1概述

2014年以來，國家環(huán)保部及其他相關(guān)部門出臺了一系列的燃煤鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：在京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域的多省市地方政府、發(fā)電集團(tuán)提出了主要污染物超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)，即“50355”;2014年5月，國家環(huán)保部發(fā)布《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014);9月國家發(fā)改委、環(huán)保部以及國家能源局下發(fā)了關(guān)于《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》的通知，要求東部地區(qū)、中部地區(qū)、西部地區(qū)新建和在役燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到或接近達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，氮氧化物、二氧化硫、煙塵排放濃度分別不高于50、35、10毫克/標(biāo)立方米)。

嚴(yán)格的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，要求燃煤鍋爐必須采用更高效率的脫硝新技術(shù)。就脫硝技術(shù)而言，脫硝效率最高而且應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)無疑是SCR煙氣脫硝技術(shù)。SCR煙氣脫硝技術(shù)工藝流程簡單，技術(shù)成熟可靠，脫硝效率可達(dá)90%以上。其最重要的部件是脫硝反應(yīng)器和催化劑，最關(guān)鍵的技術(shù)則是噴氨技術(shù)、導(dǎo)流及整流技術(shù)和氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)。龍凈環(huán)保經(jīng)過多年的理論研究和工程實(shí)踐，研發(fā)出特有的“高效雙混SCR煙氣脫硝新技術(shù)”，可有效應(yīng)對最新的排放要求。

2技術(shù)簡介

SCR煙氣脫硝技術(shù)中最初的氨/煙氣混合技術(shù)主要有兩種：一種是圓盤回旋混流技術(shù)，另一種是格柵式噴氨技術(shù)(AIG)，如圖2.1~2.2所示。這兩種技術(shù)主要是依靠自身布置特性來混合氨氣/煙氣，混合調(diào)節(jié)手段單一。

圖2.1圓盤回旋混流技術(shù)

圖2.2格柵式噴氨技術(shù)

龍凈環(huán)保作為最早涉足SCR煙氣脫硝技術(shù)的企業(yè)之一，經(jīng)過近十來與大型催化劑生產(chǎn)商的技術(shù)合作，對兩種噴氨技術(shù)進(jìn)行理論研究和多次改進(jìn)創(chuàng)新，將這兩種噴氨技術(shù)結(jié)合，研發(fā)出“高效雙混噴氨技術(shù)”;同時(shí)，龍凈環(huán)保對氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行研究創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出適合國內(nèi)燃煤電廠脫硝裝置的“直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)”。雙混噴氨技術(shù)+直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)形成龍凈環(huán)保特有的“高效雙混SCR煙氣脫硝新技術(shù)”。

3龍凈高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)的特點(diǎn)

高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)主要由雙混噴氨技術(shù)、導(dǎo)流及整流技術(shù)和直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)組成，詳細(xì)介紹如下：

3.1雙混噴氨技術(shù)

從兩種噴氨技術(shù)可知，圓盤回旋混流技術(shù)特點(diǎn)是通過噴槍將氨空混合氣直接對圓盤混合器對吹，由于圓盤的作用，氨空混合氣產(chǎn)生劇烈的回旋氣流并改變流向;而AIG噴氨技術(shù)特點(diǎn)是通過在脫硝入口煙道橫截面上均勻布置格柵式的噴嘴來實(shí)現(xiàn)氨/煙氣混合均勻。龍凈環(huán)保通過多次的理論研究和流場模擬分析發(fā)現(xiàn)，將這兩種技術(shù)結(jié)合，氨/煙氣混合將變得更為均勻。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3.1所示：

圖3.1龍凈環(huán)保雙混噴氨新技術(shù)

3.1.1AIG噴氨技術(shù)

燃煤鍋爐省煤器出口煙道尺寸與SCR煙氣脫硝反應(yīng)器的尺寸通常是不一致的，必須通過脫硝入口煙道過渡，改變截面尺寸才可實(shí)現(xiàn)對接。而在入口煙道變截面處，煙氣流動(dòng)紊亂，不適合布置AIG。高效雙混噴氨技術(shù)中，首先在有限的長度空間內(nèi)完成入口煙道的截面尺寸變化，并設(shè)置導(dǎo)流板使煙氣流速盡量均勻，AIG則布置在入口煙道完成截面尺寸變化后1~2m處。這樣氨空混合氣通過AIG噴射出，與較均勻的來流煙氣混合，通過等截面入口煙道進(jìn)入反應(yīng)器。

為了防止煙塵堵塞，氨氣噴射采用短噴管替代傳統(tǒng)的噴嘴。

3.1.2一級混流器

每個(gè)噴氨支管上的氨空混合氣的流量可以通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，因此，AIG噴射出來氨空混合氣在煙道截面上是均勻分布的，但由于來流煙氣并未達(dá)到一個(gè)理想的均勻狀態(tài)(截面煙氣速度分布標(biāo)準(zhǔn)偏差>15%)，在流經(jīng)AIG時(shí)存在局部旋流區(qū)域，不利于氨/煙氣的均勻混合。

為了消除上述的不利因素，龍凈環(huán)保根據(jù)流場模擬的結(jié)果，在AIG下游500~1000mm處設(shè)置一級混流器。

3.1.3二級混流器

圓盤混合器具有較好的混流效果，可作為二級混流器。工程實(shí)踐證明，在AIG下游1.5~2.5m處設(shè)置二級混流器的混合效果最佳。

由于氨/煙氣混合的均勻性除了與噴氨技術(shù)有關(guān)外，還與混合距離有關(guān)。采用龍凈環(huán)保雙混噴氨技術(shù)，可以通過組合適應(yīng)不同混合距離要求：若混合距離小于10m，一般選用完整的雙混噴氨技術(shù);若混合距離為10~12m，可以選擇AIG+一級混流器;若混合距離大于12m，則可單獨(dú)選擇AIG或圓盤回旋混流技術(shù)。

3.2導(dǎo)流及整流技術(shù)

壓力損失是SCR煙氣脫硝裝置的重要性能參數(shù)，其主要取決于脫硝煙道及反應(yīng)器的布置、煙氣流速的大小和均勻度。龍凈環(huán)保在脫硝煙道和導(dǎo)流整流裝置的設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：

1)脫硝進(jìn)出口煙道的走向采用緩轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，在煙道拐彎處盡量不采用90°彎頭，以降低煙道局部壓力損失(如圖3.2所示)。這種設(shè)計(jì)除了能降低壓力損失外，由于煙道具有傾斜度，還具有防止積灰的作用。

2)根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的SCR脫硝系統(tǒng)的流場模擬結(jié)果設(shè)置導(dǎo)流板。在催化劑上游的煙道拐彎和變截面處設(shè)置導(dǎo)流板，將催化劑要求的各個(gè)參數(shù)值調(diào)整至最佳狀態(tài);同時(shí)也會在脫硝反應(yīng)后的出口煙道與空預(yù)器入口煙道連接處設(shè)置導(dǎo)流板，使得空預(yù)器入口處的煙氣流速均勻，保證空預(yù)器的換熱性能。

3)在脫硝反應(yīng)器上部設(shè)置整流格柵，同時(shí)反應(yīng)器頂板上設(shè)置小擋板，進(jìn)一步保證流場的均勻性

圖3.2緩轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)

3.3直通單座式氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)

氨氣調(diào)節(jié)技術(shù)是保證脫硝效率、氨逃逸率及脫硝自動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，其主要的部件是氨氣調(diào)節(jié)閥。由于氨氣是一種有毒易燃物質(zhì)，氨氣調(diào)節(jié)閥一般采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在國內(nèi)SCR脫硝裝置中，最初采用較多的是調(diào)節(jié)型球閥來調(diào)節(jié)氨氣流量。

球閥是一種成熟的調(diào)節(jié)型閥門，有“O”形球閥、“V”形球閥之分，它是利用球芯的轉(zhuǎn)動(dòng)與閥座相割打開的面積來調(diào)節(jié)流量，具有流路簡單、壓力損失小、切斷壓差較大但可靠性較差、較笨重和價(jià)格貴的特點(diǎn)，比較適用于高粘度、不干凈、懸浮液等介質(zhì)，而且其調(diào)節(jié)曲線是對數(shù)型的。從上述的特點(diǎn)來看，球閥并不適用于脫硝裝置的氨氣調(diào)節(jié)。根據(jù)工程實(shí)際投運(yùn)情況反映，在脫硝負(fù)荷低的情況下，調(diào)節(jié)型球閥對小流量的氨氣調(diào)節(jié)極不穩(wěn)定，存在調(diào)節(jié)不連續(xù)、突變的現(xiàn)象。因此，若采用單一的調(diào)節(jié)球閥，必然無法滿足脫硝裝置在各種工況下自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求，要解決這個(gè)問題，必須在主調(diào)節(jié)球閥旁并聯(lián)一路小流量的調(diào)節(jié)閥，專門用于低負(fù)荷時(shí)的氨氣調(diào)節(jié)。但這不僅增加管路的復(fù)雜性和自動(dòng)控制的繁瑣性，還大幅度增加了造價(jià)。

為了解決調(diào)節(jié)型球閥的缺點(diǎn)，龍凈環(huán)保采用直通單座式調(diào)節(jié)技術(shù)。其核心部件直通單座調(diào)節(jié)閥有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座，閥座與上閥蓋一起，用于保證閥芯與閥座的中心定位，并在閥芯移動(dòng)時(shí)，改變流體的流通面積，從而改變操縱變量，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的功能。其特點(diǎn)如下：

l小流量調(diào)節(jié)性能好，可調(diào)比范圍大，具有線形調(diào)節(jié)曲線。

l閥門允許壓差小，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)靈敏，能及時(shí)根據(jù)負(fù)荷變化情況來調(diào)節(jié)氨氣流量。

l泄漏量小，能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的密封和切斷。用于氨氣調(diào)節(jié)時(shí)一般采用金屬與聚四氟乙烯及其他復(fù)合材料的軟密封，標(biāo)準(zhǔn)漏量為0.01%C(C是額定流量系數(shù))。

工程實(shí)踐證明，采用直通單座式氨氣調(diào)節(jié)閥，能適應(yīng)脫硝裝置的負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)性能精準(zhǔn)穩(wěn)定，管路簡單，經(jīng)濟(jì)性好，密封性好，氨的泄漏小，安全可靠。

4高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1)脫硝效率高，可達(dá)90%以上;

2)煙氣氨氮濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在4.2%以內(nèi);

3)煙氣速度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在8%以內(nèi);

4)氨氣調(diào)節(jié)響應(yīng)精準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)脫硝全自動(dòng)控制;

5)采用直通單座調(diào)節(jié)閥線性調(diào)節(jié)，能有效控制氨逃逸率<2.5ppm;

6)采用緩轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，煙氣阻力可減少100Pa以上，節(jié)能降耗;

7)進(jìn)出口煙道傾斜設(shè)計(jì)，有效防止積灰;

8)采用二級混流技術(shù)，氨/煙氣混合均勻。

5工程實(shí)例

龍凈環(huán)保“高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)”已應(yīng)用于40多個(gè)脫硝工程，近100臺套，總裝機(jī)容量達(dá)40000MW。下面就幾個(gè)典型的工程實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)介紹：

5.1河北邢臺國泰2×300MW煙氣脫硝項(xiàng)目

(1)工程概況

邢臺國泰發(fā)電有限責(zé)任公司#10、#11機(jī)組2×300MW采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，在脫硝入口煙氣量為1002734Nm3/h(濕態(tài)，實(shí)際氧)，煙塵濃度49.4g/Nm3，NOx含量不高于900mg/Nm3(干基)時(shí)，要求NOx脫除率>90%，SCR出口NOx的排放濃度<90mg/Nm3，氨的逃逸率不大于3ppm。

(2)改造難點(diǎn)

該工程的難點(diǎn)在于脫硝入口NOx濃度高達(dá)900mg/Nm3，要求脫硝效率不小于90%。要滿足這個(gè)要求，則必須同時(shí)運(yùn)行3層催化劑，且要求催化劑迎風(fēng)面處的煙氣流場條件要比標(biāo)準(zhǔn)更加均勻，才可能實(shí)現(xiàn)。

(3)技術(shù)特點(diǎn)

該工程雖然噴氨混合距離較長，有13m，但為了保證煙氣流場條件，龍凈環(huán)保采用了高效雙混噴氨混合技術(shù)，強(qiáng)化了煙氣和氨氣的混合，保證了氨氣與煙氣在到達(dá)催化劑前已經(jīng)充分混合，保證脫硝性能。數(shù)值模擬得到首層催化劑上游的煙氣參數(shù)分布均勻性良好，各參數(shù)情況詳見下表：

該工程催化劑層按3+1布置，采用國產(chǎn)蜂窩式催化劑，每臺爐催化劑體積362m³。

(4)改造效果

該工程已投運(yùn)后，各項(xiàng)性能指標(biāo)全面滿足并優(yōu)于性能保證值的要求，脫硝效率最高時(shí)可達(dá)92%以上，NOx出口濃度低于90mg/Nm3。圖5.1為#10機(jī)組2014年7月3日19:07的脫硝監(jiān)控畫面，脫硝效率為90.35%。

圖5.1邢臺脫硝監(jiān)控畫面

5.2安徽華塑熱電廠2×300MW煙氣脫硝工程

采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，脫硝劑為氨氣。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，不設(shè)置SCR反應(yīng)器煙氣旁路。脫硝入口煙氣NOx濃度小于450mg/Nm3(干基)，在鍋爐正常負(fù)荷范圍內(nèi)煙氣脫硝效率均不低于80%，反應(yīng)器出口NOx濃度不高于90mg/Nm3(6%氧含量，干煙氣)，NH3逃逸量應(yīng)控制在3µL/L以下，SO2向SO3的氧化率小于1%。圖5.2為華塑熱電廠#1機(jī)組2014年11月28日14:09脫硝DCS監(jiān)控畫面，機(jī)組脫硝效率為88.6%。

圖5.2華塑熱電廠#1機(jī)組脫硝DCS監(jiān)控畫面

5.3大唐國際寧德電廠(2×600MW+2×660MW)機(jī)組

采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，脫硝入口煙氣NOx濃度小于400mg/Nm3(干基)，出口濃度小于80mg/Nm3，脫硝效率不小于80%，氨的逃逸率不大于2.5ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。圖5.3為寧德電廠#4機(jī)組2014年5月7日脫硝DCS監(jiān)控畫面，機(jī)組脫硝效率為87.25%。

圖5.3寧德#4機(jī)組脫硝DCS監(jiān)控畫面

5.4華潤鎮(zhèn)江電廠2×630MW機(jī)組煙氣脫硝改造工程

采用SCR脫硝裝置，在設(shè)計(jì)工況、入口NOx濃度300mg/Nm3、處理100%煙氣量、在布置2層催化劑條件下脫硝裝置脫硝效率不小于80%，氨逃逸量小于3ppm，SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率小于1%。圖5.4為鎮(zhèn)江電廠#6機(jī)組2014年11月28日16:35脫硝DCS監(jiān)控畫面，由于入口NOx濃度為187mg/Nm3，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，脫硝效率66.95%即可保證出口NOx濃度為61.87mg/Nm3。

圖5.4鎮(zhèn)江電廠#6機(jī)組脫硝DCS監(jiān)控畫面

5.5神華鴻山熱電廠2×1000MW煙氣脫硝工程

該工程為新建脫硝項(xiàng)目，采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，在設(shè)計(jì)煤種及校核煤種、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于90%，脫硝入口煙氣NOx含量200mg/Nm3(干基)，SCR出口NOx的排放濃度<20mg/Nm3，氨的逃逸率不大于3ppm。

6結(jié)論

根據(jù)以上理論分析和工程實(shí)踐證明，采用龍凈環(huán)保的“高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)”，脫硝效率可達(dá)到90%以上，NOx排放濃度小于20～50mg/Nm3。

龍凈環(huán)保的“高效雙混SCR煙氣脫硝技術(shù)”已經(jīng)過近100臺套工程驗(yàn)證，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)成熟可靠，經(jīng)濟(jì)性能好，是當(dāng)前超潔凈排放高效脫硝技術(shù)的最佳選擇。