谈W火焰锅炉脱硝超低排放技术路线选择

时间：2024-07-28

邹红果

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100091）

谈W火焰锅炉脱硝超低排放技术路线选择

邹红果

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100091）

对于越来越严峻的大气污染物排放标准，脱硝超低排放改造势在必行。本文分析研究了W火焰锅炉脱硝超低排放技术路线，为电厂的脱硝超低排放改造提供参考价值。

W火焰锅炉；脱硝；超低排放

1 背景介绍

我国的电力政策是火电厂优先燃用劣质煤，无烟煤是劣质煤的一种，由于无烟煤的Vdaf≤10%，所以燃烧无烟煤有三难：着火难、稳燃难和燃尽难。目前燃用无烟煤的锅炉多为“W”火焰锅炉。W火焰锅炉由于自身燃烧特点和燃用煤种的局限，NOx排放量大多在900 mg/ Nm3~1000mg/Nm3以上甚至更高[1]。目前，W火焰锅炉的脱硝改造以炉内控制和高效SCR脱除为两个重点方向，以阶梯减排为目标。通过低氮燃烧改造，将NOx的排放浓度控制在850mg/Nm3以内；通过加装SCR脱硝，将NOx的排放浓度控制在200mg/Nm3以内。

2014年，国家发展改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知，对燃煤电厂大气污染物排放控制提出了新的要求，要求改造后大气污染物排放浓度基本达到超低排放限制，即SO2≤35mg/ Nm3，NOx≤50 mg/Nm3，烟尘≤10 mg/Nm3。

针对新的NOx排放浓度要求，W火焰锅炉的脱硝超低排放改造势在必行。本文针对脱硝超低排放技术方案进行整理分析，在此基础上，对运用较多的超低排放组合技术路线进行探讨，为W火焰锅炉进行脱硝超低排放改造提供参考价值。

2 常规脱硝超低排放技术路线存在问题

在进行SCR脱硝系统设计中，脱硝效率和氨逃逸存在以下的关系：

NH3/NOx摩尔比=脱硝效率+氨逃逸量/NOx入口浓度

在相同的入口NOx浓度下，脱硝效率越高，氨逃逸量就越大。

对于炉膛出口NOx浓度排放不高的煤粉炉，较为成熟可靠的技术路线为：低氮燃烧+SCR脱硝。在超低排放改造中，通过低氮燃烧改造、更换、再生或者加装催化剂等方法提高脱硝效率，从而满足超低排放的要求。

对于W火焰锅炉，通过炉内控制和高效SCR脱硝，可分别实现1100mg/Nm3→800mg/Nm3和800mg/Nm3→50mg/Nm3的阶梯减排目标，从而实现NOx综合控制达到超低排放的标准。此种技术路线，要求SCR系统的脱硝效率达到93.75%以上。本方案，也可通过增加催化剂量满足脱硝效率的要求，但其对流场要求很高，极易造成空预器入口的氨逃逸率超标，会加快空预器的堵塞速度，缩短空预器的堵塞周期，影响锅炉的出力，给锅炉的安全生产带来极大的隐患[2]。

针对W火焰锅炉高NOx排放浓度的特殊情况，发电企业根据机组的自身情况，因地制宜，制定出符合本工程的技术改造方案，实现脱硝的超低排放。

3 W火焰锅炉脱硝超低排放技术路线选择

对于W火焰锅炉，主要有以下几种组合的技术路线。

3.1 配煤+低氮燃烧+SCR脱硝

对于通过低氮燃烧器改造，NOx浓度控制很好的W火焰锅炉，尤其是新建机组，可以考虑采用掺烧一定比例的烟煤，降低炉膛温度，降低NOx排放浓度；而后通过高效的SCR脱硝系统，达到脱硝超低排放的要求。国内已有同类机组的稳定到达脱硝超低排放的运行业绩。

3.2 低氮燃烧+SNCR+SCR

本技术方案为目前脱硝超低排放改造中采用最多的技术路线。其是在低氮燃烧+SCR脱硝的基础上，通过在锅炉上加装SNCR系统，进一步降低NOx，减少尾部SCR脱除NOx的压力。本技术路线针对W火焰锅炉而言，目前还存在着一些问题，例如由于W火焰锅炉的炉内烟温高，难于找到适合SNCR还原剂喷入所要求的850℃~1100℃的温度场；炉膛呈长条形，宽度大，两侧布置长枪也无法达到全覆盖整个炉膛，合适的温度场难于找到，在保证SNCR系统较小的氨逃逸情况下，脱硝效率偏低。

由于W火焰锅炉的特殊性，造成炉膛出口的NOx分布比较混乱，以及在追求高SNCR系统脱硝效率的情况下，势必会造成SNCR系统的氨逃逸过大，这将对后续SCR脱硝系统的喷氨要求、流场要求提出更高要求，很可能会造成空预器入口的氨逃逸超标。是否能研究找到一种能够适应W火焰锅炉不同运行条件下的SNCR脱硝与SCR脱硝的耦合控制技术及优化运行方案，是确保此技术路线满足脱硝超低排放的关键。

3.3 低氮燃烧+SCR脱硝+湿法脱硝

通过低氮燃烧+SCR脱硝，将W火焰锅炉炉膛出口的NOx浓度控制在100 mg/Nm3以内，而后通过湿法烟气脱硝技术，将烟囱出口的NOx浓度控制在50 mg/Nm3以下。本技术路线，从理论上是可行的，但在W火焰锅炉脱硝改造中的可行性及经济性，有待需要论证。

3.4 低氮燃烧+SCR脱硝+SCR脱硝

此技术思路，是在低氮燃烧后，采用两个SCR脱硝系统串联的技术方案。通过合理的设置单个SCR脱硝系统的脱硝效率、喷氨量、催化剂量，亦可以实现超低排放的要求。但是，此方案需要有足够的空间，用于SCR脱硝系统的布置，这对于布局紧凑，空间狭小的项目而言，是不可行的。另外，工程造价较高。