火電機(jī)組深度調(diào)峰下的寬負(fù)荷脫硝

趙日曉

摘? ?要：本文從已經(jīng)商用的成熟技術(shù)以及正在研發(fā)、但尚未規(guī)?；逃玫南冗M(jìn)技術(shù)兩方面，對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰改造的一個(gè)重要掣肘因素——寬負(fù)荷脫硝的技術(shù)路線和技術(shù)趨勢(shì)，進(jìn)行了詳細(xì)深入地分析介紹。新能源的消納是當(dāng)下制約我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。破解消納問題，一般可以從提升電源調(diào)峰能力，調(diào)整風(fēng)電、光伏布局、加強(qiáng)電網(wǎng)互濟(jì)和強(qiáng)化負(fù)荷側(cè)管理等多個(gè)方面采取措施，其中提升電源調(diào)峰能力至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：火電? 深度調(diào)峰? 脫硝? 催化

中圖分類號(hào)：TM623.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（c）-0015-02

新能源的消納是當(dāng)下制約我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。破解消納問題，一般可以從提升電源調(diào)峰能力，調(diào)整風(fēng)電、光伏布局、加強(qiáng)電網(wǎng)互濟(jì)和強(qiáng)化負(fù)荷側(cè)管理等多個(gè)方面采取措施，其中提升電源調(diào)峰能力至關(guān)重要。對(duì)于火電機(jī)組來(lái)說，目前制約其進(jìn)行深度調(diào)峰的一個(gè)主要困難就是如何確保機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，滿足正常脫硝的最低溫度，即機(jī)組的寬負(fù)荷脫硝問題。

1? 寬負(fù)荷SCR脫硝技術(shù)

煙氣溫度是選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫除煙氣氮氧化物的重要影響因素[1-2]，當(dāng)催化劑處于300℃～400℃溫度窗口下，催化劑具有選擇催化活性，而深度調(diào)峰工況下的煙氣溫度條件往往不能滿足該窗口溫度[3]，這是催化劑在調(diào)峰工況下脫硝難以穩(wěn)定投入的根本矛盾?；馍鲜雒苄鑿膬煞矫嬷郑浩湟?，綜合利用各種調(diào)節(jié)控制手段，提高深度調(diào)峰工況下SCR入口（即省煤器出口）的煙氣溫度;其二，研發(fā)新的低溫催化劑或者利用污染物協(xié)同多脫工藝，來(lái)降低NOx的脫除反應(yīng)溫度。

1.1 提高SCR入口處煙氣溫度

提高SCR入口處的煙氣溫度，是當(dāng)前全負(fù)荷脫硝的一個(gè)主要應(yīng)用方向[3]。具體來(lái)說：第一，在深度調(diào)峰時(shí)盡量提高爐膛出口處煙溫;第二，減少煙氣在到達(dá)SCR入口過程中向其它介質(zhì)進(jìn)行熱量傳遞;第三，引入如高溫?zé)煔夂透邷卣羝韧饧訜嵩础?/p>

1.1.1 提高爐膛出口處的煙氣溫度

深度調(diào)峰時(shí)，摻燒低熱值、高水分的煤種，增加一、二次風(fēng)供應(yīng)，可以降低高溫?zé)煔鈱?duì)爐膛換熱面的輻射及對(duì)流換熱強(qiáng)度，提高SCR的入口煙氣溫度[4]。除此之外，其它手段，如停運(yùn)底層磨煤機(jī)、增加上層磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，調(diào)整燃燒器擺角提高爐膛火焰中心，適當(dāng)提高氧量，調(diào)整SOFA風(fēng)擺角等，都有助于提高爐膛出口的煙氣溫度，一定程度上提高SCR入口處的煙氣溫度[5]。

1.1.2 減少爐膛出口至SCR入口煙氣的熱量傳遞

高溫?zé)煔鈴臓t膛出口流出后，經(jīng)過過熱器、再熱器、省煤器等換熱設(shè)備后到達(dá)SCR入口。煙氣在此流動(dòng)過程中，適當(dāng)減少過熱器、再熱器、省煤器等設(shè)備的換熱量可以有效提高SCR催化劑入口處的煙氣溫度，也是現(xiàn)階段火電企業(yè)最多應(yīng)用的全負(fù)荷脫硝改造手段。具體地，這些改造手段包括省煤器旁路改造、省煤器分級(jí)改造、省煤器給水改造等路線方法。

省煤器旁路改造，是將鍋爐省煤器前的部分高溫?zé)煔?，通過旁路煙道直接送入SCR系統(tǒng)前端，該煙氣與原有煙氣在SCR前端的噴氨格柵和靜態(tài)混合器中均勻混合升溫后進(jìn)入SCR反應(yīng)系統(tǒng)。省煤器分級(jí)是將原有省煤器切分為前后兩級(jí)，將SCR系統(tǒng)接入兩級(jí)省煤器之間。這種方式也能減少煙氣與省煤器的熱量交換，提高SCR入口處的煙氣溫度。該技術(shù)工程上運(yùn)用較多，已比較成熟。省煤器給水改造其實(shí)質(zhì)是引入了外熱源來(lái)提高省煤器給水溫度，減少省煤器換熱溫差來(lái)提高煙氣的溫度，詳情請(qǐng)見下節(jié)。

1.1.3 引入外加熱源

通過引入外加熱源提高SCR入口側(cè)煙溫，分為從煙氣側(cè)引入和從給水側(cè)引入兩類。煙氣側(cè)引入外熱源時(shí)，設(shè)置外置燃油或者燃?xì)鉄煹溃ㄟ^燃油與燃?xì)猱a(chǎn)生的高溫?zé)煔?，混合原有煙氣加入到SCR反應(yīng)器，提高反應(yīng)器中的煙氣溫度。給水側(cè)引入外熱源方面，主要是通過對(duì)省煤器給水進(jìn)行加熱，減少給水在省煤器中的吸熱量，以提高鍋爐省煤器出口的煙氣溫度?，F(xiàn)階段應(yīng)用較多的具體方案是，在電廠汽機(jī)房增設(shè)0號(hào)高加，在深度調(diào)峰時(shí)，投入0號(hào)高加加熱省煤器給水，提高SCR反應(yīng)的煙氣溫度。對(duì)于亞臨界汽包鍋爐，利用爐水循環(huán)泵，將部分高溫水送至省煤器水側(cè)進(jìn)口聯(lián)箱，也能夠提高進(jìn)入省煤器的給水溫度。

1.2 先進(jìn)脫硝技術(shù)

目前，不少的科研機(jī)構(gòu)正在研發(fā)新的催化劑配方及制備工藝，或者利用先進(jìn)的污染物協(xié)同多脫工藝，來(lái)降低NOx的脫除反應(yīng)溫度，實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝。但目前這些技術(shù)受制于當(dāng)前的原材料、設(shè)備工藝以及應(yīng)用成本等因素還難以規(guī)模化商用。

1.2.1 低溫脫硝催化劑

低溫脫硝催化劑的研發(fā)是兩個(gè)主要方向，一是催化劑活性組分調(diào)整，目前國(guó)內(nèi)外正在研發(fā)的低溫脫硝催化劑多為錳基、鈰基以及釩基催化劑。前兩者在溫度較低時(shí)催化活性高但容易失活。釩基催化劑活性溫度難以有效拓寬，反應(yīng)溫度較低時(shí)脫硝效率低。二是對(duì)現(xiàn)有SCR催化劑進(jìn)行優(yōu)化，既包括催化劑制備過程中對(duì)前驅(qū)物、對(duì)負(fù)載量的控制以及對(duì)制備方法的擇優(yōu)改進(jìn);也包括在常規(guī)催化劑基礎(chǔ)上，通過引入其它金屬氧化物（MnOx， CeOx）或者非金屬物質(zhì)（C， F， SiO2， SO42-），對(duì)催化劑載體和活性組分進(jìn)行改性[2]，提高催化劑性能。

1.2.2 多種污染物的協(xié)同脫除——過氧化氫（H2O2）和臭氧（O3）

燃煤鍋爐煙氣中的大部分氮氧化物（>95%）都以水溶性較差的氣相NO形式存在，利用強(qiáng)氧化劑將其氧化為水溶性較好的高價(jià)態(tài)氮氧化物，結(jié)合后部的脫硫塔等設(shè)備與SO2進(jìn)行協(xié)同脫除，是目前較為先進(jìn)的技術(shù)思路。現(xiàn)階段，研究者主要關(guān)注和重視的氧化劑有H2O2和O3，這兩種氧化劑均可在低溫區(qū)間（90℃～280℃），在催化劑表面分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基（如·OH，·O等），對(duì)NO進(jìn)行有效的氧化。此外，該方法還對(duì)煙氣中的SO2以及汞單質(zhì)（Hg0）有一定的協(xié)同脫除能力。

1.2.3 富氧燃燒技術(shù)

富氧燃燒是將含氧量高于21%的空氣送入鍋爐參與燃燒，該技術(shù)使鍋爐燃燒具有較高的燃燒溫度和燃盡度，減少了CO和NOx的排放。在進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)，進(jìn)行富氧燃燒，對(duì)低負(fù)荷穩(wěn)燃以及提高爐膛出口煙氣溫度進(jìn)而提高SCR反應(yīng)溫度都有作用。但該技術(shù)目前囿于空分系統(tǒng)的大型化等系統(tǒng)難題而并未得到規(guī)模化商用。

2? 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰改造的一個(gè)重要掣肘因素——寬負(fù)荷脫硝，從已經(jīng)有所應(yīng)用的提高SCR入口煙溫技術(shù)，以及正在研發(fā)、但尚未規(guī)?；逃玫南冗M(jìn)低溫脫硝科技兩方面進(jìn)行了分析介紹。文中涉及多種技術(shù)路線的寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，這也凸顯出了進(jìn)行寬負(fù)荷脫硝改造的復(fù)雜性和艱巨性。各火電機(jī)組需要最大程度地選擇適用于本機(jī)組的改造技術(shù)，才能不斷挖掘機(jī)組調(diào)峰潛力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共利共贏。

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