如何保證機組低負荷時脫硝系統安全穩定運行

摘 要： 隨著現代工業生產的發展和生活水平的提高，防止大氣污染已成為世界范圍內的難題。國家環保要求日益嚴格，特別是針對燃煤機組，但國內燃煤機組都參與調峰，經常低負荷運行，機組而在低負荷時由于各種原因導致機組脫硝系統退出運行，致使氮氧化物排放超標，難以滿足國家日益嚴格的環保要求。

本文在研究機組低負荷時脫硝系統退出原因的基礎上，提出了解決機組低負荷時如何防止脫硝系統退出的技術措施和技術改造。最后，引用實例說明了措施的有效性。

關鍵詞：低負荷 脫硝系統 原因 措施 技術改造

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0277-02

前言

隨著新修訂的國家標準《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271—2014）的正式實施，由燃煤產生的NOx作為當今環境污染的重要來源之一，我國對燃煤發電廠NOx排放量提出了更加苛刻的要求。目前我們國家燃煤發電廠應用最多且較成熟的煙氣脫硝技術是選擇性催化還原（SCR）技術，大唐國際托克托電廠6號鍋爐就采用了該技術，在省煤器出口和空預器之間安裝SCR煙氣脫硝裝置，SCR煙氣脫硝裝置就是利用催化劑，在一定溫度下，使未經脫硝的煙氣與NH3混合后通過安裝催化劑的區域產生反應，生成N2和水，達到脫硝的目的。我國燃煤機組作為電網的主要組成部分，因此燃煤機組經常要參與調峰，在夜間負荷較低時，機組經常在低負荷，甚至在50%負荷以下運行，使脫硝系統無法安全穩定運行。因此，如何保證機組在低負荷時脫硝系統安全穩定運行非常迫切和必要。

一、系統簡介

大唐國際托克托發電廠6號鍋爐由東方鍋爐公司制造；型號為DG2070/17.5-∏4。爐膛輻射區域的水冷壁采用內螺紋管膜式水冷壁。爐膛上部布置有屏過、高過；折焰角后方水平煙道布置高再；后豎井雙煙道分別布置低過、低再和省煤器。煙道下部布置有兩臺豪頓華公司生產的型號為32VNT1830三分倉容克式回轉空氣預熱器。在省煤器出口與空預器入口之間布置SCR脫硝裝置。

爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對沖燃燒，前墻下層5只低氮軸向旋流燃燒器（LNASB），其他25只燃燒器為中心給粉旋流煤粉燃燒器，前后墻各布置兩層燃燼風，以減少氮氧化物的排放。在A、C層裝設了等離子點火裝置。制粉系統配置6臺中速彈簧加載磨煤機，鍋爐滿負荷時，五臺磨煤機運行一臺磨煤機備用，鍋爐不投油最低穩燃負荷為30%額定負荷。

二、脫硝流程

SCR脫硝工藝系統可分為液氨儲存運輸系統、液氨氣化系統、氨氣的供應系統、氨氣/空氣混合系統、氨空混合氣體噴射系統、SCR反應裝置系統等。

其中由液氨由槽車運送液氨進入氨區，再用壓縮機將液氨由氨槽車輸送到儲氨罐內，氨區將儲氨罐中的液氨在蒸發槽內蒸發為氨氣，并提供給機組SCR脫硝裝置，輸送到機組SCR脫硝裝置處的氨氣與稀釋風機鼓入的稀釋風在氨/空混合器中混合均勻后，經氨空混合氣體噴射系統，噴入到SCR脫硝裝置入口，噴射出的氨氣和鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進入SCR反應器，通過催化劑進行氧化還原反應，將煙氣中NOx轉化成氮氣和水，達到脫硝的目的。氨氣系統緊急排放的氨氣則排入廢水池。

三、機組低負荷時脫硝退出運行原因

1.機組低負荷時SCR反應器的脫硝入口煙氣溫度，當脫硝入口煙氣溫度低于保護值310℃時，就會導致脫硝系統退出運行，從而使脫硝出口氮氧化物超標。

2.機組低負荷時會導致脫硝入口氮氧化物急劇升高，為了調整脫硝出口氮氧化物不超標，脫硝系統會自動增加噴氨量，致使脫硝系統氨空比超標，或者氨逃逸超標導致脫硝系統退出運行，從而使脫硝出口氮氧化物超標。

四、針對脫硝退出原因采取的措施

1.針對機組低負荷時脫硝入口煙氣溫度低采取的措施

1.1機組低負荷時，需要停止磨煤機運行時，可以考慮停止下層磨煤機運行或者增加上層磨煤機煤量，使火焰中心上移從而提高SCR反應器的脫硝入口煙氣溫度。

1.2機組低負荷時，在爐內燃燒穩定的前提下，可以適當提高一次風壓力，同時降低磨煤機出口溫度5-10℃，這樣燃燒推遲，使火焰中心上移。

1.3機組低負荷時，可以根據機組實際運行情況，適當開大底層二次風擋板，關小上層二次風和燃盡風擋板，提高火焰中心的位置。

1.4機組低負荷時，可以根據磨煤機的運行情況，適當降低磨煤機加載壓力、開大磨煤機分離器擋板，提高煤粉顆粒度，太高爐膛火焰中心。

1.5機組低負荷時，由于再熱汽溫可能低于設定值，為了提高再熱汽溫而開大再熱煙氣擋板，從而使蒸汽吸熱量增加，排煙溫度降低，因此機組低負荷時調整再熱煙氣擋板時應注意排煙溫度，或者對再熱煙氣擋板的調整進行優化，例如增加脫硝入口煙氣溫度低于315℃閉鎖開大再熱煙氣擋板。

1.6對機組進行技術改造，提高SCR反應器的脫硝入口煙氣溫度。

1.6.1設置省煤器煙氣旁路

該方案是在鍋爐省煤器入口處或者省煤器中間處的煙道上開孔，抽取部分較高溫煙氣至SCR入口處。在旁路煙道上加裝調節擋板進行調節煙氣流量及溫度。在低負荷時，通過調節擋板調節抽取的高溫煙氣量，再將這部分高溫煙氣送到省煤器出口與該處的煙氣進行混合[1]，從而提高省煤器出口的煙氣溫度，使機組在低負荷時SCR脫硝系統入口煙溫達到310℃以上，保證機組低負荷時脫硝系統安全穩定運行。

托電1、2號機組就是利用這項技術在鍋爐煤器入口處的煙道上開孔，加裝省煤器煙氣旁路，抽取部分較高溫煙氣至SCR入口處，并在省煤器煙氣旁路設置煙氣擋板。在低負荷時，開啟省煤器煙氣旁路擋板，使較省煤器入口的高溫煙氣直接通過省煤器煙氣旁路與省煤器出口的煙氣混合，使低負荷時SCR脫硝入口煙溫達到310℃以上。

1.6.2設置省煤器給水旁路

該方案是在鍋爐省煤器入口聯箱與出口聯箱之間設置給水旁路管道，并在管道上設置給水旁路調門，將部分給水不經過省煤器，直接通過省煤器給水旁路，由省煤器入口聯箱引至省煤器出口聯箱，從而減少流經省煤器的給水量，使給水通過省煤器從煙氣中吸收的熱量減少，以達到提高SCR脫硝入口煙溫的目的。

1.6.3省煤器分級改造

該方案是根據熱力計算將鍋爐原有省煤器受熱面按面積和比例拆分，保留一部分省煤器受熱面在SCR脫硝裝置的前面，在SCR脫硝裝置的后面繼續加裝一部分省煤器受熱面，這樣就將鍋爐原有省煤器受熱面進行分級改造。省煤器通過分級改造后，給水先通過SCR脫硝裝置后面的省煤器受熱面，再通過SCR脫硝裝置前面的省煤器，這樣給水從進入SCR脫硝裝置前的煙氣中吸熱量減少，從而提高了SCR脫硝裝置入口的煙氣溫度，使其達到SCR脫硝裝置最低要求310℃以上。浙江北侖第一發電公司2號600MW燃煤機組就是利用該省煤器分級改造技術，使機組在50%負荷時脫硝入口煙溫達到315℃[2]，保證機組在低負荷時脫硝系統安全穩定的運行。

1.6.4回熱抽汽補充給水加熱技術

該技術是從汽輪機高壓缸上選擇一個合適的抽汽點，將該抽汽引入一高加，在機組低負荷時開啟該路抽汽，從而提高給水在該高加的溫升，使進入省煤器的給水溫度得到提高，從而減少給水在省煤器受熱面中的換熱，進而提高省煤器出口煙氣溫度，以保證機組低負荷時SCR脫硝系統能安全穩定運行。外高橋第三發電廠就是利用這項技術研發和應用的“彈性回熱技術”[3]，設置一個可調的給水加熱器，并從高壓缸上引一路合適的供氣進入該加熱器，在機組低負荷時，通過調節進入該加熱器的抽汽量，維持省煤器入口的給水溫度基本不變，從而提高了進入SCR反應器的脫硝入口煙氣溫度。

1.7機組低負荷時由于SCR脫硝系統入口煙氣溫度降低，經過研究表明當煙氣溫度在290℃以上時，就不會影響催化劑的活性，因此在機組低負荷時，我們可以將SCR脫硝系統入口煙氣溫度保護值改為295℃，這樣可以保證脫硝系統安全運行。

2.針對氨空比、氨逃逸超標采取的措施

2.1為防止由于空氨比大造成脫硝跳閘，增加在空氨比大于5%時聯啟備用稀釋風機；稀釋風量低于一定值時聯啟備用稀釋風機，在空氨比大于4.5%時禁止開啟噴氨調門；

2.2為防止氨氣逃逸率高，增加氨氣逃逸率大于5ppm，延時10分鐘聯關同側噴氨調門和噴氨快關閥；氨逃逸率大于4.5ppm，禁開噴氨調門并預關10%聯鎖保護。

2.3為了防止由于測點故障，導致脫硝系統退出運行，將脫硝系統保護投退權限設在DCS盤上，這樣如果測點故障可以及時退出相關保護，從而保證脫硝系統的安全運行。

五、結束

本文通過對機組低負荷時SCR脫硝系統退出原因進行分析，并且提出防止SCR脫硝系統退出的技術措施，以及通過技術改造，脫硝系統的進行運行優化，保證了脫硝系統在機組低負荷下安全運行，提高脫硝系統運行的安全性、經濟性。

參考文獻

[1]王潔，騰農，張文杰，等.機組負荷對SCR系統運行影響研究[J].電力科技與環保，2011，27（3）：16-18

[2]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[J].鍋爐制造，2014（6）：42-45.

[3]杜洋洋，馮偉忠.基于彈性回熱技術的調頻性能研究[J].華東電力，2014，42（9）：1944-1948.

作者簡介：張海明（1988-），男（漢族），助理工程師，現從事火電廠集控運行工作。