火電機(jī)組全時(shí)段脫硝技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

華電章丘發(fā)電有限公司 山東 章丘 250216

一、背景

為貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》,改善大氣環(huán)境質(zhì)量,滿足氮氧化物排放濃度要求,燃煤機(jī)組均設(shè)有SCR脫硝裝置,脫硝催化劑通常工作溫度范圍在300～420℃之間,超過溫度范圍催化劑將不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

為保證鍋爐正常啟動(dòng)并滿足啟動(dòng)階段爐膛出口氮氧化物排放濃度小時(shí)均值不超標(biāo),電廠在爐膛升溫至正常投粉溫度時(shí)需采用燃油替代煤粉燃燒,直至SCR入口煙溫達(dá)到脫硝投運(yùn)條件,投油運(yùn)行時(shí)間長,給下游催化劑運(yùn)行帶來了安全風(fēng)險(xiǎn),造成下游布袋堵塞、脫硫漿液中毒等危害。

如何使燃煤機(jī)組在深度調(diào)峰、低負(fù)荷運(yùn)行和開停機(jī)過程中投入脫硝裝置保證超低排放,滿足氮氧化物排放濃度達(dá)標(biāo)成為了亟待解決的問題。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為達(dá)到燃煤機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)脫硝裝置仍能投入,保證氮氧化物達(dá)標(biāo)排放,國內(nèi)外做了大量研究。研究方向主要集中在一是采用寬溫度區(qū)間的催化劑(簡稱寬溫催化劑),二是提高SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度。

(一)寬溫催化劑技術(shù)。寬溫催化劑是催化劑制造商對(duì)催化劑耐低溫性能進(jìn)行研究,開發(fā)出在低溫環(huán)境下催化效果仍能滿足脫硝要求的新型催化劑。寬溫催化劑目前已有相應(yīng)的產(chǎn)品在浙江溫州電廠進(jìn)行了試用,采用寬溫催化劑的脫硝效率均不小于85%,氨逃逸率不大于3ppm,SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%[1]。由于該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較少,成熟度較低,可靠性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

(二)SCR入口煙溫提升技術(shù)。提高SCR反應(yīng)器入口煙溫是通過熱力系統(tǒng)或煙氣系統(tǒng)改造,提高機(jī)組低負(fù)荷工況下脫硝裝置入口煙氣溫度,以滿足脫硝投運(yùn)要求,目前主要有省煤器煙道旁路、省煤器水旁路和增設(shè)0號(hào)高加等。

1.省煤器煙道旁路。省煤器煙道旁路是在省煤器或再熱器中適當(dāng)位置引一路高溫?zé)煔庵撩撓鮏CR裝置的入口,并在旁路煙道上增加調(diào)節(jié)擋板。低負(fù)荷時(shí),打開調(diào)節(jié)擋板,一部分未參與換熱的煙氣直接經(jīng)旁路進(jìn)入SCR裝置進(jìn)口,以提高省煤器出口的煙氣溫度[2]。從目前應(yīng)用的情況看,采用省煤器煙道旁路投資成本相對(duì)較低,可調(diào)溫幅度一般為0～40℃,但旁路調(diào)節(jié)擋板受高溫?zé)煔獾挠绊?長時(shí)間運(yùn)行后其可靠性會(huì)變差,使系統(tǒng)的可靠性較低。

2.省煤器水側(cè)旁路。省煤器水側(cè)旁路方案是將一部分給水從進(jìn)入省煤器的給水管道接出,增加一旁路到省煤器懸吊管出口集箱,從而減少參與在省煤器與煙氣換熱的水量,使煙氣通過省煤器后,減少放熱量,達(dá)到脫硝系統(tǒng)入口煙溫要求[3]。

3.增設(shè)0號(hào)高加。該方案是在1號(hào)高加前增設(shè)0號(hào)高加,用高壓缸抽汽加熱給水。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是:在低負(fù)荷時(shí),可穩(wěn)定提高進(jìn)入低溫省煤器的給水溫度,減少給水在省煤器中的換熱,提高煙氣溫度。但該方案投資成本較高,且溫度提升幅度一般。

上述幾種方案都是研究低負(fù)荷時(shí)如何使脫硝裝置不退出,國內(nèi)雖然應(yīng)對(duì)機(jī)組低負(fù)荷脫硝存在多種技術(shù),但適用于機(jī)組低負(fù)荷和啟停機(jī)全時(shí)段的脫硝技術(shù)仍未存在,故開發(fā)同時(shí)滿足低負(fù)荷和啟停機(jī)脫硝運(yùn)行條件的全時(shí)段脫硝技術(shù)迫在眉睫。

三、技術(shù)應(yīng)用

(一)技術(shù)原理。采用煙道加熱技術(shù)的主要技術(shù)原理為:煙道外部引入熱源直接加熱主煙氣,使SCR入口煙道溫度達(dá)到300℃以上,或?qū)⑼獠咳紵娜細(xì)馔ㄟ^二次冷介質(zhì)摻混使高溫燃?xì)饨档椭?00℃左右再進(jìn)入主煙道與主煙道內(nèi)的煙氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)后,使SCR入口煙道溫度達(dá)到300℃以上,從而滿足脫硝投運(yùn)的要求。

(二)方案選擇

1.煙道電加熱。該方案優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)簡單,省去燃燒機(jī)等復(fù)雜設(shè)備,不會(huì)給原煙道內(nèi)煙氣增加額外煙氣成分;加熱溫度可控性好;安全性好。缺點(diǎn):加熱需要的電功率巨大,浪費(fèi)寶貴的電能資源;投資較大,現(xiàn)有的廠用電容量不足,需要新增大容量變壓器及配電設(shè)施;電加熱器所需空間較大,現(xiàn)場布置困難,且增加煙道額外阻力。

2.鄰爐煙氣加熱。該方案優(yōu)點(diǎn):能耗低、安全性較好。缺點(diǎn):聯(lián)絡(luò)煙道尺寸龐大,現(xiàn)場布置困難,輸送煙氣的風(fēng)機(jī)選型困難。該方案受制于臨爐的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)鄰爐煙氣系統(tǒng)的溫度、壓力、流量參數(shù)帶來較大影響。

3.導(dǎo)熱油/熔鹽加熱。該方案系統(tǒng)復(fù)雜,新增的煙道加熱器現(xiàn)場難以布置,且增加煙道阻力。導(dǎo)熱油、熔鹽泄漏可能會(huì)帶來污染,導(dǎo)熱油、熔鹽鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣也會(huì)帶來污染。

4.引入外部燃燒器。該方案是用燃燒器作熱源,產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯訐交旒訜嶂鳠煹览錈煔?。該方案投資小、系統(tǒng)簡單、安全性高、能耗低。

綜上分析4種方案的優(yōu)劣,從經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性上對(duì)比,選擇第四種方案對(duì)章丘公司4號(hào)機(jī)組進(jìn)行改造。

(三)技術(shù)方案的實(shí)施

1.方案工藝。煙道外部完成燃料燃燒,通過旁路冷煙氣摻混使高溫燃?xì)饨档椭?00～600℃左右再進(jìn)入主煙道與主煙道內(nèi)的煙氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)后,SCR入口煙道溫度達(dá)到300℃以上。

2.試驗(yàn)結(jié)果

(1)省煤器出口最低溫度150℃時(shí),全時(shí)段脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后可使脫硝入口溫度達(dá)到300攝氏度以上,整個(gè)啟動(dòng)過程中省煤器出口煙溫最大提升幅度達(dá)150℃以上,機(jī)組在投粉前脫硝可滿足投運(yùn)要求;

(2)試驗(yàn)期間通過調(diào)整全時(shí)段脫硝系統(tǒng)出力,脫硝入口煙溫溫度升溫速率達(dá)到4～6℃/min;

(3)在停機(jī)降負(fù)荷過程中,機(jī)組不投油穩(wěn)燃負(fù)荷在83MW,系統(tǒng)能滿足SCR投運(yùn)條件。

四、結(jié)論

通過改造,4號(hào)機(jī)組每年能獲得298萬元的深度調(diào)峰補(bǔ)償收益。通過系統(tǒng)改造減少了機(jī)組全時(shí)段(尤其是啟停機(jī)階段)的污染物排放,帶來較好的環(huán)境效益。減少燃油耗量可減少其副產(chǎn)物對(duì)下游設(shè)備的污染,降低催化劑燒損風(fēng)險(xiǎn),減緩燃油對(duì)下游布袋堵塞和脫硫漿液中毒等危害。減少燃油對(duì)大氣的污染,也會(huì)帶來較大的安全、環(huán)境及社會(huì)效益,具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。