600 MW超臨界鍋爐全負荷工況脫硝改造方案探討

羅江勇，呂新樂，邊鵬飛，韓琪

（1.廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海519000；2.北京理工大學珠海學院，廣東珠海519000）

600 MW超臨界鍋爐全負荷工況脫硝改造方案探討

羅江勇1，呂新樂1，邊鵬飛1，韓琪2

（1.廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海519000；2.北京理工大學珠海學院，廣東珠海519000）

隨著國家環保指標的不斷收緊和核電項目的大量建成投運，國內火電廠一方面承受著排放指標的壓力，另一方面面臨著機組長時處于低負荷運行的現實，因此對目前投運較多的SCR脫硝設備進行升級改造，保證低負荷下的脫硝投運，以進一步降低機組NOx排放量勢在必行。對國內外廣泛關注的幾個改造方案優缺點進行分析，期望為國內電廠的SCR升級改造提供一定參考。

SCR；脫硝改造；全負荷工況

0　引言

氮氧化物作為燃煤電廠的大氣污染物之一，是形成光化學煙霧、酸雨污染的主要來源［1］。近年來，我國的環保力度不斷加大，隨著國家《火電廠大氣污染物排放標準》、《環境空氣質量標準》等一系列文件的發布與實施，國家及地方環保部門對目前占據國內發電份額最大的火電機組的NOx排放指標進行了更加嚴格的限制，使得國內大量火電廠匆忙上馬了大量脫硝設備［2-4］。但由于建設初期環保標準要求不高、設計裕度不夠，加上工期緊、任務重，絕大部分新上的脫硝設備均不同程度地存在投運率均不高的現象［5-6］。

相對于效率較低、可靠性差的SNCR脫硝技術，目前國內的絕大部分火力電廠均選擇了SCR脫硝技術［7-8］，該技術成熟、成本經濟、效率可達80%以上，但為保證催化劑的活性，對進口煙氣溫度一定要求（一般為310～420℃）。當反應溫度低于下限值時，所噴入的NH3中氨分子很少與NOx反應，而是首先與SO3和H2O反應生成（NH4）2SO4或NH4HSO4［9-11］，它們一方面附著在催化劑表面，引起污染積灰并堵塞催化劑的通道與微孔，降低催化劑的活性，另一方面被高速流動的煙氣帶至空預器搪瓷換熱元件表面，堵塞換熱元件孔洞，造成空預熱差壓異常。

目前國內絕大部分超（超）臨界鍋爐在低負荷運行時，SCR脫硝煙道處進口煙溫均低于下限溫度，為保證催化劑的安全，絕大部分電廠均選擇在低負荷時不投脫硝設備，導致脫硝整體投運率不高。隨著近期國家《排污費征收標準管理辦法》即將執行，通過對NOx的排放量實施懲罰性收費來補貼嚴格實施排放控制的電廠，脫硝設備投運率不高的弊端開始顯現出來。因此，如何解決火電廠低負荷工況下脫硝入口溫度偏低、提高脫硝設備投運率的問題成為國內各設計院、環保公司的關注焦點。

目前國內在提高SCR脫硝設備投運率所采取的措施基本集中于運行方面［12-13］，如選擇硫份較低的煤種，通過降低煙氣中SOx濃度來減少硫酸氫銨的生成；嚴格控制適當的噴氨量，對NH3的輸入量的控制應要求既能保證NOx的脫除效率，又能保證較低的氨逃逸量，防止多余的NH3與煙氣中的SOx反應形成銨鹽，導致催化劑失活和空預器堵塞；在SCR進口煙溫較低時，加強催化劑區域及空預器區域的吹掃，盡量減少硫酸鹽形成后的大量堆積等控制方面，國內很少有電廠通過相應的設備改造來保證機組低負荷時的脫硝設備投運，改造狀況及運行經驗有待補充。

國外脫硝設備投運初期，也存在入口煙溫不達標問題，其關于提高SCR進口煙溫的改造思路主要集中于煙氣旁路、水旁路、分級省煤器、熱水再循環幾方面。

1　煙氣旁路方案

圖1為SCR脫硝的煙氣旁路改造示意圖，從圖中可以看出，該方案的設計思路是從后豎井煙道下方、省煤器管組處后包墻引出一路未經受熱面吸熱降溫的煙氣旁路至SCR進口煙道處，在與經過省煤器吸熱后的低溫煙氣混合后，進入SCR脫硝催化劑區域，進行催化還原反應。

從技術及經濟性看，該方案對現有設備的改動較小，對現有設備的可利用空間要求不高，僅僅增加了煙道及閘板門等附屬設備，投資相對較小，但為提高入口煙溫，該方案在一定程度上了降低了鍋爐效率，影響了機組經濟性能。從設備可靠性方面考慮，目前國內多數電廠的軌道式熱風閘板門均存在不同程度的變形、卡澀等問題，穩定性不高，且該處由于運行環境惡劣（高溫、粉塵大），對擋板的可靠性提出了更高的要求，特別是當機組在長時間高負荷運行后，突然開啟該旁路時，能否正常開啟均需充分考慮。

歐美、日本部分早期建成的電廠裝設有SCR脫硝旁路煙道［14］，但其出發點主要在于防止鍋爐啟停或爆管時，部分易于凝結的煙氣造成催化劑堵塞等安全問題，針對提高SCR進口煙溫而考慮的省煤器煙道旁路雖有研究，但鮮有投產。旁路煙道在實際運行過程中，所產生的積灰、擋板門變形、卡澀等問題值得參考借鑒。國內某電廠已初步完成煙氣旁路改造，但存在一定的運行問題，實際投運不多。

圖1　SCR脫硝煙氣旁路

2　分級省煤器方案

圖2為SCR脫硝分級省煤器改造方案的示意圖，可以看出，該方案將原布置于后煙井處的部分省煤器管組移至SCR脫硝催化劑后方，再由連接管道將前后省煤器連通，通過減少后煙井處省煤器管組的吸熱量來提高SCR脫硝進口煙溫，并保證空預器進口溫度不變，在保證不影響鍋爐效率的基礎上改進低負荷工況下的煙溫較低問題。

從技術及經濟性看，該方案對現有設備改動較大，需將原省煤器管組切割吊裝移位，焊口較多，工作量較大，且要求催化劑下方的煙道具有一定空間；由于增加了管組及內部工質，需對現有脫硝鋼梁承重情況進行校核；現有設備的可利用率較高；從設備可靠性方面考慮，由于煙氣經過了脫硝催化劑的還原反應，需加強對催化劑下方省煤器管組的腐蝕情況監測。該方將將省煤器的位置進行了調整，可通過增加鰭片省煤器的面積來進一步降低鍋爐煙溫，以進一步提高鍋爐效率和機組經濟性。

圖2　SCR脫硝分級省煤器布置

國內有粵電金灣電廠、國華定州電廠等完成了改造，并投入運行，經第三方監測，在低至220 MW的負荷下，均可投入脫硝系統運行，表明該方案切實可行。

3　省煤器水旁路方案

圖3為省煤器水旁路方案示意圖，該方案將省煤器進口管道的部分供水直接引至省煤器中間聯箱或出口聯箱，通過減少省煤器管組內工質對高溫煙氣的吸熱量，保證SCR入口煙溫不會太低。

圖3　省煤器水旁路

該方案對現有設備改動不大，只是在原來的基礎上了新增加了水旁路管道及相應的泵、閥門等控制設備，相對于其他方案來說，工作量不大，改造費用較低，但對鍋爐效率有一定影響，且該方案對SCR進口煙溫提高有限，50%以上負荷時，可保證脫硝設備的投運，但負荷更低時，無法進一步控制煙溫，當機組長時間處于低負荷運行時，無法保證投運率。

4　省煤器水旁路與熱水再循環綜合方案

圖4為省煤器水旁路與熱水再循環綜合改造方案，該方案是在單純省煤器水旁路的方案上演變而來，可彌補水旁路方案在更低負荷時無法保證煙溫滿足要求的缺點，該方案的思路是將經過省煤器管組加熱的給水部分返回省煤器進口集箱，經充分混合后，提高省煤器管內工質的溫度，減少管組內外溫差，減少給水的吸熱量，從而保證煙氣溫度滿足下限要求。

圖4　省煤器水旁路與熱水再循環綜合方案

該方案在省煤器水旁路的基礎上，增加了熱水循環管道及相應的泵、閥門等設備，施工量較小，檢修工期較短，維護較為簡單。據估算，采用該方案，基本可保證35%及以上負荷工況的脫硝投運，可進一步保證機組在長時低負荷工況下的脫硝投運率。但該方案投資較高，對高壓泵及閥門的穩定性提出了更高要求，且在一定程度了影響了機組的經濟性能。

5　結語

煙氣旁路改造方案對現有設備的改動較小，投資少，但該方案在提高煙氣溫度的同時，降低了鍋爐效率，影響了機組的經濟性；分級省煤器改造方案對現有設備改動較大，在保證不影響鍋爐效率的情況下，解決了低負荷工況下的煙溫低的問題，目前在國內電廠已有實際應用，反饋較好；省煤器水旁路方案對現有設備改動不大，改造費用較低，但對鍋爐效率也有一定影響；省煤器水旁路與熱水再循環綜合改造方案能保證低負荷時的煙氣溫度，但也降低了機組運行的經濟性。

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［14］W.Nischt，B.Wooldridge，J Bigalbal.Recent SCR retrofit experience on coal-fired boilers［C］.New Orleans：Power-Gen International，1999.

De-NOxTransformation Scheme for Full Load in 600 MW Supercritical Boilers

LUO Jiangyong1，LV Xinle1，BIAN Pengfei1，HAH Qi2
（1.Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co.，Ltd.，Zhuhai，519000，China；2.Beijing Institute of Technology，Zhuhai，519000，China）

With the tighten of national environmental indicators and the establishment of a large number of nuclear power plants，the thermal powerplant are facing the pressure of the environment protection and longtime low load conditions，Upgrading and reconstruction of the SCR De-NOxequipment are necessary，the transformation can improve the operation rate in low load conditions.Advantages and disadvantages of transformation schemes focused at home and abroad are analyzed，and hope to provide certain reference for the SCR upgraded.

SCR；de-NOxtransformation；full load

X701.7

B

1007-9904（2015）10-0061-03

2015-07-06

羅江勇（1986），男，工程師，主要從事火力發電廠鍋爐本體及輔機設備的檢修與管理工作。