燃煤鍋爐省煤器分級(jí)改造實(shí)現(xiàn)低負(fù)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(huán)保科技工程有限公司上海200331）

燃煤鍋爐省煤器分級(jí)改造實(shí)現(xiàn)低負(fù)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(huán)保科技工程有限公司上海200331）

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致SCR脫硝系統(tǒng)無(wú)法投運(yùn)的問(wèn)題，闡述了目前國(guó)內(nèi)普遍采用的提高SCR脫硝投運(yùn)率的運(yùn)行控制措施及幾種切實(shí)可行的技術(shù)改造方案，并介紹了某項(xiàng)目通過(guò)對(duì)省煤器分級(jí)改造提高SCR入口煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷SCR脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的案例，旨在為國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組改造提供參考和借鑒。

低負(fù)荷；煙氣脫硝；選擇性催化還原（SCR）；分級(jí)省煤器

近年來(lái)我國(guó)多地先后遭遇多次大范圍持續(xù)霧霾天氣，日益嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題以這種“看得見(jiàn)”的形式越發(fā)凸顯出來(lái)，引起國(guó)家和民眾的廣泛關(guān)注。空氣污染深度調(diào)查紀(jì)錄片《柴靜霧霾調(diào)查：穹頂之下》，更是轟動(dòng)一時(shí)。由燃煤產(chǎn)生的NOX作為當(dāng)今大氣污染的重要來(lái)源之一，國(guó)家對(duì)其排放限制的要求日益嚴(yán)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(fā)改能源[2014]2093號(hào)文《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》最新要求：多地新建燃煤發(fā)電機(jī)組NOX排放限值達(dá)到50 mg/m3[1-3]。

選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多也最為成熟的煙氣脫硝技術(shù)。截至2012年底，脫硝裝機(jī)容量達(dá)2.3×108kW，其中SCR占99%以上[4]。隨著社會(huì)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組參與調(diào)峰，燃煤火電機(jī)組出現(xiàn)大面積、長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行的情況。從已運(yùn)行的脫硝裝置來(lái)看，約30%以上機(jī)組省煤器排煙溫度較低[5]，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，給NOX減排帶來(lái)不利影響。因此對(duì)鍋爐進(jìn)行SCR低負(fù)荷運(yùn)行技術(shù)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(jí)改造技術(shù)在低負(fù)荷SCR脫硝中的應(yīng)用。

1　低負(fù)荷SCR脫硝技術(shù)概述

不同煙氣環(huán)境下，SCR脫硝催化劑的最佳活性溫度區(qū)間稍有不同，但大致在300℃~420℃范圍。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口（即SCR脫硝裝置入口）煙氣溫度較低，低溫導(dǎo)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(yīng)生成的硫酸氫氨和硫酸氨會(huì)沉積在催化劑上，進(jìn)一步降低催化劑的活性，甚至造成催化劑不可逆轉(zhuǎn)的失活。此外，在147℃~207℃溫度范圍內(nèi)時(shí)，液態(tài)的硫酸氫銨是一種粘性、強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，會(huì)腐蝕和堵塞下游空預(yù)器等設(shè)備。

21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)在提高SCR脫硝設(shè)備投運(yùn)率所采取的措施較多集中于運(yùn)行控制方面。例如：選擇硫份較低的煤種、嚴(yán)格控制適當(dāng)?shù)膰姲绷俊⒓訌?qiáng)催化劑區(qū)域及空預(yù)器區(qū)域的吹掃等。以上控制措施只能稍微減輕低負(fù)荷時(shí)形成的硫酸銨鹽的危害，并未從根本上解決問(wèn)題。

要真正實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷SCR脫硝裝置的投運(yùn)，必需對(duì)硬件設(shè)備采取實(shí)質(zhì)性改造措施，其技術(shù)指導(dǎo)路線有兩個(gè)：（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(guó)內(nèi)清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心等單位均開(kāi)展了低溫催化劑的研究，雖然取得了一定的進(jìn)展，但是大部分的研究工作仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，離大規(guī)模工業(yè)化運(yùn)用仍存在較大的差距。因此，工程實(shí)踐中基本都采用第二種技術(shù)路線，可通過(guò)以下四種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：（1）加熱鍋爐給水；（2）設(shè)置省煤器水旁路；（3）設(shè)置省煤器煙氣旁路；（4）省煤器分級(jí)改造。目前上述四種方案均有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其中，加熱鍋爐給水、設(shè)置省煤器水旁路兩種方案對(duì)省煤器出口溫度的提升能力有限、對(duì)鍋爐的效率有明顯影響，但因其改造相對(duì)簡(jiǎn)單、投資成本低在工程中已有應(yīng)用；設(shè)置省煤器煙氣旁路會(huì)降低鍋爐熱效率、擾亂煙氣流場(chǎng)干擾脫硝系統(tǒng)運(yùn)行、對(duì)旁路擋板的性能要求較高（堵灰、一旦故障易導(dǎo)致催化劑燒結(jié)等），且投資成本稍高，但因其對(duì)省煤器出口溫度的提升效果明顯，在工程中也有應(yīng)用。以上三種方案提高鍋爐省煤器排煙溫度的同時(shí)，除了影響鍋爐熱效率，還會(huì)導(dǎo)致下游電除塵的除塵效率下降。

省煤器分級(jí)改造技術(shù)是將SCR脫硝裝置的煙氣抽取點(diǎn)由原來(lái)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(yīng)器后。省煤器分級(jí)改造技術(shù)由于改造量稍大、成本相對(duì)較高在以往工程中運(yùn)用較少，有文獻(xiàn)說(shuō)明2014年該技術(shù)在國(guó)內(nèi)火電機(jī)組低負(fù)荷脫硝中首次運(yùn)用，運(yùn)行效果較穩(wěn)定[6]。省煤器分級(jí)改造技術(shù)即能很好的滿足SCR脫硝裝置對(duì)煙溫的運(yùn)行要求，又不至于使排煙溫度升高、降低鍋爐熱效率，且其運(yùn)行穩(wěn)定，故障、后期維護(hù)等較少，已越來(lái)越得到業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可。

2　省煤器分級(jí)改造實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫硝的案例分析

2.1項(xiàng)目概況

廣西金桂漿紙業(yè)有限公司動(dòng)力廠屬于廣西金桂漿紙業(yè)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(huán)保為2臺(tái)鍋爐增設(shè)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(shù)按“2+1”模式布置，初裝2層預(yù)留一層。按照滿負(fù)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(yùn)）設(shè)計(jì)脫硝裝置，要求能適應(yīng)鍋爐50%BMCR工況和100%BMCR工況之間的任何負(fù)荷。

該工程脫硝系統(tǒng)入口煙氣含塵量為50g/Nm3，含塵量較高，選用節(jié)距（10mm*9.1mm）較大的波紋板式催化劑，進(jìn)口品牌。脫硝系統(tǒng)入口SO3濃度為30 mg/Nm3，綜合其它因素計(jì)算得ABS（硫酸氫氨）露點(diǎn)溫度為296℃，因此推薦催化劑的最低連續(xù)運(yùn)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(yuǎn)低于催化劑的運(yùn)行溫度下限，且省煤器出口與空預(yù)器入口空間有限，為滿足脫硝SCR系統(tǒng)煙溫300℃~420℃及SCR系統(tǒng)煙道布置的空間要求，需對(duì)省煤器進(jìn)行改造。

2.2省煤器分級(jí)改造前后性能對(duì)比

省煤器分級(jí)改造前后性能對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　改造前后性能數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)鍋爐總體性能沒(méi)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(dá)到314.5℃~ 358.5℃，保證了脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定投運(yùn)。同時(shí)，本工程對(duì)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(tǒng)運(yùn)行情況

廣西金桂＃1、＃2（2×670t/h）鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)分別于2015年1月和2014年9月通過(guò)168試運(yùn)行，運(yùn)行效果穩(wěn)定，未出現(xiàn)因低負(fù)荷導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出的情況。2015年12月第三方對(duì)改造后的#1、#2爐脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，性能檢測(cè)部分結(jié)果如表2。

表2　#1、#2脫硝系統(tǒng)性能檢測(cè)結(jié)果

由表2#1、#2爐脫硝系統(tǒng)性能檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)可以看出，脫硝效率、凈煙氣NOX排放濃度、氨逃逸、氨耗量、系統(tǒng)壓降、溫度降、電耗及SO2/SO3轉(zhuǎn)化率均明顯優(yōu)于性能保證值，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行良好。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)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(fù)荷SCR脫硝投運(yùn)率過(guò)低的問(wèn)題，但是采用何種方式需根據(jù)鍋爐及現(xiàn)場(chǎng)空間等實(shí)際情況綜合考慮。同時(shí)，期待新型低溫催化劑的研究能取得更大的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化運(yùn)用。廣西金桂項(xiàng)目省煤器分級(jí)改造技術(shù)在低負(fù)荷SCR脫硝中的實(shí)踐證明：采用省煤器分級(jí)改造來(lái)提升脫硝系統(tǒng)入口煙溫，實(shí)現(xiàn)鍋爐低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝裝置的投運(yùn)，技術(shù)切實(shí)可行，后續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量較少，基本不影響鍋爐性能，反饋較好。龍凈環(huán)保作為國(guó)內(nèi)首批將該技術(shù)運(yùn)用到低負(fù)荷脫硝工程實(shí)踐，且運(yùn)行情況較好，為國(guó)內(nèi)同類機(jī)組實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫硝運(yùn)行提供參考。

[1]火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2003.

[2]火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011.

[3]發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）.

[4]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2013[M].北京:中國(guó)市場(chǎng)出版社,2013．

[5]蔣妮娜,吳其榮,趙偉俊,等.火電廠低負(fù)荷脫硝研究.能源與環(huán)境.2014．NO.4.

[6]徐昶,徐良,胡杰,等.國(guó)內(nèi)首臺(tái)火電機(jī)組省煤器分級(jí)改造提高SCR入口煙溫實(shí)踐.鍋爐制造.2014,NO.6.