寬負(fù)荷脫硝技術(shù)探討

甘露　王濟(jì)平

摘 要：電站鍋爐寬負(fù)荷脫硝改造勢在必行，介紹了現(xiàn)有的寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，論述了各自的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，給出了寬負(fù)荷脫硝改造的技術(shù)方案選取建議。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；超低排放；寬負(fù)荷脫硝；省煤器分級

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.054

1 引言

以煤為主的能源結(jié)構(gòu)并且通過直接燃燒的方式加以利用是造成我國大氣污染的主要原因之一。因此，為了保障空氣質(zhì)量，必須采用先進(jìn)的污染物治理技術(shù)并執(zhí)行更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)?！睹弘姽?jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》中明確要求，燃煤機(jī)組必須確保滿足最低技術(shù)出力以上全負(fù)荷、全時段穩(wěn)定達(dá)到排放要求，其中，氮氧化物（以NO2計）排放濃度不高于50mg/Nm3。在關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價支持政策有關(guān)問題的通知（發(fā)改價格[2015]2835號）中明確規(guī)定，對驗(yàn)收合格并符合超低排放要求的燃煤發(fā)電企業(yè)給予適當(dāng)?shù)纳暇W(wǎng)電價支持，加價電量與實(shí)現(xiàn)超低排放的時間比率掛鉤，其中，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放中有一項(xiàng)不符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)的，即視為該時段不符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)。綜上，國家是從排放標(biāo)準(zhǔn)及鼓勵政策兩方面來引導(dǎo)全負(fù)荷脫硝的實(shí)現(xiàn)[1-2]。

目前應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)為選擇性催化還原法（SCR）。為滿足SCR催化劑的溫度窗口，設(shè)計時一般要求SCR入口煙氣溫度高于320℃。實(shí)際運(yùn)行過程中，由于鍋爐負(fù)荷受電網(wǎng)控制，無法長期高負(fù)荷運(yùn)行，部分鍋爐運(yùn)行在50%負(fù)荷以下時，SCR入口煙溫低于320℃，使得SCR無法正常運(yùn)行，造成NOX排放濃度超低、催化劑失活、氨逃逸增加等。因此，有必要采用寬負(fù)荷脫硝技術(shù)來滿足NOX排放要求，實(shí)現(xiàn)最低技術(shù)出力以上全負(fù)荷、全時段穩(wěn)定達(dá)到排放要求。

2 寬負(fù)荷脫硝技術(shù)

寬負(fù)荷脫硝技術(shù)主要分為低溫催化劑和鍋爐側(cè)改造。低溫催化劑主要是通過拓寬脫硝催化劑溫度窗口，使其能夠在低負(fù)荷煙溫條件下保證脫硝效率。然而，燃煤電站鍋爐低溫SCR催化劑技術(shù)目前暫無工程應(yīng)用。鍋爐側(cè)改造主要是通過對鍋爐煙風(fēng)、汽水系統(tǒng)（含省煤器）進(jìn)行改造，以提高鍋爐低負(fù)荷時SCR入口煙溫，實(shí)現(xiàn)正常脫硝。其中，鍋爐側(cè)改造的主要技術(shù)有：省煤器旁路（煙氣或水旁路）、省煤器分隔、給水加熱、省煤器分級等，且均有工程應(yīng)用[4，5]。

2.1 省煤器旁路

省煤器旁路是在省煤器煙氣或給水側(cè)設(shè)置旁路，用于減少低負(fù)荷時省煤器的吸熱量，提高SCR入口煙溫。

2.1.1 省煤器煙氣旁路

低負(fù)荷時，將省煤器入口的部分高溫?zé)煔饨?jīng)旁路直接引入省煤器出口煙道，提高SCR入口煙溫。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、投資成本低，但也存在明顯的缺點(diǎn)，即低負(fù)荷運(yùn)行時會使省煤器吸熱量減少，造成空預(yù)器排煙溫度上升，減低鍋爐效率。此外，煙氣旁路技術(shù)對旁路煙道擋板門的性能要求較高，機(jī)組高負(fù)荷撤出旁路時，由于省煤器進(jìn)口煙溫能達(dá)到500℃以上，旁路調(diào)節(jié)擋板在高溫下極易變形，產(chǎn)生內(nèi)漏，同樣會使排煙溫度升高，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性。同時，在滿負(fù)荷時擋板若內(nèi)漏量大，可能會使省煤器出口煙溫達(dá)到400℃以上，從而使催化劑燒結(jié)開始發(fā)生，而且燒結(jié)的過程是不可逆的，導(dǎo)致催化劑活性降低。因此煙氣旁路存在一定的技術(shù)風(fēng)險。

2.1.2 省煤器給水旁路

低負(fù)荷時，將省煤器入口的部分給水經(jīng)旁路引入省煤器出口或鍋爐下降管，通過調(diào)節(jié)旁路水量控制省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、投資成本低，但由于低負(fù)荷時省煤器出口煙溫很低，如仍需保證省煤器出口煙溫，則勢必增大旁路水流量，將會產(chǎn)生省煤器中介質(zhì)超溫，使省煤器出口水溫的欠焓達(dá)不到機(jī)組安全運(yùn)行要求。此外，本方案與煙氣旁路一樣將導(dǎo)致排煙溫度的上升，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。目前國內(nèi)尚未見成功應(yīng)用案例，因此不建議采用此方案。

2.2 省煤器分隔

省煤器分隔技術(shù)是將原有省煤器煙道用隔板分隔為多個內(nèi)置獨(dú)立通道，并分別設(shè)置煙道擋板。低負(fù)荷時，通過調(diào)節(jié)煙道擋板門，減少省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投資成本低，能夠滿足溫升需求，但因擋板門為高溫高灰運(yùn)行，對其可靠性要求較高，此外，因煙道分隔，吹灰存在一定難度，且該技術(shù)同樣會造成鍋爐效率的降低。

2.3 給水加熱

給水加熱技術(shù)是通過抽取蒸汽或其他熱源加熱省煤器入口給水，降低省煤器傳熱溫差來減少換熱量，進(jìn)而提高省煤器出口煙溫。

2.3.1 爐水循環(huán)

爐水循環(huán)是設(shè)置爐水循環(huán)回路，抽取爐水加熱省煤器給水。低負(fù)荷時，將部分爐水引入省煤器入口，提高省煤器進(jìn)口水溫，減少省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術(shù)系統(tǒng)簡單，調(diào)節(jié)靈活，但主要用于在汽包爐爐水泵裕量較大的情況，且同樣會造成鍋爐效率的降低。

2.3.2 零號高加

零號高加技術(shù)是在回?zé)嵯到y(tǒng)的1號高加前增設(shè)一零號高加。低負(fù)荷時，投入零號高加提升給水溫度，降低省煤器換熱量，進(jìn)而提高省煤器出口煙溫。零號高加會降低汽機(jī)熱耗，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，且同樣存在鍋爐效率降低的問題。

2.4 省煤器分級

省煤器分級是將省煤器尾端部分受熱面移至SCR反應(yīng)器出口，通過降低SCR前省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫，保證SCR裝置寬負(fù)荷運(yùn)行。省煤器分級的優(yōu)點(diǎn)在于溫度調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)行穩(wěn)定，因沒有改變鍋爐側(cè)的傳熱過程及分配，因此對鍋爐效率等性能指標(biāo)沒有影響。但對改造項(xiàng)目會涉及部分省煤器的拆除及新增省煤器，因此成本較高，系統(tǒng)改造相對復(fù)雜。

3 結(jié)論

電站鍋爐寬負(fù)荷脫硝改造勢在必行，現(xiàn)有寬負(fù)荷脫硝技術(shù)能夠滿足寬負(fù)荷脫硝要求。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，建議新建機(jī)組優(yōu)先采用省煤器分級寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，而對于改造機(jī)組則建議通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選用適合的技術(shù)改造方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家發(fā)展改革委數(shù)據(jù)庫.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）（發(fā)改能源[2014]2093號）[EB/OL].2014，09（12）.

[2]徐昶.600MW火電機(jī)組提高SCR入口煙溫方案研究[J].鍋爐技術(shù)， 2015，46（01），61-64.

[3]高偉.1000MW超超臨界鍋爐全負(fù)荷投運(yùn)SCR技術(shù)方案探討[J]. 鍋爐制造，2015（01）：37-39.

作者簡介：甘露（1987-），男，博士研究生，主要從事于燃煤電廠煙氣治理技術(shù)及節(jié)能技術(shù)的研究。