论文部分内容阅读
【摘 要】随着现代工业生产的发展和生活水平的提高，防止大气污染已成为世界范围内的难题。在以煤和油为燃料的锅炉上增加消除NOx设备的技术措施，日本早已实施并定出了严格的NOx排放标准。我国要求新建火电厂必须同步建设脱硝设施，已投产的电厂要求通过技术改造安装脱硝装置，并同步出台了脱硝电价补贴政策和有史以来最严格的新版《火电厂大气污染物排放标准》，对火电厂执行新的烟尘、二氧化硫、氮氧化合物排放标准提出更高的要求。
【关键词】火电厂；锅炉脱硝系统；技术分析；安全运行；
一、脱硝技术的分析及运行状况
1、脱硝技术的分类
针对火电厂中对NOx控制的技术主要分为两类，一种是在燃烧的过程中对炉内氮氧化物控制的技术，主要的特点是控制在燃烧过程中NOx的生成，包括对炉型及设计参数的选择、运行的调整技术，除此还有对控制燃烧过程中所生成的燃烧型、热力型及快速型三种机理的氮氧化物；还有一种是燃烧后的控制技术，也就是烟气脱硝技术，主要的特点就是把烟气所生成的NOx固定成为氮气。炉内的氮氧化物控制技术一般是以降低锅炉热力效率为代价，其中炉后的烟气脱硝技术中的选择性催化还原法，效率比较高，是一种比较有潜力的脱硝技术。
2、炉内脱硝技术的生成
对于NOx生成主要有两种机理，炉内的脱硝技术也可以分为两种类型。第一类，是对炉内燃烧的温度降低，这样可以减少热力型NOx的生成；第二类，是营造煤粉着火区域的还原性气氛以减少燃料型的NOx生成，在具体的应用上，经常会出现两种技术综合的情况，既可以降低燃烧的温度，也可以降低着火区域的氧气浓度。用改变燃烧条件的办法，来对NOx的排放进行降低，统称为低NOx燃烧技术。低NOx燃烧技术主要包括低氧的燃烧、分级的燃烧及延期的再循环。任何一种NOx燃烧技术都会涉及到炉膛燃烧的安全方面的问题，所以低NOx燃烧技术存在着一定的局限性，主要是可以降低NOx的排放浓度。在对循环流化床燃烧的技术中，把煤和脱硫剂仪器送入增压的流化床内燃烧，实践可以证明，在流化床悬浮时段喷入氨，可以是NOx的排放量进行有效的降低。
3、脱硝系统运行状况
由于脱硝系统安装在省煤器和空预器之间属于高尘布置，烟气中灰尘含量大，加之进行配煤掺烧，煤质较设计煤种偏差较大，烟尘量进一步增加，造成脱硝出口NOx表计频繁堵塞，导致指示不准确，经常出现出口NOx含量高于入口的情况，影响脱硝效率的计算，要维持规定的脱硝效率，必然导致氨气消耗量大幅上升。
烟气含尘量多，激光镜片上积灰严重，导致氨逃逸率表计的透光率大幅下降，氨逃逸率表計指示不准频繁跳变，严重影响脱硝系统的正常运行，且无法正常反映催化剂的反应情况。
脱硝系统催化剂积灰严重，脱硝阻力增加，最严重时阻力达800Pa，超过正常值200Pa。
在负荷低于200MW以下时，脱硝入口烟气温度低于300℃，由于脱硝系统逻辑设计不合理，脱硝无法自动停运，因此在监视不到位的情况下，脱硝依然运行。此时，由于烟温低催化剂活性低导致与氨气反应的效果差，氨气逃逸率高，硫酸氢氨形成量增加，硫酸氢氨沉积在催化剂表面，在空气预热器换热管上冷凝析出晶体物质，与烟尘粘结一起沉积，降低了催化剂的活性并影响催化剂寿命，增大了空预器的换热阻力并增加了堵塞、腐蚀的风险。
在调整喷氨流量时氨气流量波动大极易造成喷氨流量快速增加，使得空氨比快速升高，导致脱硝跳闸，严重影响脱硝系统的正常运行并降低脱硝的投运率和安全性。
在运行中为控制脱硝效率，使得脱硝出口NOx含量远远低于国家标准，使得氨气消耗量大，增加了脱硝运行的费用，降低运行经济性。
二、解决方法
1、解决气氨蒸发槽蒸汽压力不稳定氨区气氨蒸发槽蒸汽压力来自机组高缸排汽，压力、温度随机组负荷变化较大，加之氨区供汽母管采用的是压力自开调节阀，蒸汽压力越高调节阀开的越大。经过选型改造为压力自关调节阀后，压力可稳定在0.4MPa左右，为气氨蒸发槽保证了可靠稳定的蒸汽压力，保证了气氨蒸发槽的稳定运行。
2、解决气氨流量波动问题首先对气氨蒸发槽蒸汽调门和气氨调门进行解体检查和更换，确保调门线性正常，再对自动调节装置进行调整，由原来的根据蒸发槽出口压力调节改为根据气氨蒸发槽气氨压力及蒸汽温度同时调整，从而保证了气氨压力的稳定。
3、解决SCR区气氨调整门自动问题确保SCR区气氨调整门线性正常，气氨调整门投入自动，实现微调、细调，从而达到稳定SCR区气氨流量的目的。
4、SCR反应器吹灰系统正常投运为防止SCR反应器催化剂表面积灰堵塞降低其性能，设置有蒸汽吹灰和声波吹灰系统。声波吹灰器是采用仪用压缩空气做为动力源，利用金属膜片在压缩空气的作用下产生声波，高响度声波能引起粉尘共振而处于游离状态，防止灰尘粘合、累积在催化剂和SCR反应器内的其它表面上，并对积灰产生高加速度剥离作用和振动疲劳破碎作用，积灰产生松动而落下，接着这些粉尘颗粒被气流和重力清除出这些设备表面并被带出系统。
5、优化燃烧调整低氮燃烧器改造后的燃烧调整在确保锅炉燃烧稳定、完全，锅炉排烟温度稳定，减温水、事故喷水用量尽可能小的前提下，适当控制二次风旋流叶片、燃尽风开度，燃尽风根据氧量情况控制氧量在4.0%，入炉煤热值较高时，给粉机转速相对较低，双制粉系统运行时，选择停运上层给粉机并关小其一、二次风门来控制氮氧化物排放数值。
6、强化运行管理将脱硝系统参数出入口烟气NOx含量及氨气消耗量纳入小指标竞赛，并进行奖惩；及时对脱硝系统各数据进行分析和对比，及时提出针对性的运行调整方案；运行人员定期及不定期对脱硝系统气氨泄漏情况进行检查，确保氨逃逸率小于3ppm，发现问题及时处理，以减少不必要的气氨消耗；对于脱硝系统的检修工作提高监护级别，防止不安全事件的发生。 三、选择性非催化还原脱硝技术
选择性非催化还原脱硝技术是在锅炉的炉膛焰角上方或是过热器及尿素等作为还原剂，反应时的温度控制在800℃-1000℃，如果温度低于800℃是，会使脱硝率降低，选择性非催化还原脱硝技术的脱硝效率为30%-50%，氨气的逃逸率比较大，会对环境造成一定的污染。该工艺会通过现有的中小型锅炉来对此进行改造，投资的费用比较低，逃逸率较高是脱硝的效率也降低。混合选择性催化还原脱硝技术和选择性非催化还原脱硝技术在排放标准比较低时，可以只留下选择性非催化还原脱硝技术，等排放标准后来对选择性催化还原脱硝进行建立。
低温的选择性催化还原脱硝工艺一般是指选择性催化还原脱硝反应器内采用催化剂适应的温度要在120℃-300℃之间。低温的选择性催化还原脱硝技术研究的目标主要是集中在3个方面：
（1）低温的催化剂的固有特性、活性及选择性。
（2）烟气成分及温度环境对形成硫酸氨、硝酸氨及氧化亚氮等方面的影响。
（3）低温下烟气中水蒸气对催化剂的影响研究有待进一步的深入。
四、解决对策
1、解决脱硝CMS表计频繁故障。首先针对实际运行中烟尘含量大易造成表管堵塞的问题，将原设计的每四小时反吹一次，修改为每两小时反吹一次，将反吹压力由原來的0.2MPa修改为0.4MPa。再将表计的定期标定时间由原来的两周一次改为一周一次，并加大对表计的定期维护工作，对氨逃逸率每天进行清理，以保证其透光率和表计的正常指示。
2、解决氨气流量波动问题。首先对氨气蒸发槽蒸汽调门和氨气调门进行解体检查和更换，确保调门线性正常，再对自动调节装置进行调整，由原来的根据蒸发槽出口压力调节改为根据SCR区喷氨调门前压力调整，从而保证了喷氨压力的稳定。
3、强化运行管理。将脱硝出入口烟气NOx含量及氨气消耗量纳入小指标竞赛，并进行奖惩；运行主管及时对脱硝系统各数据进行分析和对比，及时提出针对性的运行调整方案；每天运行人员定期对脱硝系统漏氨情况进行检查，发现问题及时处理，以减少不必要的氨气消耗；对于脱硝系统的检修工作提高监护级别，防止不安全事件的发生。
结语：
火力发电厂烟气脱硝技术对于发电厂乃以及整个人类的健康具有相当重要的作用。我们除了一如既往的摸索燃烧控制方面的现有技术以及探索其它新方法之外，还应该继续建立对SCR烟气脱硝技术的研究，通过不停的努力进而解决在实践之中存在的种种问题，不断加快立足于我国物质以及技术基础的相关研究应用的试点工作。
参考文献：
[1]王志轩；《我国燃煤电厂脱硝产业化发展的思考》[C]；中国电力，2009（42）
[2]孔月新、夏友刚、王士明、周广；《浅谈当前火电厂烟气脱硫技术的发展概况及其应用》；2010-10
[3]吴忠标；《燃煤工业锅炉烟气脱硫脱硝技术及发展趋势》；浙江大学环境与资源学院2005-10
【关键词】火电厂；锅炉脱硝系统；技术分析；安全运行；
一、脱硝技术的分析及运行状况
1、脱硝技术的分类
针对火电厂中对NOx控制的技术主要分为两类，一种是在燃烧的过程中对炉内氮氧化物控制的技术，主要的特点是控制在燃烧过程中NOx的生成，包括对炉型及设计参数的选择、运行的调整技术，除此还有对控制燃烧过程中所生成的燃烧型、热力型及快速型三种机理的氮氧化物；还有一种是燃烧后的控制技术，也就是烟气脱硝技术，主要的特点就是把烟气所生成的NOx固定成为氮气。炉内的氮氧化物控制技术一般是以降低锅炉热力效率为代价，其中炉后的烟气脱硝技术中的选择性催化还原法，效率比较高，是一种比较有潜力的脱硝技术。
2、炉内脱硝技术的生成
对于NOx生成主要有两种机理，炉内的脱硝技术也可以分为两种类型。第一类，是对炉内燃烧的温度降低，这样可以减少热力型NOx的生成；第二类，是营造煤粉着火区域的还原性气氛以减少燃料型的NOx生成，在具体的应用上，经常会出现两种技术综合的情况，既可以降低燃烧的温度，也可以降低着火区域的氧气浓度。用改变燃烧条件的办法，来对NOx的排放进行降低，统称为低NOx燃烧技术。低NOx燃烧技术主要包括低氧的燃烧、分级的燃烧及延期的再循环。任何一种NOx燃烧技术都会涉及到炉膛燃烧的安全方面的问题，所以低NOx燃烧技术存在着一定的局限性，主要是可以降低NOx的排放浓度。在对循环流化床燃烧的技术中，把煤和脱硫剂仪器送入增压的流化床内燃烧，实践可以证明，在流化床悬浮时段喷入氨，可以是NOx的排放量进行有效的降低。
3、脱硝系统运行状况
由于脱硝系统安装在省煤器和空预器之间属于高尘布置，烟气中灰尘含量大，加之进行配煤掺烧，煤质较设计煤种偏差较大，烟尘量进一步增加，造成脱硝出口NOx表计频繁堵塞，导致指示不准确，经常出现出口NOx含量高于入口的情况，影响脱硝效率的计算，要维持规定的脱硝效率，必然导致氨气消耗量大幅上升。
烟气含尘量多，激光镜片上积灰严重，导致氨逃逸率表计的透光率大幅下降，氨逃逸率表計指示不准频繁跳变，严重影响脱硝系统的正常运行，且无法正常反映催化剂的反应情况。
脱硝系统催化剂积灰严重，脱硝阻力增加，最严重时阻力达800Pa，超过正常值200Pa。
在负荷低于200MW以下时，脱硝入口烟气温度低于300℃，由于脱硝系统逻辑设计不合理，脱硝无法自动停运，因此在监视不到位的情况下，脱硝依然运行。此时，由于烟温低催化剂活性低导致与氨气反应的效果差，氨气逃逸率高，硫酸氢氨形成量增加，硫酸氢氨沉积在催化剂表面，在空气预热器换热管上冷凝析出晶体物质，与烟尘粘结一起沉积，降低了催化剂的活性并影响催化剂寿命，增大了空预器的换热阻力并增加了堵塞、腐蚀的风险。
在调整喷氨流量时氨气流量波动大极易造成喷氨流量快速增加，使得空氨比快速升高，导致脱硝跳闸，严重影响脱硝系统的正常运行并降低脱硝的投运率和安全性。
在运行中为控制脱硝效率，使得脱硝出口NOx含量远远低于国家标准，使得氨气消耗量大，增加了脱硝运行的费用，降低运行经济性。
二、解决方法
1、解决气氨蒸发槽蒸汽压力不稳定氨区气氨蒸发槽蒸汽压力来自机组高缸排汽，压力、温度随机组负荷变化较大，加之氨区供汽母管采用的是压力自开调节阀，蒸汽压力越高调节阀开的越大。经过选型改造为压力自关调节阀后，压力可稳定在0.4MPa左右，为气氨蒸发槽保证了可靠稳定的蒸汽压力，保证了气氨蒸发槽的稳定运行。
2、解决气氨流量波动问题首先对气氨蒸发槽蒸汽调门和气氨调门进行解体检查和更换，确保调门线性正常，再对自动调节装置进行调整，由原来的根据蒸发槽出口压力调节改为根据气氨蒸发槽气氨压力及蒸汽温度同时调整，从而保证了气氨压力的稳定。
3、解决SCR区气氨调整门自动问题确保SCR区气氨调整门线性正常，气氨调整门投入自动，实现微调、细调，从而达到稳定SCR区气氨流量的目的。
4、SCR反应器吹灰系统正常投运为防止SCR反应器催化剂表面积灰堵塞降低其性能，设置有蒸汽吹灰和声波吹灰系统。声波吹灰器是采用仪用压缩空气做为动力源，利用金属膜片在压缩空气的作用下产生声波，高响度声波能引起粉尘共振而处于游离状态，防止灰尘粘合、累积在催化剂和SCR反应器内的其它表面上，并对积灰产生高加速度剥离作用和振动疲劳破碎作用，积灰产生松动而落下，接着这些粉尘颗粒被气流和重力清除出这些设备表面并被带出系统。
5、优化燃烧调整低氮燃烧器改造后的燃烧调整在确保锅炉燃烧稳定、完全，锅炉排烟温度稳定，减温水、事故喷水用量尽可能小的前提下，适当控制二次风旋流叶片、燃尽风开度，燃尽风根据氧量情况控制氧量在4.0%，入炉煤热值较高时，给粉机转速相对较低，双制粉系统运行时，选择停运上层给粉机并关小其一、二次风门来控制氮氧化物排放数值。
6、强化运行管理将脱硝系统参数出入口烟气NOx含量及氨气消耗量纳入小指标竞赛，并进行奖惩；及时对脱硝系统各数据进行分析和对比，及时提出针对性的运行调整方案；运行人员定期及不定期对脱硝系统气氨泄漏情况进行检查，确保氨逃逸率小于3ppm，发现问题及时处理，以减少不必要的气氨消耗；对于脱硝系统的检修工作提高监护级别，防止不安全事件的发生。 三、选择性非催化还原脱硝技术
选择性非催化还原脱硝技术是在锅炉的炉膛焰角上方或是过热器及尿素等作为还原剂，反应时的温度控制在800℃-1000℃，如果温度低于800℃是，会使脱硝率降低，选择性非催化还原脱硝技术的脱硝效率为30%-50%，氨气的逃逸率比较大，会对环境造成一定的污染。该工艺会通过现有的中小型锅炉来对此进行改造，投资的费用比较低，逃逸率较高是脱硝的效率也降低。混合选择性催化还原脱硝技术和选择性非催化还原脱硝技术在排放标准比较低时，可以只留下选择性非催化还原脱硝技术，等排放标准后来对选择性催化还原脱硝进行建立。
低温的选择性催化还原脱硝工艺一般是指选择性催化还原脱硝反应器内采用催化剂适应的温度要在120℃-300℃之间。低温的选择性催化还原脱硝技术研究的目标主要是集中在3个方面：
（1）低温的催化剂的固有特性、活性及选择性。
（2）烟气成分及温度环境对形成硫酸氨、硝酸氨及氧化亚氮等方面的影响。
（3）低温下烟气中水蒸气对催化剂的影响研究有待进一步的深入。
四、解决对策
1、解决脱硝CMS表计频繁故障。首先针对实际运行中烟尘含量大易造成表管堵塞的问题，将原设计的每四小时反吹一次，修改为每两小时反吹一次，将反吹压力由原來的0.2MPa修改为0.4MPa。再将表计的定期标定时间由原来的两周一次改为一周一次，并加大对表计的定期维护工作，对氨逃逸率每天进行清理，以保证其透光率和表计的正常指示。
2、解决氨气流量波动问题。首先对氨气蒸发槽蒸汽调门和氨气调门进行解体检查和更换，确保调门线性正常，再对自动调节装置进行调整，由原来的根据蒸发槽出口压力调节改为根据SCR区喷氨调门前压力调整，从而保证了喷氨压力的稳定。
3、强化运行管理。将脱硝出入口烟气NOx含量及氨气消耗量纳入小指标竞赛，并进行奖惩；运行主管及时对脱硝系统各数据进行分析和对比，及时提出针对性的运行调整方案；每天运行人员定期对脱硝系统漏氨情况进行检查，发现问题及时处理，以减少不必要的氨气消耗；对于脱硝系统的检修工作提高监护级别，防止不安全事件的发生。
结语：
火力发电厂烟气脱硝技术对于发电厂乃以及整个人类的健康具有相当重要的作用。我们除了一如既往的摸索燃烧控制方面的现有技术以及探索其它新方法之外，还应该继续建立对SCR烟气脱硝技术的研究，通过不停的努力进而解决在实践之中存在的种种问题，不断加快立足于我国物质以及技术基础的相关研究应用的试点工作。
参考文献：
[1]王志轩；《我国燃煤电厂脱硝产业化发展的思考》[C]；中国电力，2009（42）
[2]孔月新、夏友刚、王士明、周广；《浅谈当前火电厂烟气脱硫技术的发展概况及其应用》；2010-10
[3]吴忠标；《燃煤工业锅炉烟气脱硫脱硝技术及发展趋势》；浙江大学环境与资源学院2005-10