探究火电厂脱硝改造及对锅炉系统影响

探究火电厂脱硝改造及对锅炉系统影响

李泉

湛江电力有限公司

摘要：随着社会及经济的发展，人们的生活水平逐渐得到提高，氮氧化合物引起的大气污染问题也越来越得到人们的重视。而现阶段，煤炭燃烧是生产氮氧化合物的重要因素之一，在我国，火电厂主要是以煤炭发电为主，因此对火电厂进行脱硝改造就显得十分重要。本文就从氮氧化合物形成的机理、常见的氮氧化物控制技术及火电厂脱硝改造对锅炉系统的影响等方面进行了简单的介绍，以期为同行的人提供一些借鉴。

关键词：火电厂；脱硝；锅炉

1引言

在我国，电力行业主要是以煤炭为主的能源结构，而火电厂更是以煤炭为主要燃料进行发电的，煤炭在燃烧后会产生大量的SO2、CO2、NOx和粉尘等物质对环境造成一定的污染。且随着能源消费的逐渐增长，我国的氮氧化合物排放量也在持续增加，因此对火电厂进行脱硝改造是势在必行的。

2NOx形成的机理及危害

氮氧化物（NOx）主要包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4、N2O5等化合物，其大部分都是通过燃烧产生的，根据燃烧过程中氮氧化合物产生的机理，可以将其分为三类：快速型氮氧化合物、燃料型氮氧化合物、热力型氮氧化合物。

快速型氮氧化合物是在过浓的碳氢化合物燃料燃烧附近快速生成的化合物，其是由空气中的氮经过氧化生成的。燃料型氮氧化合物是在燃料自身固有的氮化合物燃烧时转化生成的，生成的温度通常为600-800℃。煤炭燃烧时75%-90%的氮氧化合物来源于燃料型氮氧化合物。热力型氮氧化合物是空气中的氮在高温下（一般为1500℃以上）氧化生成的。

通常情况下，煤炭燃烧生成的氮氧化合物中，一氧化氮（NO）占了90%以上，二氧化氮（NO2）占了5%-10%，而一氧化二氮（N2O）只占了1%左右。一氧化氮易于和动物的血红蛋白结合从而引起中枢神经系统的麻痹，对人类的健康造成危害；二氧化氮对呼吸器官的粘膜有很强的刺激作用，特别是肺；氮氧化合物经紫外线照射后，会生成一种对人类组织具有强烈损害作用的有毒烟雾-光化学烟雾；NOx还能够引起酸雨，对土壤造成一定的危害，因此氮氧化物具有很强的危害性，应引起人们足够的重视。

3常见的氮氧化物控制技术

对于氮氧化物的控制主要可以分为燃烧前处理、燃烧中处理及燃烧后处理。

燃烧前的脱氮主要是通过将燃料转化为低氮燃料来进行的，该方式成本高、技术复杂，因此应用很少。

燃烧过程中的脱氮技术主要包括以下几种：（1）低氧燃烧：通过控制进入锅炉的空气量或将锅炉尾部的低烟气直接或与二次风混合后送入炉膛内，使煤炭在接近理论空气量的条件下进行燃烧，降低氮氧化物的排放量；（2）烟气再循环燃烧：将燃烧后产生的一部分烟气进行冷却后，再送入燃烧区，从而降低炉内的含氧量和温度，减少氮氧化物的生成；（3）空气分级燃烧：通过较低的空气过剩系数控制氮氧化物的生成，将燃料的燃烧过程分为主燃区和燃尽区两个阶段进行；（4）煤粉再燃烧：在燃烧过程中，通常可分为三个区域：一次燃烧区（还原性或氧化性气体）；第二燃烧区（还原性气体）；燃尽区。而目前来说，大多数的氮氧化物燃烧器都是依据分级燃烧技术来设计的，在保证高燃烧效率的情况下，尽可能减少氮氧化物的生成。

燃烧后的脱氮技术主要指的是烟气脱硝。而烟气的脱硝技术主要是包括非选择性催化还原法（NSCR-SelectiveNoncatalyticReduction）、选择性催化还原法（SCR-SelectiveCatalyticReduction）、液体吸收法及吸附法等。NSCR是指不使用催化剂，在炉膛温度达到850至1000℃的区域内加入含有氨基的还原剂，使其迅速分解成氨气和其他产物，紧接着，氨气与烟气中的氮氧化物进行反应，产生氮气和水。该方法的脱硝率通常为30%至50%，但是如果与低氮燃烧技术结合的好，有可能会达到70%的脱除率，且该方法运行成本较低。SCR是指在一定的催化剂和温度的作用下，以尿素、氨水或液氮为还原剂，有选择性的和烟气中的氮氧化物反应生成水与氮气的技术。其脱硝率可达80%至90%，是目前最为成熟的烟气脱硝技术，因其使用了催化剂，所以反应所需的温度较低（300-400℃）。SCR具有脱硝率高、二次污染小等优点，但是也具有投资大、运行费用高，催化剂污染等缺点。

4火电厂脱硝改造对锅炉系统的影响

4.1锅炉燃烧系统

燃烧器是火电厂锅炉燃烧系统中十分重要的组成部分，现阶段，使用烟气脱硝技术与低氮燃烧器进行结合，可以有效控制氮氧化物的释放量，达到减少NOx的目的。对燃烧器进行改造后，氮氧化物的排放量基本可以保持在60mg/m3内。通过分析国内某火电厂，可以得出，为了保护环境，提高燃烧器的效率，可以对燃烧器进行改造。在原本的直流燃烧器上部设置低位及高位分离燃尽风，并添加还原性氛围，从而可以有效抑制氮氧化物的生成；在保证锅炉运行效率的前提下，增加风箱的燃尽风，使煤粉管道保持正常运行，且不会对锅炉的燃烧系统造成影响。通过改造不仅能够控制氮氧化物的排放量，而且还能够保证锅炉的运行效率。

4.2空气预热器

在分析某火电厂的锅炉系统时，发现为了加装脱硝系统，所以其使用了国产的空气预热器。但是在长时间运转后，选择性催化还原法中的催化剂效率开始下降，在脱硝时，氨气的逃逸率逐渐增加。并且空气预热器的传热部件上灰尘积攒较多，堵塞了通道，提高了预热器的运行阻力，使得传热幅度下降。因此要对空气预热器进行改造，改造的方案如下所示：（1）可以更换传热元件：将原空气预热器中温段的微观通道为开放型的波形更换为微观通道为封闭型的波形，从而提高蒸汽的吹灰深度；（2）改造转子的结构：将横向隔板向下延伸，由其直接承重，将冷端转子的栅架取消并将转子壳板上的冷端传热元件调换门封闭；（3）配置蒸汽吹灰器及高压水清洗系统对装置进行清洗。

4.3引风机

在对某火电厂进行测试时，可知该火电厂原使用的为静叶可调式轴流风机，加装脱硝系统后，引风机无法满足规定的标准，因此要对引风机进行改造。对引风机进行改造时，分别将其风量和风压裕量设置为15%及30%，但改造后，经核算引风机在BMCR工况下总阻力约为5.5KPa，从而使得引风机效率降低，所以在实际情况中，要修正原烟道的阻力，重新根据运行的情况设置新的参数。

在引风机运行过程中，由于其长时间运行的性能比较稳定，所以为了使其高效运行，可以适当的减少裕量，仍然使用原有的电机和风机。但改造后，由于压力变高，所以风机的安全运行性能降低，因此要加强监测，避免出现烟道阻力过分增加的情况，保证引风机的正常运行。

5小结

综上所述，在对火电厂进行脱硝改造时，要综合分析对锅炉系统造成的影响，根据实际的运行情况选择最合适有效的改造方案，从而最大程度的保证锅炉系统的安全稳定运行，进而保证火电厂的生产性能。

参考文献：

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