寬負荷脫硝技術探討

甘露　王濟平

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

關鍵詞：電站鍋爐；超低排放；寬負荷脫硝；省煤器分級

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

1 引言

以煤為主的能源結構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，為了保障空氣質量，必須采用先進的污染物治理技術并執行更為嚴格的排放標準。《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》中明確要求，燃煤機組必須確保滿足最低技術出力以上全負荷、全時段穩定達到排放要求，其中，氮氧化物（以NO2計）排放濃度不高于50mg/Nm3。在關于實行燃煤電廠超低排放電價支持政策有關問題的通知（發改價格[2015]2835號）中明確規定，對驗收合格并符合超低排放要求的燃煤發電企業給予適當的上網電價支持，加價電量與實現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不符合超低排放標準的，即視為該時段不符合超低排放標準。綜上，國家是從排放標準及鼓勵政策兩方面來引導全負荷脫硝的實現[1-2]。

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

2 寬負荷脫硝技術

寬負荷脫硝技術主要分為低溫催化劑和鍋爐側改造。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催化劑技術目前暫無工程應用。鍋爐側改造主要是通過對鍋爐煙風、汽水系統（含省煤器）進行改造，以提高鍋爐低負荷時SCR入口煙溫，實現正常脫硝。其中，鍋爐側改造的主要技術有：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設置旁路，用于減少低負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

低負荷時，將省煤器入口的部分高溫煙氣經旁路直接引入省煤器出口煙道，提高SCR入口煙溫。該技術的優點是系統簡單、投資成本低，但也存在明顯的缺點，即低負荷運行時會使省煤器吸熱量減少，造成空預器排煙溫度上升，減低鍋爐效率。此外，煙氣旁路技術對旁路煙道擋板門的性能要求較高，機組高負荷撤出旁路時，由于省煤器進口煙溫能達到500℃以上，旁路調節擋板在高溫下極易變形，產生內漏，同樣會使排煙溫度升高，影響鍋爐經濟性。同時，在滿負荷時擋板若內漏量大，可能會使省煤器出口煙溫達到400℃以上，從而使催化劑燒結開始發生，而且燒結的過程是不可逆的，導致催化劑活性降低。因此煙氣旁路存在一定的技術風險。

2.1.2 省煤器給水旁路

低負荷時，將省煤器入口的部分給水經旁路引入省煤器出口或鍋爐下降管，通過調節旁路水量控制省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術的優點是系統簡單、投資成本低，但由于低負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，將會產生省煤器中介質超溫，使省煤器出口水溫的欠焓達不到機組安全運行要求。此外，本方案與煙氣旁路一樣將導致排煙溫度的上升，影響機組的經濟性。目前國內尚未見成功應用案例，因此不建議采用此方案。

2.2 省煤器分隔

省煤器分隔技術是將原有省煤器煙道用隔板分隔為多個內置獨立通道，并分別設置煙道擋板。低負荷時，通過調節煙道擋板門，減少省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術的優點是投資成本低，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，且該技術同樣會造成鍋爐效率的降低。

2.3 給水加熱

給水加熱技術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，進而提高省煤器出口煙溫。

2.3.1 爐水循環

爐水循環是設置爐水循環回路，抽取爐水加熱省煤器給水。低負荷時，將部分爐水引入省煤器入口，提高省煤器進口水溫，減少省煤器換熱量，提高SCR入口煙溫。該技術系統簡單，調節靈活，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

零號高加技術是在回熱系統的1號高加前增設一零號高加。低負荷時，投入零號高加提升給水溫度，降低省煤器換熱量，進而提高省煤器出口煙溫。零號高加會降低汽機熱耗，但系統較為復雜，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裝置寬負荷運行。省煤器分級的優點在于溫度調節范圍大，運行穩定，因沒有改變鍋爐側的傳熱過程及分配，因此對鍋爐效率等性能指標沒有影響。但對改造項目會涉及部分省煤器的拆除及新增省煤器，因此成本較高，系統改造相對復雜。

3 結論

電站鍋爐寬負荷脫硝改造勢在必行，現有寬負荷脫硝技術能夠滿足寬負荷脫硝要求。經過技術經濟對比，建議新建機組優先采用省煤器分級寬負荷脫硝技術，而對于改造機組則建議通過技術經濟比較選用適合的技術改造方案。

參考文獻：

[1]國家發展改革委數據庫.煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）（發改能源[2014]2093號）[EB/OL].2014，09（12）.

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

[3]高偉.1000MW超超臨界鍋爐全負荷投運SCR技術方案探討[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及節能技術的研究。