300MW 火電機(jī)組低負(fù)荷下的脫硝問(wèn)題和解決方案探討

張明輝

（三門(mén)峽華陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門(mén)峽 472100）

前言

而近年來(lái)針對(duì)大氣污染的問(wèn)題，國(guó)家開(kāi)始加大了節(jié)能減排的力度，并通過(guò)融入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并通過(guò)安裝相應(yīng)的電子設(shè)備，來(lái)有效實(shí)現(xiàn)全面的控制與管理[1]。因此，很多相關(guān)企業(yè)開(kāi)始對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行了脫硫和脫硝的改造，以增強(qiáng)其節(jié)能環(huán)保的作用，也因此，機(jī)組煙氣的溫度控制就顯得尤為重要，所以這就要求300MW 火電機(jī)組要在低負(fù)荷下完成脫硝[2]。

一、脫硝原理

脫硝具體是指消除燃燒煙氣中的氮氧化物，從而有效防止大氣污染。因此通常采用選擇性催化劑還原（SCR）技術(shù)，來(lái)將一氧化氮，二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而有效降低火電機(jī)組在燃燒過(guò)程中所釋放的氮氧化物。在該系統(tǒng)運(yùn)作的過(guò)程中，液氨會(huì)在蒸發(fā)器內(nèi)變?yōu)榈獨(dú)?，在加熱到一定溫度后被送到緩沖罐進(jìn)行保存，然后經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)行相應(yīng)的減壓后，再通過(guò)噴氨格柵的噴嘴噴出，然后與煙氣混合在一起，最后在靜態(tài)混合劑中完成催化反應(yīng)。而在此過(guò)程中，在排煙溫度和催化劑的雙重作用下，氨氣與NOx 發(fā)生催化氧化的還原反應(yīng)，最終還原成氧氣和水。由此可知，脫銷是保護(hù)環(huán)境，預(yù)防大氣污染的重要措施之一，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段，對(duì)當(dāng)前火電廠各類鍋爐及焚燒爐尾氣的治理有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，脫硝技術(shù)也取得了一定的突破和創(chuàng)新。

二、省煤器及空預(yù)器

（一）低負(fù)荷脫硝與省煤器的關(guān)系

省煤器是布置在鍋爐尾部煙道內(nèi)加熱給水的一種換熱設(shè)備。它的主要作用就是吸收鍋爐尾部的煙氣中的部分熱量，從而降低相應(yīng)的排煙溫度，以達(dá)到節(jié)省燃料的目的，進(jìn)而降低鍋爐的運(yùn)行成本。除此以外，由于給水進(jìn)入汽包之前會(huì)先在省煤氣里進(jìn)行加熱，因此，這就在一定程度上減少了給水在受熱面里的吸熱，因此我們可以利用省煤器來(lái)取代一些投資費(fèi)用較大的蒸發(fā)受熱面。而當(dāng)給水的溫度提高后，由于相應(yīng)的熱應(yīng)力減小，那么汽包的工作條件就會(huì)得到有效改善。由此可知，省煤器在電廠中是非常重要的低溫受熱面。而省煤器通常分為兩種，一種是沸騰式，一種是非沸騰式。如果省煤器的出口溫度已達(dá)到了飽和，并且此時(shí)還存有部分的水汽化，就說(shuō)明該省煤器為沸騰式省煤器。如果出口的溫度低于飽和溫度，則說(shuō)明該設(shè)備是非沸騰式省煤器。而現(xiàn)階段在大型鍋爐中普遍使用非沸騰式的省煤器。而低負(fù)荷脫硝在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)減少一定部分省煤器與煙氣的熱交換，而此時(shí)省煤器的受熱面積雖然變小了，鍋爐的給水溫度也降低了，但卻給脫硝設(shè)施創(chuàng)造了投入條件。

（二）低負(fù)荷期間脫硝和空預(yù)器關(guān)系

空氣預(yù)熱器是一種熱交換設(shè)備，它主要利用鍋爐尾氣的煙氣熱量來(lái)進(jìn)行對(duì)空氣的加熱，因此它可以通過(guò)提高鍋爐的熱交換性能，來(lái)有效降低能量的損耗。而其的主要作用具體體現(xiàn)在以下五個(gè)方面。第一，空氣預(yù)熱器會(huì)利用空氣來(lái)吸收排出煙氣中的熱量，從而有效降低排煙損失，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上提高鍋爐的運(yùn)行效率，以達(dá)到節(jié)約燃料的目的。第二，空氣預(yù)熱器在運(yùn)行的過(guò)程中可以通過(guò)提高爐膛內(nèi)的溫度，來(lái)加速燃料的著火和燃燒，從而在避免機(jī)械燃燒損失的基礎(chǔ)上，提高燃燒效率，與此同時(shí)也保證了鍋爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性。第三。使用空氣預(yù)熱器還能有效節(jié)約金屬材料，進(jìn)而降低鍋爐的使用成本。第四，在此過(guò)程中所形成的熱空氣可以用作燃料的干燥劑，并且熱空氣還是制粉系統(tǒng)重要的干燥劑，所以其還有利于推動(dòng)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行。第五，空氣預(yù)熱器還能提高引風(fēng)機(jī)的工作效率。這是因?yàn)楫?dāng)排出煙霧的溫度低于引風(fēng)機(jī)的工作溫度時(shí)，就可以在降低其運(yùn)行成本的同時(shí)，使其正常的投入運(yùn)行。并且由于氨氣是催化劑重要的脫硝裝置，所以如果排煙的溫度相對(duì)較低，就會(huì)非常容易導(dǎo)致氨氣逃逸，因此，我們必須要嚴(yán)格控制排出煙氣的溫度，從而在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行[3-4]。

三、低負(fù)荷脫硝的問(wèn)題及解決方法

（一）低負(fù)荷脫硝面臨的問(wèn)題

在SCR 系統(tǒng)進(jìn)行脫硝時(shí)，所產(chǎn)生的煙氣在遇到SCR 的催化劑時(shí)，因?yàn)榇呋瘎┑难趸饔?，以及二氧化硫到三氧化硫的轉(zhuǎn)化，使得逃逸出的氨氣其濃度沒(méi)有超過(guò)3ppm，因此在下層區(qū)依然會(huì)生成硫酸氫氨。而硫酸氫氨因自身特殊的性質(zhì)，使其在不同的溫度下會(huì)呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。比如在146℃到207 度之間，硫酸氫氨會(huì)以液態(tài)的形式出現(xiàn)。而氣體或顆粒狀的硫酸氫氨會(huì)隨著煙氣流入預(yù)熱器，而這一過(guò)程雖然不會(huì)對(duì)預(yù)熱器產(chǎn)生較大的影響，但是已變成液體形式的硫酸氫氨的黏性會(huì)非常大，所以在與煙氣中的飛灰顆粒進(jìn)行結(jié)合時(shí)，就會(huì)很容易依附到預(yù)熱器的傳熱元件上，從而導(dǎo)致預(yù)熱器出現(xiàn)堵塞，腐蝕等問(wèn)題，進(jìn)而影響機(jī)組的安全正常的穩(wěn)定運(yùn)行。因此在整個(gè)脫硝的過(guò)程中，一定要控制好逃逸氨氣，而且催化劑對(duì)排出煙氣的溫度還有著一定的要求，一旦排出煙氣的溫度低于氨氣的催化溫度，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)最終的水和氧氣的還原，還會(huì)在此過(guò)程中形成更多的逃逸氨氣，從而給設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)非常不利的影響。所以在進(jìn)行氨氣催化時(shí)，排出煙氣的溫度最好控制在300 度到400 度的中間，而這也就是我們所說(shuō)的低負(fù)荷脫硝。而當(dāng)前如何實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的低負(fù)荷脫硝投運(yùn)是當(dāng)前各大火電廠重點(diǎn)研究的課題之一。因?yàn)槿绻荒軐?shí)現(xiàn)火電機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行，就不能達(dá)到國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此，火電機(jī)組也就不能正式投入使用，而這樣就又會(huì)給火電廠帶來(lái)非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。但是如果機(jī)組在未能實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫銷投運(yùn)時(shí)就正式投入使用，那么機(jī)組就會(huì)面對(duì)非常嚴(yán)厲的環(huán)?？己?，進(jìn)而給火電廠的實(shí)際運(yùn)營(yíng)帶來(lái)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（二）機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的脫硝投運(yùn)

從上述可知，火電機(jī)組的低負(fù)荷脫硝已經(jīng)成了其環(huán)保運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這是因?yàn)樵摥h(huán)節(jié)，不僅影響著火電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還影響著我國(guó)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和治理。所以如果在機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)氨氣超標(biāo)的問(wèn)題，就會(huì)給火電廠帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重壓力。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)火電機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行情況，然后通過(guò)相關(guān)技術(shù)的論證，采用省煤器的出口處安裝寬負(fù)荷擋板，使其在低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，減少煤氣與煙氣的換熱面積，從而來(lái)有效解決低負(fù)荷脫硝問(wèn)題。

1.寬負(fù)荷擋板。寬負(fù)荷擋板主要依據(jù)水渠分流的方式來(lái)將是省煤器進(jìn)行改造，然后鍋爐在低負(fù)荷狀態(tài)下，使煙氣在并聯(lián)的三分叉通道中，只流經(jīng)中間的煙道，從而達(dá)到省煤器換熱面積減少的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐排煙溫度的有效控制。并且經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)的反復(fù)證明，寬負(fù)荷擋板調(diào)節(jié)效果非常顯著，并且也基本達(dá)到低負(fù)荷下脫銷的條件。

2.SCR 脫硝裝置煙氣旁路系統(tǒng)。將SCR 脫硝裝置煙氣旁路系統(tǒng)安裝在省煤器的出口，可使煙氣不用流經(jīng)SCR 的反應(yīng)器而直接進(jìn)入到空氣預(yù)熱器。因此，安裝SCR 煙氣旁路的主要優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。第一，當(dāng)火電機(jī)組的鍋爐啟停時(shí)，可以通過(guò)該旁路系統(tǒng)，來(lái)有效保護(hù)裝置內(nèi)的催化器不受到任何損壞。第二，當(dāng)火電機(jī)組的鍋爐進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果其運(yùn)行的溫度要高于排煙氣的溫度，那么通過(guò)該旁路系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑的有效控制，進(jìn)而防止中毒現(xiàn)象的發(fā)生。第三，如果機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到噴氨的條件時(shí)，可以通過(guò)旁路系統(tǒng)來(lái)降低煙氣的阻礙力，從而達(dá)到節(jié)能減排的實(shí)際效果。除此之外，在鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，鍋爐煙氣是可以穿過(guò)催化劑的，因此在SCR 旁路系統(tǒng)時(shí)，其主要在鍋爐長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下發(fā)揮作用。但是現(xiàn)階段，像美國(guó)、日本一些發(fā)達(dá)國(guó)家已在法律明文上明確禁止加裝SCR脫硝裝置煙氣旁路系統(tǒng)，這主要是因?yàn)镾CR 反應(yīng)器本身就有很長(zhǎng)的使用壽命，而SCR在不進(jìn)行投運(yùn)時(shí)，只需要停止注入氨氣就可以，而停止噴氨時(shí)，煙氣依然會(huì)流經(jīng)反應(yīng)器，然后進(jìn)入到空氣預(yù)熱器，所以對(duì)脫硝系統(tǒng)及整個(gè)火電廠的實(shí)際操作并沒(méi)有什么實(shí)際影響，因此，近年來(lái)我國(guó)各大火電廠也來(lái)說(shuō)陸續(xù)不安裝SCR 旁路系統(tǒng)。

3.省煤器旁路系統(tǒng)?；痣姍C(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行下，如果省煤器的排出的煙氣溫度低于催化劑的最低運(yùn)行溫度，那么這時(shí)就需要對(duì)省煤器的旁路進(jìn)行一定的設(shè)置。通常會(huì)采用兩種旁路系統(tǒng)，一種是煙氣側(cè)旁路，一種是水側(cè)旁路。首先煙氣側(cè)旁路，其主要作用是抽取省煤器上部鍋爐煙道中的煙氣，然后將其直接從大氣排放的通道排除，這樣就會(huì)使火電機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不會(huì)受到影響。但與此同時(shí)，煙氣側(cè)旁路中會(huì)有一些顆粒較大的灰塵被帶入到反應(yīng)器中，從而形成對(duì)催化劑的阻塞。而水側(cè)旁路的作用是為了讓部分地水旁路可以通過(guò)省煤器，直接進(jìn)入到其的出口聯(lián)箱，從而在一定程度上降低省煤器的傳熱量。由此可知，煙氣側(cè)旁路會(huì)影響到省煤器排出煙氣的溫度，而水側(cè)旁路則需要旁路大量的供水，才能提高省煤器排排出煙氣的溫度，因此在這兩種旁路使用的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致省煤器出現(xiàn)汽化問(wèn)題。再加上，使用省煤器旁路系統(tǒng)時(shí)，需要大量資金的支持，因此，對(duì)于是否增加省煤器旁路，還應(yīng)慎重考慮。而如果增加省煤器旁路就需要重點(diǎn)考慮以下四個(gè)方面的問(wèn)題。第一，在省煤器旁路運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)降低火電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率，與此同時(shí)，還會(huì)加大煤炭的消耗以及相應(yīng)的熱量損失。第二，如果增加省煤器旁路，勢(shì)必會(huì)增加相應(yīng)的旁路煙道及擋板，那么就會(huì)在火電機(jī)組脫銷的過(guò)程中消耗更多的資金費(fèi)用，并且旁路短板還非常容易積累灰塵，因此會(huì)造成一定的堵塞問(wèn)題，進(jìn)而影響火電機(jī)組的正常運(yùn)行。第三，省煤器旁路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)SCR 系統(tǒng)煙氣流場(chǎng)造成較大的影響，從而削弱了脫銷的效率。第四，如果增加省煤器旁路，就需要對(duì)火電機(jī)組的煙氣溫度和煙氣量進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而加大了操作難度。所以對(duì)于是否增加省煤器旁路，一定要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)做出正確的選擇。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了更好地貫徹國(guó)家“節(jié)能減排”的方針，也為了踐行我國(guó)“綠色環(huán)?！钡陌l(fā)展理念，相關(guān)企業(yè)可以通過(guò)與科學(xué)技術(shù)進(jìn)行有效融合，來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放，進(jìn)而通過(guò)充分應(yīng)用寬負(fù)荷擋板技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的有機(jī)統(tǒng)一。而本文中所提到的寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，不僅能有效解決現(xiàn)階段火電廠機(jī)組中低負(fù)荷脫硝投運(yùn)的相關(guān)問(wèn)題，還能實(shí)現(xiàn)與其他技術(shù)的有效融合。并且雖然該技術(shù)還存在一些不足之處，但是由于它具有所需投資費(fèi)用較少以及改造的時(shí)間較短，工作量較低等眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其被廣泛應(yīng)用在機(jī)組的安裝和使用上，并取得了顯著成果，進(jìn)而為我國(guó)的生態(tài)環(huán)境豎起了強(qiáng)大的保護(hù)屏障。