燃煤電廠低負荷脫硝研究進展

李飛

摘 要：在國內(nèi)火電機組長期低負荷運行的背景下，適當提高煙氣溫度，降低氮氧化物的排放是實現(xiàn)超低排放的重要措施。本文對目前主要的低負荷脫硝技術(shù)進行了系統(tǒng)總結(jié)，并簡要分析了其優(yōu)缺點。煙氣旁路、省煤器分級、給水旁路和零號高加等改造技術(shù)均能有效提升電廠低負荷工況下的脫硝效率。其中，零號高加技術(shù)可提升機組效率，達到節(jié)能和環(huán)保的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：低負荷 變工況 SCR脫硝 零號高加

中圖分類號：X77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0072-02

氮氧化物是導致酸雨和光化學煙霧的重要因素，過量排放會對大氣環(huán)境造成嚴重污染。中國是世界上氮氧化物排放大國，而電力行業(yè)又是其最主要的排放來源之一。近年來，國家對火電廠氮氧化物排放的限制日趨嚴格，并為之制定了超低排放標準，要求其排放濃度不得高于50mg/m3。鑒于此國內(nèi)大多數(shù)火電組均進行了脫硝改造，其中SCR（選擇性催化還原技術(shù)）是最成熟、應用最廣的脫硝技術(shù)，其原理是利用氨等還原劑在催化劑作用下與煙氣中的氮氧化物反應生成氮氣和水。

SCR脫硝催化劑的活性溫度一般為320℃～420℃，當機組降負荷運行時，脫硝反應器進口的煙氣溫度會降低，當其低于320℃時脫硝反應效率會大幅下降，甚至整個SCR系統(tǒng)會被迫退出運行。近年來，國內(nèi)火電機組長期處于低負荷運行，如何提高煙氣溫度，降低氮氧化物的排放成為了亟待解決的問題。本文對目前主要的低負荷脫硝技術(shù)進行了系統(tǒng)總結(jié)，并簡要分析了其優(yōu)缺點。

1 系統(tǒng)介紹

典型的鍋爐尾部煙道系統(tǒng)流程如圖1所示，來自爐膛的高溫煙氣首先經(jīng)過省煤器，加熱來自回熱系統(tǒng)的鍋爐給水，然后進入SCR脫硝反應器，在催化劑的作用下將氮氧化物轉(zhuǎn)化脫除。當機組低負荷運行時，鍋爐排煙溫度降低，為了提高SCR入口的煙氣溫度，只能減少煙氣在省煤器中的換熱量，其解決方案大致可分為煙氣側(cè)方案和水側(cè)方案兩類[3]。

2 煙氣側(cè)方案

煙氣側(cè)改造方案的原理是通過對鍋爐尾部煙道系統(tǒng)進行改造，減少煙氣在原省煤器中的換熱量，從而提高SCR入口煙氣的溫度，確保脫硝效率。

2.1 煙氣旁路

煙氣旁路技術(shù)的簡要系統(tǒng)流程如圖2所示，在鍋爐出口到省煤器入口部分的煙道處設(shè)置旁路，引部分高溫煙氣直接到SCR脫硝反應器入口煙道，與經(jīng)過省煤器降溫的煙氣混合以提高溫度。當機組降負荷煙氣溫度過低時，控制煙道旁路擋板開度就可以將煙溫提高到適宜的溫度。

該工藝的優(yōu)點在于流程簡單，提升煙氣溫度效果明顯，投資成本較低。然而，由于高溫煙氣和鍋爐給水的換熱量降低，會在一定程度上降低鍋爐效率（約0.5%～1.0%），引起系統(tǒng)煤耗的增加。此外，旁路煙道的擋板可能會發(fā)生泄漏，導致機組在較高負荷時SCR入口處煙氣溫度過高。

2.2 省煤器分級

省煤器分級改造技術(shù)的簡要流程如圖3所示，將原有的單級省煤器分為雙級分別位于SCR脫硝反應器的前后端，煙氣依次流經(jīng)省煤器1、SCR和省煤器2；來自回熱系統(tǒng)的給水依次流經(jīng)省煤器2和省煤器1最后進入鍋爐。由于給水在省煤器2中提升了溫度，因此在省煤器1中的換熱量被減少，SCR入口處的煙溫得到提高。

該工藝的優(yōu)點在于基本不影響鍋爐尾部的熱力分配，可以在提高SCR入口煙氣溫度的同時，不降低鍋爐效率。技術(shù)需對省煤器1的換熱進行精確計算，確保其額定負荷下出口煙溫不超過SCR反應器的承受能力。技術(shù)的主要缺點是工作量大，對改造現(xiàn)場的空間要求較高，投資成本大。

3 水側(cè)方案

水側(cè)改造方案的原理是通過對鍋爐給水系統(tǒng)進行必要的改造，減少煙氣在省煤器中的換熱量，間接地提高SCR入口煙氣的溫度。

3.1 給水旁路

給水旁路改造技術(shù)的簡要流程如圖4所示，在省煤器的給水管道上設(shè)置旁路，部分給水經(jīng)旁路直接進入省煤器之后，與省煤器出口的給水混合后進入鍋爐。該技術(shù)的優(yōu)點在于系統(tǒng)相對簡單，投資成本較低，改造工程量小。然而，由于給水在省煤器中得到的熱量被降低，其溫度下降會導致鍋爐效率的降低和煤耗的增加。此外，由于進入省煤器的給水減少，在其局部換熱區(qū)域可能發(fā)生給水汽化的現(xiàn)象，存在一定的安全隱患。

3.2 零號高加

零號高加改造技術(shù)旨在提高機組低負荷工況下給水的溫度，其技術(shù)流程如圖5所示。在回熱系統(tǒng)與省煤器之間的給水管道上增設(shè)一級“零號高壓加熱器（即零號高加）”，該加熱器從汽輪機側(cè)引高品質(zhì)抽汽加熱鍋爐給水，降低其在省煤器中的吸熱量，從而提高SCR入口煙氣溫度。該技術(shù)在整體上可以提高機組的熱效率，降低發(fā)電煤耗。其主要缺點在于投資成本較高，而且涉及到對汽輪機高壓蒸汽管道的改造，存在一定的難度和風險。

4 結(jié)語

綜上所述，煙氣旁路、省煤器分級、給水旁路和零號高加等改造技術(shù)均能有效提升電廠低負荷工況下的脫硝效率。其中，煙氣旁路和給水旁路技術(shù)會導致鍋爐熱效率的下降，增大機組煤耗；省煤器分級技術(shù)對機組效率無顯著影響；零號高加技術(shù)可提升機組效率。

參考文獻

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