SCR系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷條件下運(yùn)行對(duì)策研究

黎華敏，柏 源

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210031)

0 引言

截至2012年底為止，約90%的機(jī)組建設(shè)或進(jìn)行了低氮燃燒改造，脫硝裝機(jī)容量達(dá)2.3億KW，約占煤電容量28.1%，其中 SCR占99%以上［1］。隨著新修訂的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223 －2011)實(shí)施［2］，對(duì)火電廠氮氧化物排放提出了更加嚴(yán)格的要求。面對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的國家需求，基于我國以煤為主的能源資源稟賦特點(diǎn)決定了我國以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)，電力行業(yè)氮氧化物控制形勢面臨前所未有的壓力。特別是隨著社會(huì)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，燃煤火電機(jī)組出現(xiàn)大面積、長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行的情況，導(dǎo)致進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的煙溫過低，進(jìn)而大大影響了火電廠脫硝系統(tǒng)正常投運(yùn)，給氮氧化物減排帶來嚴(yán)重的不利影響。因此，研究脫硝系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行條件下的適用性是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

1 機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)脫硝系統(tǒng)影響分析

在機(jī)組運(yùn)行過程中，鍋爐負(fù)荷的變化會(huì)引起煙氣量、溫度、以及煙氣組分的變化，從而改變催化劑所處的煙氣環(huán)境。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，造成煙氣溫度下降，對(duì)脫硝系統(tǒng)主要帶來三個(gè)方面的問題［3］:

(1)煙氣溫度低于催化劑的反應(yīng)溫度時(shí)，氨分子與SO3和H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，減少了與NOx的反應(yīng)機(jī)率;而且生成物附著在催化劑表面，易引起積灰進(jìn)而堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性和脫硝效率。

(2)SCR系統(tǒng)設(shè)置最低運(yùn)行溫度的目的是防止生成硫酸氫銨堵塞催化劑孔隙，降低催化劑活性，但同時(shí)也會(huì)帶來機(jī)組低負(fù)荷時(shí)SCR系統(tǒng)入口煙溫低于最低運(yùn)行溫度而不能啟動(dòng)運(yùn)行的問題。

(3)若在低負(fù)荷時(shí)將脫硝裝置進(jìn)口的設(shè)計(jì)煙溫提高到滿足催化劑的要求，則在高負(fù)荷時(shí)進(jìn)口煙溫會(huì)更高，引起排放溫度高，鍋爐效率低，煤耗量大。一般情況下都按在高負(fù)荷時(shí)滿足較低的排煙溫度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這將致使電廠在低負(fù)荷只能將脫硝裝置解列運(yùn)行。這顯然不能滿足新的火電廠氮氧化物排放要求。

2 應(yīng)對(duì)策略

2.1 研究開發(fā)低溫SCR技術(shù)

低溫SCR技術(shù)原理與傳統(tǒng)的SCR煙氣脫硝工藝基本相同，兩者的最大區(qū)別是SCR脫硝裝置布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間高溫(300～450℃)、高塵(20～50g/m3)端，而低溫SCR 裝置則布置在鍋爐尾部除塵器后或引風(fēng)機(jī)后、FGD前的低溫(100～200℃)、低塵(＜200mg/m3)端，可大大減小反應(yīng)器的體積，改善催化劑運(yùn)行環(huán)境，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，是具有與傳統(tǒng)SCR競爭的技術(shù)，是現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造性價(jià)比更高的技術(shù)。

2.2 省煤器優(yōu)化改造

對(duì)省煤器優(yōu)化改造，主要有以下兩種方案:

(1)加裝鍋爐省煤器旁路煙道［4］。在省煤器前直接引一部分煙氣至SCR裝置，提高低負(fù)荷下的SCR入口煙氣溫度以維持其運(yùn)行，這種方法的代價(jià)是煤耗顯著增加。但是《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》(HJ 562－2010)規(guī)定不得設(shè)置反應(yīng)器旁路。

(2)將鍋爐的省煤器設(shè)計(jì)成兩部分，其低溫部分置于SCR出口側(cè)，將SCR布置于煙氣溫度較高的區(qū)域，從而解決低負(fù)荷煙溫過低無法運(yùn)行的問題。由于偏離了催化劑的最佳反應(yīng)溫度范圍，脫硝效率會(huì)有所下降。此外，該方法僅適用于新建機(jī)組。

2.3 彈性回?zé)峒夹g(shù)

彈性回?zé)峒夹g(shù)即可調(diào)式抽汽補(bǔ)充加熱鍋爐給水，在高壓缸處選擇一個(gè)合適的抽汽點(diǎn)，并相應(yīng)增加一個(gè)抽汽可調(diào)式的給水加熱器。在負(fù)荷降低時(shí)，通過調(diào)節(jié)門可控制該加熱器的入口壓力基本不變，從而能維持給水溫度基本不變。

通過實(shí)施彈性回?zé)峒夹g(shù)，低負(fù)荷下省煤器入口水溫得以提高，使其出口煙溫相應(yīng)上升，可確保SCR在全負(fù)荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)了全時(shí)段脫硝。同時(shí)，彈性回?zé)峒夹g(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果，該系統(tǒng)使低負(fù)荷下汽輪機(jī)抽汽量增加，提高了熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。德國西門子公司曾對(duì)彈性回?zé)峒夹g(shù)做過計(jì)算，在機(jī)組50%負(fù)荷工況下，可降低汽輪機(jī)熱耗57kJ/(kW·h)，相當(dāng)于降低煤耗2.18g/(kW·h)時(shí)。除此以外，該技術(shù)還能提高鍋爐低負(fù)荷燃燒效率和穩(wěn)燃性能，顯著提高機(jī)組的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性，確保了機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行的安全性［5－7］。

2.4 滿足SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行低排煙溫度的

鍋爐設(shè)計(jì)改造［8］

為滿足SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計(jì)鍋爐布置，包括SCR脫硝裝置、SCR脫硝裝置前的煙道空間中的前換熱裝置、SCR脫硝裝置后的煙道空間中的后換熱裝置以及設(shè)有可調(diào)開度的擋板的旁路煙道。高負(fù)荷時(shí)，關(guān)閉旁路煙道擋板，煙氣通過前換熱裝置溫度降低350℃左右后進(jìn)入SCR脫硝裝置，然后進(jìn)入后換熱裝置，煙溫進(jìn)一步降低后，進(jìn)入預(yù)熱器，最終降低排煙溫度;低負(fù)荷時(shí)，打開或調(diào)節(jié)旁路煙道擋板開度，煙氣主要通過旁路煙道部分通過前換熱裝置溫度維持在350℃左右后進(jìn)入SCR脫硝裝置，然后進(jìn)入后換熱裝置，煙溫進(jìn)一步降低后，進(jìn)入預(yù)熱器，最終降低排煙溫度。在全負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)，不僅滿足氮氧化物排放要求，也保證了較高的鍋爐效率，做到了高效低污染。

3 結(jié)語

基于資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)退化的嚴(yán)峻形勢以及生態(tài)文明建設(shè)的國家需求，火電行業(yè)堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”和“推廣應(yīng)用”并重的方針，構(gòu)建綠色環(huán)保型“增量”脫硝裝置的同時(shí)，又全面提高現(xiàn)役脫硝裝置“存量”的環(huán)保技術(shù)水平，真正實(shí)現(xiàn)全天候條件下脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和達(dá)標(biāo)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2013［M］.北京:中國市場出版社，2013.

［2］GB13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］譚 青，張彥琦，王吉翔，等.汽包鍋爐實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫硝的煙氣升溫系統(tǒng)［J］.上海節(jié)能，2013，(10):40 －44.

［4］王潔，騰農(nóng)，張文杰，等.機(jī)組負(fù)荷對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行影響研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(3):16 －18.

［5］中國電力新聞網(wǎng)數(shù)據(jù)庫.中國夢(mèng) 電力行:外高橋發(fā)電生態(tài)文明情況調(diào)查［EB/OL］.http://www.cpnn.com.cn/zdyw/201306/t20130621_585289.html，2013 －06 －21.

［6］馬新立.超超臨界鍋爐SCR脫硝工藝及其調(diào)試［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(4):16 －18.

［7］賈海娟.SCR煙氣脫硝技術(shù)及其在燃煤電廠的應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(6):10 －11.

［8］易廣宙，劉 毅，莫春鴻，等.一種可滿足SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行低排煙溫度的鍋爐［P］.中國:201220321747.3，2013－01－30.