135MW燃煤机组深度脱硝改造技术方案探讨

摘要：本文根据某135MW燃煤机组氮氧化物排放情况，提出了SCR脱硝工艺方案、臭氧脱硝工艺、低温等离子体脱硝工艺方案。从治理工艺、治理效果、经济性等多方面讨论了三种方案的优缺点，得出低温等离子体脱硝工艺是较为经济有效的可行性工艺方案。

关键词：SCR;臭氧;低温等离子体;工艺方案

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）11-00-03

Abstract： According to the NOx emission of a 135MW coal-fired unit， the SCR denitrification process， ozone denitrification process and low-temperature plasma denitrification process are proposed in this paper. The advantages and disadvantages of the three schemes are discussed from the aspects of treatment technology， treatment effect and economy.

Keywords： SCR;Ozone; Low temperature plasma; Processing plan

根据环境保护部、国家发改委、国家能源局《关于印发<全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案>的通知》（环发〔2015〕164号），到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/m?）。某135MW机组目前氮氧化物治理采用SNCR工艺，在基准氧含量6%条件下，烟囱排放出口氮氧化物最高達70 mg/m?，不满足超低排放要求。本文根据电厂实际情况，提出氮氧化物治理的工艺方案，并通过方案比较和优化，确定最终的处理工艺。

1 设计条件

该锅炉采用循环流化床燃烧技术。单炉架、一次再热、平衡通风、单露天岛式布置，全钢构架、悬吊结构汽包、固定排渣方式。锅炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”形回料阀、尾部对流烟道和冷渣器组成。

现有SNCR系统包含尿素储存系统、尿素溶液制备系统、稀释水系统、计量混合系统、尿素喷射系统。

目前，在脱硝装置的氨逃逸率小于7.6 mg/Nm3条件下，烟囱排放出口氮氧化物最高可达70 mg/m?（标况、干基、6%氧）。烟气参数如表1所示：

2 脱硝改造技术方案

根据以上烟气设计条件及现场情况，提出如下三个技术方案。

2.1 方案一：选择性催化还原烟气脱硝（SCR）

SCR 技术通常采用V2O5/TiO2基催化剂来促进脱硝还原反应。脱硝催化剂使用高比表面积专用锐钛型TiO2作为载体，V2O5作为主要活性成分，为了提高脱硝催化剂的热稳定性、机械强度和抗中毒性能，往往还其中添加适量的WO3、MoO3、玻璃纤维等作为助添加剂。

由于本台机组已经设置了SNCR脱硝装置，为了进一步降低NOx排放，可以在尾部设置烟道型SCR提高脱硝效率。

为保证锅炉脱硝稳定性，在锅炉尾部增加一层SCR催化剂，具体位置为省煤器高温段和低温段之间的空余位置。

由于尾部省煤器入口至预热器入口约有10m烟道空间，目前此空间内采用光管省煤器，因此没有空间布置烟道型SCR。

通过省煤器改造即将光管省煤器改为H型省煤器，并将省煤器分级布置。根据本机组的情况改造后可预留出1层催化剂的布置空间，详见图1省煤器改造图。

2.1.1 反应器

锅炉设置一个反应器，反应器截面尺寸为5.8（宽）×12.13（长）m。

脱硝反应器设置在一级过热器与低再热器之间，本次改造需省煤器整体下移，为SCR脱硝系统预留3m的空间，以满足SCR脱硝系统的安装需要。

脱硝反应器将设置足够大小和数量的人孔门。

脱硝反应器设计还将考虑内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置和导轨。

2.1.2 催化剂

选择催化剂型式为蜂窝式（20孔）。催化剂体积约60m3。

催化剂模块必须设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命。

催化剂将采用模块化设计以减少更换催化剂的时间。

催化剂模块将采用钢结构框架，并便于运输、安装、起吊。

SCR反应器内催化剂将能承受运行温度420℃（每次不低于5h，一年不超过三次）的考验，而不产生任何损坏。

催化剂化学寿命为24000h，化学寿命期内，并可再生利用。脱硝烟道内催化剂总使用寿命10年（按年运行小时数大于8500h计）。还应有防止催化剂中毒和碎裂的措施。

2.1.3 吹灰系统

催化剂采用声波吹灰。

吹灰器的数量和布置能将催化剂中的积灰尽可能多地吹扫干净，并应尽可能避免因死角而造成催化剂失效导致脱硝效率的下降。

在反应器5.8m宽边上，每边各设置2台声波吹灰器，共设置4台声波吹灰器。

2.1.4 还原剂供应

还原剂供应系统利用SNCR系统的氨逃逸，进行SCR脱硝。

2.2 方案二：臭氧脱硝

从锅炉出口的烟气进入电除尘器，烟气中的99.9%以上的烟尘被去除，出来的烟气汇合之后进入臭氧混合反应装置，在混合反应装置内注入臭氧，使臭氧与烟气充分混合，将烟气中不溶于水的NO氧化成易溶于水的高价态氮氧化物，包括NO2，N2O3，N2O5等，并利用引风机进行旋流搅拌，极短的时间内完成反应。

将烟气中残余的NO氧化成易溶于水的高價态氮氧化物。然后烟气进入吸收塔，喷淋碱性溶液将烟气中的SO2和被氧化的NOx同时吸收，然后达标烟气通过原有烟囱排放。

主要的反应如下：NO+O3→NO2+O2

2NO2+O3→N2O5+O2 N2O5+H2O2→2HNO3

在锅炉电除尘器出口设置臭氧注入系统，单台锅炉配套建设一套臭氧脱硝系统，在经过半干法脱硫后，氮氧化物由70mg/Nm3，降低至50mg/Nm3以下。

布置：臭氧发生器，新建脱硝车间，布置在扩建端。

脱硝车间一层布置离心风机，空气分离器，二层布置臭氧发生器。

输送管道地上布置。

电源：380V±5%、50Hz。

压缩空气：用于设备阀门操作，要求压力0.4-0.64MPa。

供水：工艺水：0.3～0.4MPa，60t/h。工艺水主要用作臭氧发生器冷却循环用，冷却水回收到脱硫或者电厂循环水。

具体配备形式为：锅炉配备一台30kg/h的臭氧发生器，额外备用一台，共计2台（考虑锅炉烟气温度及其他因数留有必要的裕量），氧气及臭氧供应管道采用分段母管制方式供气。

离心风机     2台

空分设备     2套

臭氧发生器 2台

冷却水系统 2 套

臭氧注入系统 1套

稀释风机     2台

2.3 方案三：低温等离子体脱硝

由等离子体电源及介质阻挡框架组成的低温等离子体反应器，电能通过阻挡介质表面的放电极输入到烟气中，产生低温等离子体，烟气中的H2O、O2等物质被激发活化产生O·、OH·、O2H·、H·等具有强氧化性自由基物质，可将原烟气中的NO氧化成高价态的氮氧化物（如NO2、N2O3、N2O4、N2O5等），与脱硫系统内的钙基碱性物质等反应而被去除，从而实现深度脱硝目的。，如下图3。自由基脱硝可以分为两个阶段，NO 氧化和 NO2 转化。自发化学反应通过热化学反应脱除 NO2。

使用等离子后，可促进烟气中的NO氧化成等高价态氮氧化物（如NO2、N2O5等）。等离子氧化后的烟气进入干式脱硫系统，其中高价态氮氧化物与碱性物质反应生成硝酸盐，特别是脱硫系统有足够游离氧时最终生成的是高溶解度的硝酸盐，反应式如下：

低温等离子体氧化NO并与脱硫协同脱硝的流程示意见图4。在脱硫入口前的直烟道中加设等离子反应器（DNTP），可水平或竖向布置。低温等离子体反应器配5台100KVA的等离子电源。等离子体反应器内设人孔及检具备通道，反应器顶部设平台布置等离子电源，平台设雨棚，用于检查、维护。

3 脱硝改造技术方案比较

3.1 技术特点对比

方案一（SCR工艺），需要对锅炉部分进行改造，改造难度大，且需要进行大量的改造工作。整个工程工期在6个月左右。锅炉内部烟尘未经过电除尘系统，烟气含尘量较大，对SCR脱硝催化剂损害大。且改造后锅炉运行是否受影响仍存在疑问。

方案二（臭氧脱硝），臭氧脱硝工艺耗电量极大。液氧储存区乃重大危险源且有二次污染风险、微细尘升高的问题。

方案三（低温等离子体脱硝），低温等离子体脱硝提效改造，技术上可以满足超低排放要求，且改造难度小，工期短。整个工程工期可以保证在1一个月之内。

因此，低温等离子体脱硝的技术路线优势明显。

3.2 经济指标对比                                   单位：万元

项目 方案一 SCR 方案二 臭氧 方案三 低温等离子体脱硝

1 基建投资 820 500 450

1.1 建筑工程费 110 50 0

1.2 设备购置费 580 420 425

1.3 安装工程费 130 30 25

2 运行费用 180 384 162

根据以上三种方案的经济性对比来看，方案三（低温等离子脱硝）的基建投资和运行费用均低于另外两种方案。

4 结论

通过对三种工艺方案的比较，在平稳、安全运行的前提下，目前采用方案三（低温等离子体脱硝）是一种经济可行的方法。

该方法的优点有：

工期短：安装方便、布置灵活;

无污染：无需消耗任何氧化剂与还原剂;

成本低：与其他脱硝方法相比具有明显的成本优势;

安全可靠：后期设备维护简单，运行稳定可靠;

另外，很多有SCR的电厂目前存在氨逃逸超标问题，喷氨量远远大于设计量，从而导致空预器堵塞等一系列问题。也可用低温等离子脱硝技术来彻底解决氨逃逸带来的空预器堵塞等问题。在当前对燃煤电厂排放严格控制的环境保护政策下。低温等离子体脱硝所带来的环保效益要远远高于其他工艺。

因此，根据该燃煤机组的烟气条件，经过各方面的因素的综合比较，方案三（低温等离子体脱硝）是一种比较经济可行的改造方案。

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收稿日期：2019-08-29

作者简介：郭威（1991-），男，本科学士，研究方向为大气污染控制技术。