到152℃。
(4) 送入的稀释风未参与燃烧而直接反映在空预器入口的氧化锆测量上, 从而导致测量出的氧量偏高0.2以上。
为了解决以上问题, 利用机组第一次大修时更换了更大出力的引风机来解决加装脱硝后排烟阻力增大, 造成引风机出力不能满足机组安全运行的要求;为了提高一、二次风温, 降低排烟温度, 对空气预热器进行改造, 增加换热面积。但改造后总体效果不是很好。
3 港电脱硝方案论证
国华港电一期工程建设2x660MW超超临界燃煤发电机组, 初步设计时设计单位也考虑选择上述国内常用方案。但随后港电公司及时组织召开了脱硝技术专题研讨会, 经过与会资深专家的认真讨论和论证, 对此方案进行了优化设计。
3.1 具体设计原则
(1) 二台炉同步建设烟气脱硝装置, 烟气脱硝方案采用选择性催化还原法 (SCR) 工艺, SCR反应器考虑布置在锅炉省煤器和空气预热器之间 (高含尘区布置) ; (2) 脱硝系统按脱硝效率不低于80%, 一次规划设计 (锅炉BMCR工况) , 分步实施; (3) 催化剂模块按照安装1层, 预留2层设计考虑; (4) SCR不设烟气旁路系统; (5) 增大了空气预热器换热面积, 消除加装脱硝后对一、二次风温的影响。
3.2 优化后的优点
(1) 在保证总体脱硝效率不降低的情况下, 二台炉同步安装了烟气脱硝装置, 减少了将来投产后加装脱硝设备带来的施工安全隐患; (2) 在锅炉设计阶段就能够很好的考虑脱硝设备对锅炉一、二次烟温、排烟温度、空气预热器的影响, 避免了由于加装脱硝装置所引起的锅炉效率的下降; (3) 综合对比分析, 减少了投产后加装脱硝增加的引风机改造等施工费用; (4) 为下一步提高脱硝效率加装脱硝催化剂模块创造了有利的安装条件 (只要加装催化剂即可) 。
4 结语
从理论上分析, 国华港电工程优化后的脱硝方案, 具有脱硝效率高、经济性好、实用性强等优点, 目前港电工程已按照此方案建设, 相信将来会被同行业普遍借鉴和引用。
摘要：本文介绍了国华陈家港发电有限公司通过收集国内一些电厂的脱硝资料, 了解脱硝设备的实际运行情况和容易出现的问题, 从而在燃煤发电厂脱硝技术应用上的改进和优化。
关键词：环境污染,脱硝,优化
参考文献
[1] 史亚乐.燃煤电站脱硝技术的应用[J].电力勘测设计, 2004, 6.
[2] 王振宇.燃煤电厂的除尘、脱硫、脱硝技术[J].环境保护科学, 2005, 2.