燃煤鍋爐省煤器分級改造實現低負荷SCR脫硝的案例分析

錢冉冉　溫卿云　楊西茜　何永勝

（上海龍凈環保科技工程有限公司上海200331）

燃煤鍋爐省煤器分級改造實現低負荷SCR脫硝的案例分析

錢冉冉溫卿云楊西茜何永勝

（上海龍凈環保科技工程有限公司上海200331）

本文針對國內燃煤機組長期低負荷運行導致SCR脫硝系統無法投運的問題，闡述了目前國內普遍采用的提高SCR脫硝投運率的運行控制措施及幾種切實可行的技術改造方案，并介紹了某項目通過對省煤器分級改造提高SCR入口煙氣溫度，實現低負荷SCR脫硝系統穩定運行的案例，旨在為國內同類型機組改造提供參考和借鑒。

低負荷；煙氣脫硝；選擇性催化還原（SCR）；分級省煤器

近年來我國多地先后遭遇多次大范圍持續霧霾天氣，日益嚴重的大氣污染問題以這種“看得見”的形式越發凸顯出來，引起國家和民眾的廣泛關注。空氣污染深度調查紀錄片《柴靜霧霾調查：穹頂之下》，更是轟動一時。由燃煤產生的NOX作為當今大氣污染的重要來源之一，國家對其排放限制的要求日益嚴格。2003年燃煤鍋爐的NOX排放限值為450 mg/m3，到2011年排放限值下降為100 mg/m3，按照發改能源[2014]2093號文《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》最新要求：多地新建燃煤發電機組NOX排放限值達到50 mg/m3[1-3]。

選擇性催化還原（SCR）技術是目前國內應用最多也最為成熟的煙氣脫硝技術。截至2012年底，脫硝裝機容量達2.3×108kW，其中SCR占99%以上[4]。隨著社會用電結構發生變化，國內燃煤機組參與調峰，燃煤火電機組出現大面積、長時間低負荷運行的情況。從已運行的脫硝裝置來看，約30%以上機組省煤器排煙溫度較低[5]，導致脫硝系統退出運行，給NOX減排帶來不利影響。因此對鍋爐進行SCR低負荷運行技術改造顯得十分迫切和必要。本文將以廣西金桂＃1、＃2（2×670t/h）鍋爐煙氣脫硝工程為案例，闡述省煤器分級改造技術在低負荷SCR脫硝中的應用。

1　低負荷SCR脫硝技術概述

不同煙氣環境下，SCR脫硝催化劑的最佳活性溫度區間稍有不同，但大致在300℃~420℃范圍。鍋爐低負荷運行時，省煤器出口（即SCR脫硝裝置入口）煙氣溫度較低，低溫導致催化劑活性降低，氨逃逸增大，還原劑氨與煙氣中的SO3反應生成的硫酸氫氨和硫酸氨會沉積在催化劑上，進一步降低催化劑的活性，甚至造成催化劑不可逆轉的失活。此外，在147℃~207℃溫度范圍內時，液態的硫酸氫銨是一種粘性、強腐蝕性的物質，會腐蝕和堵塞下游空預器等設備。

21世紀初，國內在提高SCR脫硝設備投運率所采取的措施較多集中于運行控制方面。例如：選擇硫份較低的煤種、嚴格控制適當的噴氨量、加強催化劑區域及空預器區域的吹掃等。以上控制措施只能稍微減輕低負荷時形成的硫酸銨鹽的危害，并未從根本上解決問題。

要真正實現低負荷SCR脫硝裝置的投運，必需對硬件設備采取實質性改造措施，其技術指導路線有兩個：（1）采用低溫催化劑；（2）提高省煤器出口（即SCR脫硝裝置入口）煙氣溫度。目前國內清華大學、中國科學院生態環境研究中心等單位均開展了低溫催化劑的研究，雖然取得了一定的進展，但是大部分的研究工作仍處于實驗室階段，離大規模工業化運用仍存在較大的差距。因此，工程實踐中基本都采用第二種技術路線，可通過以下四種方案來實現：（1）加熱鍋爐給水；（2）設置省煤器水旁路；（3）設置省煤器煙氣旁路；（4）省煤器分級改造。目前上述四種方案均有運行經驗，其中，加熱鍋爐給水、設置省煤器水旁路兩種方案對省煤器出口溫度的提升能力有限、對鍋爐的效率有明顯影響，但因其改造相對簡單、投資成本低在工程中已有應用；設置省煤器煙氣旁路會降低鍋爐熱效率、擾亂煙氣流場干擾脫硝系統運行、對旁路擋板的性能要求較高（堵灰、一旦故障易導致催化劑燒結等），且投資成本稍高，但因其對省煤器出口溫度的提升效果明顯，在工程中也有應用。以上三種方案提高鍋爐省煤器排煙溫度的同時，除了影響鍋爐熱效率，還會導致下游電除塵的除塵效率下降。

省煤器分級改造技術是將SCR脫硝裝置的煙氣抽取點由原來省煤器出口改為省煤器管組間抽取，即將省煤器部分受熱面移至脫硝反應器后。省煤器分級改造技術由于改造量稍大、成本相對較高在以往工程中運用較少，有文獻說明2014年該技術在國內火電機組低負荷脫硝中首次運用，運行效果較穩定[6]。省煤器分級改造技術即能很好的滿足SCR脫硝裝置對煙溫的運行要求，又不至于使排煙溫度升高、降低鍋爐熱效率，且其運行穩定，故障、后期維護等較少，已越來越得到業內廣泛認可。

2　省煤器分級改造實現低負荷脫硝的案例分析

2.1項目概況

廣西金桂漿紙業有限公司動力廠屬于廣西金桂漿紙業有限公司的自備電廠，其2×670t/h鍋爐為燃煤鍋爐。2013年龍凈環保為2臺鍋爐增設脫硝裝置，采用選擇性催化還原法脫硝工藝，采用高灰型SCR布置方式。催化劑層數按“2+1”模式布置，初裝2層預留一層。按照滿負荷處理100%煙氣量、SCR入口NOx濃度350mg/Nm3，NOx含脫除率不小于72%（附加層催化劑不投運）設計脫硝裝置，要求能適應鍋爐50%BMCR工況和100%BMCR工況之間的任何負荷。

該工程脫硝系統入口煙氣含塵量為50g/Nm3，含塵量較高，選用節距（10mm*9.1mm）較大的波紋板式催化劑，進口品牌。脫硝系統入口SO3濃度為30 mg/Nm3，綜合其它因素計算得ABS（硫酸氫氨）露點溫度為296℃，因此推薦催化劑的最低連續運行溫度為300℃。在鍋爐100%BMCR工況下，原有省煤器出口煙氣溫度為261.7℃，遠低于催化劑的運行溫度下限，且省煤器出口與空預器入口空間有限，為滿足脫硝SCR系統煙溫300℃~420℃及SCR系統煙道布置的空間要求，需對省煤器進行改造。

2.2省煤器分級改造前后性能對比

省煤器分級改造前后性能對比數據見表1。

表1　改造前后性能數據對比

由上表可看出，改造前后省煤器總的阻力和出口排煙溫度基本保持不變，對鍋爐總體性能沒有大的影響，基本維持不變。省煤器改造后，在鍋爐50%~100%BMCR工況下，脫硝裝置入口煙氣溫度（即上游省煤器出口煙溫）范圍有較大提升，達到314.5℃~ 358.5℃，保證了脫硝系統的穩定投運。同時，本工程對省煤器采用最大限度的移位利舊改造，有效控制了投資成本。

3　改造后脫硝系統運行情況

廣西金桂＃1、＃2（2×670t/h）鍋爐煙氣脫硝系統分別于2015年1月和2014年9月通過168試運行，運行效果穩定，未出現因低負荷導致脫硝系統退出的情況。2015年12月第三方對改造后的#1、#2爐脫硝系統進行了性能試驗，性能檢測部分結果如表2。

表2　#1、#2脫硝系統性能檢測結果

由表2#1、#2爐脫硝系統性能檢測各項指標可以看出，脫硝效率、凈煙氣NOX排放濃度、氨逃逸、氨耗量、系統壓降、溫度降、電耗及SO2/SO3轉化率均明顯優于性能保證值，脫硝系統運行良好。

4　結語

通過合理的改造途徑提高省煤器排煙溫度，可以解決目前鍋爐低負荷SCR脫硝投運率過低的問題，但是采用何種方式需根據鍋爐及現場空間等實際情況綜合考慮。同時，期待新型低溫催化劑的研究能取得更大的進展，實現大規模工業化運用。廣西金桂項目省煤器分級改造技術在低負荷SCR脫硝中的實踐證明：采用省煤器分級改造來提升脫硝系統入口煙溫，實現鍋爐低負荷時SCR脫硝裝置的投運，技術切實可行，后續運行穩定，維護量較少，基本不影響鍋爐性能，反饋較好。龍凈環保作為國內首批將該技術運用到低負荷脫硝工程實踐，且運行情況較好，為國內同類機組實現低負荷脫硝運行提供參考。

[1]火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2003.

[2]火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011.

[3]發改能源[2014]2093號文煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）.

[4]中國電力企業聯合會.中國電力行業年度發展報告2013[M].北京:中國市場出版社,2013．

[5]蔣妮娜,吳其榮,趙偉俊,等.火電廠低負荷脫硝研究.能源與環境.2014．NO.4.

[6]徐昶,徐良,胡杰,等.國內首臺火電機組省煤器分級改造提高SCR入口煙溫實踐.鍋爐制造.2014,NO.6.