燃煤电厂烟气脱硝技改前期工作要点分析

惠润堂，柴小康，韦 飞，杨爱勇，王宝德，袁立明

(1.国电环境保护研究院，江苏南京 200031;2.中国国电集团公司安全生产部，北京 100034;3.华北电力设计院，北京 100011)

根据火电发展和燃煤增量的预计，“十二五”期间燃煤电厂氮氧化物的排放总量将由2010年的1050万t增加到1200万t左右，国家“十二五”纲要明确提出“十二五”末氮氧化物排放量在2010年基础上减排10%。根据新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)，火电厂氮氧化物排放限值为100mg/m3。在环境保护压力以及脱硝电价补贴利益的共同驱动下，火电厂烟气脱硝技改工程的建设将急剧膨胀。

1 脱硝技改前期工作

燃煤电厂烟气脱硝技改的前期工作主要包括环境影响评价、安全预评估(液氨项目)、可行性研究以及招标文件编制等，其中以可行性研究为核心。

1.1 脱硝环境影响评价及安全预评估

环境影响评价是由业主单位委托有资质的环评单位承担。对拟开展的脱硝工程建设项目实施后，可能对环境产生的各种影响进行识别、预测和评估，提出各种控制措施，从而把对环境的不利影响减少到最低程度的评价活动。

由于烟气脱硝是整个电厂环保的一部分，一般烟气脱硝的环评工作是包含在电厂整体环评内的。如果没有包括，则要求重新进行烟气脱硝环评工作或是让原环评单位进行烟气脱硝环评补充工作。烟气脱硝环评批复中一般均明确氮氧化物的排放总量、排放标准、脱硝方式以及脱硝效率，环评批复文件是从事脱硝可行性研究的重要依据。

安全预评估的目的是贯彻“安全第一、预防为主”的方针，为建设项目初步设计提供科学依据，以利于提高建设项目本质安全程度。对于还原剂采用液氨的项目根据规定需委托有资质的单位对项目进行安全预评估工作，并通过当地安监部门的审查。

1.2 脱硝可行性研究

脱硝可行性研究的主要任务包括:进行充分的资料收集、分析和现场调研，对脱硝项目建设的必要性、实施的可行性、技术的可靠性以及经济的合理性进行多角度的综合的分析论证，在多方案比较的基础上，提出最适合业主实际的设计方案。由于在可行性研究阶段，脱硝工程采用的脱硝技术路线、工艺方案、基础参数、还原剂种类、外围改造工程、工程投资等均须基本确定，因此，可行性研究是脱硝工程建设前期工作的核心。可行性研究的成果，将直接影响到有关部门的决策。

脱硝可行性研究的主要研究依据包括以下几个方面:环境影响评价报告、项目建议书及其批复文件;国家和地方的经济和社会发展规划、行业部门的发展规划;有关法律、法规和政策;有关机构发布的工程建设方面的标准、规范、定额;拟建厂(场)址的自然、经济、社会概况等基础资料;涉及项目各方签订的协议书或意向书;编制《报告》的委托合同;其他有关依据资料。脱硝可行性研究的主要工作过程如图1所示。

图1 脱硝可行性研究工作流程

1.3 脱硝招标文件编制

脱硝招标是建设项目业主选择实施者的过程，由于烟气脱硝工程技术含量高、技术、管理难度比较大，需要整体协调的工作比较多，因此其性质决定了建设中适宜采用工程总承包(EPC)等模式进行建设。招标文件的编制要以通过审查的可行性研究及其批复为依据。

2 脱硝前期工作要点分析

2.1 基础测试工作

脱硝技改与新建项目脱硝不同，脱硝技改方案的确定首先要全面深入把握锅炉及相关辅助设备运行的真实现状，有必要在脱硝技改工作开展前期对锅炉运行现状进行摸底测试。

基础测试主要为常规运行煤质下的参数，包括烟气量(标干态和工况)、烟气成分参数(氧量、压力、烟温、SO2、NOx、烟尘等)、烟气系统阻力(现有引风机、增压风机实际出力)。摸底测试主要为锅炉满负荷工况下测试，对于烟气中NOx浓度、烟气温度以及风机运行出力，有必要测试75%及50%负荷工况下运行情况。

基础测试主要测点包括:省煤器出口;引风机进出口;脱硫系统进出口。其中，省煤器出口处烟温高，无较好的直流段，烟气量测试偏差较大，建议省煤器出口处主要测试烟温、压力、氧量、含湿量及粉尘。引风机进出口有较好的直流段，烟气流动较为平稳，可选取此处测试烟气量，同时通过其他烟气参数折算省煤器处烟气量。脱硫测点比较成熟，有部分在线监测数据可直接使用。

2.2 脱硝技术的确定

目前燃煤电厂应用较多的脱硝技术有SCR，SNCR以及SCR+SNCR混合技术等。一般燃煤电厂烟气中NOx排放浓度为300～450mg/m3，要满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)要求，脱硝效率需达到60% ～80%。因此，从长远角度考虑，电厂加装脱硝装置建议采用SCR脱硝技术。但对于NOx排放浓度大于700mg/m3的燃煤机组建议改进现有低氮燃烧方式，或是加装低氮燃烧装置，切实降低锅炉出口氮氧化物浓度，必要时进行多方案比选确定。

2.3 脱硝设计参数的选取

脱硝设计参数选取不当，会给装置运行带来影响。烟气流速选取过大时，反应器的截面积是缩小了，但会造成反应器内流速过高，影响脱硝效率，同时对催化剂表层磨损严重。烟气中烟尘含量选取较低，造成选取催化剂孔径偏小，容易堵塞催化剂，造成压降增加，影响锅炉主机运行等。因此，脱硝技改设计，会对参数留有一定的余量。但余量的选取也要因地制宜，需要考虑到机组所处地区，主要是考虑锅炉负荷率的问题，例如在水电较为发达地区、能耗不紧张地区及能耗输送存在问题地区，锅炉负荷率较低，则设计参数，例如烟气量选取余量要求较小。若选取余量较大，则脱硝装置长期运行在低负荷区间，会存在一定的问题，例如低流速积灰等。

2.4 招标文件的注意事项

目前脱硝工程的建设通常采用EPC总承包的模式进行，因此作为确定EPC总承包的招标文件就显得尤为重要。烟气脱硝招标文件中必须对脱硝方式、设计原则等做出明确的要求及限定，以保证投标工作的正常进行。招标文件中应当明确脱硝效率的要求。脱硝效率应当根据实际排放浓度及执行的排放标准确定，同时要满足总量要求。

招标文件中应当明确催化剂、还原剂类型。若采用蜂窝式催化剂，则要根据实际烟气中的灰分参数，明确催化剂的孔径、节距等参数。目前常用还原剂有液氨、氨水及尿素，应用最多的为液氨。具体的还原剂形式的选取应当根据电厂实际情况决定，但必须要在招标文件中明确。设计规范中要求反应器空塔流速为4～6m/s，招标文件中应当对空塔流速有明确的要求。常见的脱硝反应器吹灰器型式有蒸汽吹灰器和声波吹灰器两种。声波吹灰器是预防性的吹灰方式，阻止灰分在催化剂表面形成堆积。蒸汽吹灰方式依靠的是机械的蒸汽的冲击力来实现清灰，吹灰效果较好。但蒸汽吹灰方式由于温度的影响，长期运行会引起催化剂的失效。招标文件中应明确吹灰器型式。招标文件中应当明确流场模拟的要求。流场模拟应当根据电厂实际情况，先做理论模型流场数值模拟，再做实物模型模拟，根据结果对设计进行修正。

3 脱硝技改需协同考虑的工作

3.1 空预器改造问题

增设烟气脱硝装置后，绝大多数电厂均面临空预器进行改造，空预器改造主要有三种方式:一是暂时不改;二是保留原壳体，更换低温段换热元件及高度(小改);三是整体更换空预器(大改)。

空预器采取小改方案，仅将冷端更换为防腐材质后换热面实际会降低，排烟温度会略升高。我们对某300MW机组脱硝空预器的小改和大改方案改造效果比对分析，结果见表1。

表1 某300MW机组空预器“大小改”对比

采用空预器整体更换方案，会在一定程度上提升锅炉效率，降低煤耗，从而改善电厂经济效益，减少因排烟温度升高对电除尘的安全性和除尘效率的影响。同时，由于预热器整体采用更加先进的结构，可以减少设备的故障率，进而减少非停、检修等设备费用和人工费用，但整体更换有其实施的客观条件，应根据电厂的实际情况确定。

空预器的改造除了考虑新增脱硝装置，还需要协调配合后续除尘改造、脱硫改造，并预测对锅炉炉效的影响，改造方案要综合分析确定。

3.2 引风机改造问题

作为火电厂整个烟风系统的关键点，引风机改造要求具备整体观和系统观，能够协同整个脱硫、脱硝及除尘技改统一考虑。引风机改造不仅要求考虑克服原烟道系统阻力、新增脱硝阻力、除尘改造新增阻力、原脱硫系统阻力以及脱硫系统改造新增阻力。同时引风机改造也要求能够为后续电除尘增设电场等改造措施预留布置空间的能力。

4 结语

脱硝技改前期工作，特别是在脱硝可行性研究和脱硝招标文件实际编制过程中，很多细节方面需要注意。可行性研究要准确分析确定基础数据，合理确定工艺路线及技术参数，招标文件技术要求要明确、全面。脱硝技改中配套改造需要具备整体观、系统观及协同观，空预器及引风机改造问题需结合燃煤电厂炉后其他环保设施统筹考虑，避免设备重复改造，节约改造费用及改造工期，脱硝技改项目对引风机改造及空预器改造宜进行单独的专题分析。

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