330MW機組低負荷運行脫硝特性研究

杜巖　周連升　張宇　王桂林　邊疆

（1天津國電津能熱電有限公司天津3003002國網天津市電力公司電力科學研究院天津300384 3天津市電力科技發展有限公司天津300384）

330MW機組低負荷運行脫硝特性研究

杜巖1周連升2張宇2王桂林2邊疆3

（1天津國電津能熱電有限公司天津3003002國網天津市電力公司電力科學研究院天津300384 3天津市電力科技發展有限公司天津300384）

對低負荷工況下選擇性催化劑脫硝裝置催化劑存在活性降低的情況進行研究，通過試驗手段，對330MW機組低負荷工況下的脫硝系統運行狀況進行試驗研究。脫硝裝置不進行改造，40%低負荷運行期間，可以實現氮氧化物的超低排放要求，但存在氨逃逸過高的潛在隱患。

脫硝；氨逃逸；深度調峰；氮氧化物

1　前言

深度調峰關系到電網的安全穩定及經濟運行，并且對新能源電力資源的合理利用起著至關重要的作用。近年來，我國電網峰谷差的增大對火力發電機組深度調峰提出了更高的要求，機組低谷調峰幅度達到40%～50%額定負荷[1]。目前電站鍋爐選擇性催化劑脫銷裝置（簡稱SCR脫硝裝置）催化劑通常的工作溫度范圍在300℃～400℃之間，在低負荷下SCR入口煙氣溫度會低于SCR催化劑最低使用溫度，影響SCR效率甚至退出運行，在現有技術條件下，即使鍋爐采用低氮燃燒器，SCR退出運行，鍋爐氮氧化物排放也會超過排放標準[2]。

煙氣溫度是影響SCR脫硝效率的重要因素之一。當煙氣溫度低時，不僅會因催化劑的活性降低而降低NOX的脫除效率，而且噴入的NH3還會與煙氣中的SOX反應生成(NH3)2SO4，(NH3)2SO4附著在催化劑的表面[3]；根據氨逃逸率及硫酸氫氨生成濃度的不同，一般在150℃～230℃及以下溫度就可能在空氣預熱器相應低溫區域發生結露，其腐蝕性極強，且溫度越低，結露的趨勢越嚴重；與此同時，呈堿性的煙灰會迅速黏附其上，吸收酸露并生成水泥狀附著物，很難清除。

為了了解在低負荷工況下，脫硝系統在氮氧化物排放達標時的運行情況，對330MW機組低負荷工況下的脫硝系統運行狀況進行試驗研究。

2　試驗方法

煙道中煙氣成分（如NO、O2、NH3等）濃度分布不均勻，采用網格法進行測試，網格布置參照GB/T16157中4.2條的要求采用網格布置方法進行多點測量。

圖1　檢測測點位置圖

在每個測點測量煙氣成分濃度的同時，測量煙氣中的氧含量，將各網格點煙氣成分濃度折算到過剩空氣系數1.4后進行算術平均，其結果為該截面煙氣成分濃度值。

在測量前后使用不同成分的標氣對測量儀器進行標定，至少在測量前、后各標定一次，測量期間發現測量數據異常時也對測量儀器進行標定后并重新測量。

3　機組介紹

本文研究對象330MW亞臨界燃煤機組工程鍋爐由哈爾濱鍋爐有限公司供貨，型號為HG-1102/17.5-YM33。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環汽包爐。鍋爐采用直流燃燒器，四角切向燃燒，單爐膛、Π型布置，全鋼架懸吊結構、平衡通風，固態排渣。本機組制粉系統采用中速磨正壓冷一次風直吹式系統。每臺鍋爐配備五臺中速磨，四臺運行，一臺備用。

燃燒系統采用擺動式水平濃淡燃燒器，四角布置，切向燃燒方式，燃燒器分為上下兩組，一、二次風噴嘴均可上下擺動，一次風噴嘴上下擺動20°，二次風噴嘴可上下擺動30°。

脫硝裝置采用選擇性催化還原法（SCR），在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于80%，脫硝層數按2+1設置。

4　試驗結果

表1　試驗結果數據匯總

在機組137MW電負荷（42%）工況下，對進組進行了相關試驗，包括脫硝裝置進、出口煙氣成分及溫度測試，脫硝出口氨逃逸濃度測試。試驗結果如表1所示。

鍋爐在啟動狀態，在42%電負荷工況下，采用了傳統的富氧燃燒方式，脫硝入口氧量為9.18%，氮氧化物的生成與爐膛內氧量關系密切，由于爐膛內氧量充足，低氮燃燒器低氮效果較差，氮氧化物生成較高，脫硝入口氮氧化物濃度為349.90 mg/Nm3，遠超過設計保證值200mg/Nm3。為了保證脫硝的達到超凈排放要求，系統的噴氨量增加了一倍以上，達到了102.82kg/h。

鍋爐脫硝系統運行穩定，脫硝效果優良，在低負荷運行期間仍能達到氧化物排放濃度低于50mg/Nm3的要求，可以滿足深度調峰工況下氮氧化物的超凈排放要求。

通過結果看在低負荷運行期間，脫硝系統入口煙氣濃度低于催化劑設計溫度，催化劑無法達到最佳的工作狀態。在脫硝出口在氧化物排放濃度基本達標的狀態下，煙氣中的氨濃度均超過設計的3ppm，氨逃逸的情況比較明顯。A側煙氣中氨的濃度為21.64ppm，B側煙氣中氨的濃度為12.93ppm，存在一定的安全運行隱患。

5　結語

從研究結果總體分析，鍋爐SCR脫硝系統在機組深度調峰40%低負荷運行期間，可以實現氮氧化物的超低排放要求，但存在氨逃逸過高的潛在隱患。

[1]焦慶豐,雷霖,李明等.國產600MW超臨界機組寬度調峰試驗研究[J].中國電力,2013,10:1-4.

[2]劉淑英,夏永俊,曾過房,等.大型超超臨界機組SCR系統問題探析[J].鍋爐制造.2014,6:38-41.

[3]楊志忠,艾生炳.SO2/SO3對選擇性催化還原煙氣脫硝的影響研究[J].電力科技與環保.2014,6：23-25.

杜巖（1973—），男，高級工程師，研究方向為火電廠運行及節能技術。