靖長財(cái) 董 琨 張俊杰

（神華國華 （北京）電力研究院有限公司，北京市朝陽區(qū)，100025）

針對燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放嚴(yán)重的問題，日本20世紀(jì)研制了SCR 脫硝技術(shù)。歐美發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)80、90年代，也將此技術(shù)投入了工業(yè)應(yīng)用，脫硝效率達(dá)到了85%以上。隨著中國對大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，燃煤發(fā)電廠在采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上，在鍋爐尾部省煤器與空預(yù)器之間安裝SCR 脫硝裝置，來進(jìn)一步降低氮氧化物排放。但我國電網(wǎng)峰谷差較大，多數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，尤其是在低負(fù)荷階段，SCR入口煙氣溫度低，對脫硝效率產(chǎn)生不利影響。為此，從燃煤發(fā)電機(jī)組熱力特性入手，對國內(nèi)外采用的提高SCR 入口煙氣溫度的五種方法進(jìn)行了技術(shù)分析，提出了不同參數(shù)機(jī)組推薦的差異性改造方案，供有關(guān)制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行單位參考，在機(jī)組技術(shù)改造中應(yīng)用。

1 影響SCR 熱力特性的溫度區(qū)間和裕度

影響脫硝效率的因素有煙氣溫度、氧氣濃度、噴氨量、氨逃逸量。其中煙氣溫度是影響NOx脫除效率的重要因素之一。一方面，當(dāng)煙氣溫度過低時(shí)，不僅會因催化劑的活性降低而降低NOx的脫除效率，而且噴入的NH3還會與煙氣中的SOx反應(yīng)生成 （NH3）2S04附著在催化劑的表面，根據(jù)氨逃逸率及硫酸氫氨生成濃度的不同，一般在150℃～230℃及以下溫度就可能在空預(yù)器相應(yīng)低溫區(qū)域發(fā)生結(jié)露，其腐蝕性極強(qiáng)，且溫度越低時(shí)結(jié)露趨勢越嚴(yán)重。另一方面，當(dāng)煙氣溫度過高時(shí)，NH3會與O2發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致煙氣中的NOx增加。因此，在鍋爐技術(shù)改造時(shí)，選擇和控制好煙氣溫度尤為重要。

圖1 鍋爐SCR 入口煙氣溫度和催化劑溫度示意圖

鍋爐脫硝SCR 催化劑設(shè)計(jì)正常工作溫度范圍以及催化劑允許使用的上下限溫度范圍，即下限溫度t3為320℃，上限溫度t4為420℃，溫度在320℃～420℃之間，溫度差為100℃，需要發(fā)電公司與制造廠技術(shù)協(xié)議確定。SCR 使用正常溫度范圍機(jī)組負(fù)荷為50%～100%，機(jī)組深度調(diào)峰，機(jī)組負(fù)荷為40%～100%額定負(fù)荷時(shí)，設(shè)計(jì)SCR 入口煙氣溫度上下限范圍，即t1為下限溫度，t2為上限溫度，t1設(shè)計(jì)40%額定負(fù)荷為基礎(chǔ)，實(shí)際溫度對應(yīng)負(fù)荷試驗(yàn)來校核，t2設(shè)計(jì)為100%額定負(fù)荷基礎(chǔ)，實(shí)際對應(yīng)負(fù)荷試驗(yàn)來校核，來確定SCR 入口煙氣溫度范圍，且留有裕量，一般情況下，t4與t2溫 差 為5℃～10℃，t1與t3溫 差 為5℃～10℃，鍋爐SCR 入口煙氣溫度和催化劑溫度示意圖如圖1所示。

技術(shù)改造后保證夏季機(jī)組大負(fù)荷下SCR 入口煙氣溫度不超過催化劑的最高使用溫度420℃，冬季機(jī)組低負(fù)荷下SCR 入口煙氣溫度不低于催化劑的最低使用溫度320℃。

2 改善SCR 入口煙氣溫度的方法研究

目前改善煙氣溫度的主要技術(shù)措施為設(shè)置省煤器旁路煙道、省煤器分段設(shè)置、熱水再循環(huán)、提高機(jī)組低負(fù)荷給水溫度、省煤器流量置換等。

2.1 省煤器分段設(shè)置

將鍋爐的省煤器改造成兩部分，左側(cè)為常規(guī)布置，右側(cè)為改造后布置，常規(guī)省煤器和分級省煤器布置如圖2 所示，其低溫部分置于SCR 出口側(cè)，將SCR 布置于煙氣溫度較高的區(qū)域，從而解決機(jī)組低負(fù)荷煙氣溫度過低無法運(yùn)行的問題。

圖2 常規(guī)省煤器和分級省煤器布置圖

該方法特點(diǎn)是技術(shù)改造較復(fù)雜，要考慮空間位置和載荷，需要準(zhǔn)確計(jì)算防止SCR 入口煙氣溫度超過催化劑上、下限溫度，這種方法煙氣溫度調(diào)節(jié)幅度為20℃～40℃，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性無影響，項(xiàng)目投資較大，運(yùn)行維護(hù)簡單方便，是技術(shù)改造首選方法，適用于各類型機(jī)組。

2.2 省煤器設(shè)置旁路煙道

加裝鍋爐省煤器旁路煙道。在省煤器前直接引一部分煙氣至SCR 裝置，提高機(jī)組低負(fù)荷下的SCR 入口煙氣溫度，以維持其運(yùn)行。

這種方法的代價(jià)是投入使用時(shí)，影響鍋爐效率，煙氣溫度調(diào)節(jié)幅度為20℃～40℃，且對煙氣擋板可靠性要求很高，擋板易卡澀，項(xiàng)目投資較小。

2.3 熱水再循環(huán)系統(tǒng)

熱水再循環(huán)系統(tǒng)取自下降管，經(jīng)過再循環(huán)泵到省煤器入口，熱水再循環(huán)系統(tǒng)示意圖如圖3所示，以提高機(jī)組低負(fù)荷工況下安裝在省煤器后的SCR裝置的入口煙氣溫度，使SCR 在機(jī)組低負(fù)荷工況下仍處于正常運(yùn)行的溫度區(qū)間，提高低負(fù)荷SCR投入率。

圖3 熱水再循環(huán)系統(tǒng)示意圖

這種方法特點(diǎn)是再循環(huán)系統(tǒng)中需要加一臺爐水再循環(huán)泵，另外還需要加若干閥門，能提供較大的煙氣溫度調(diào)節(jié)范圍，在機(jī)組低負(fù)荷工況下能改變煙氣溫度16℃～40℃，一般不用于機(jī)組高負(fù)荷，對鍋爐效率影響較小，在機(jī)組低負(fù)荷工況下比較容易控制SCR 入口煙氣溫度?？捎糜趤喤R界鍋爐，效果明顯，初投資費(fèi)用較高，所有負(fù)荷工況下省煤器的出口給水溫度必須低于飽和溫度，且對鍋爐水動(dòng)力安全性的影響需要分析計(jì)算。

2.4 省煤器流量置換

省煤器流量置換系統(tǒng)是增加省煤器給水旁路和省煤器熱水再循環(huán)系統(tǒng)，省煤器流量置換示意圖如圖4所示，以進(jìn)一步減少省煤器的吸熱量，從而提高SCR 入口煙氣溫度。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，可先利用給水旁路系統(tǒng)進(jìn)行煙氣溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步下降，給水旁路無法滿足要求的情況下，開啟省煤器熱水再循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高省煤器出口煙氣溫度，調(diào)節(jié)范圍較大。

圖4 省煤器流量置換示意圖

這種方法煙氣溫度調(diào)節(jié)幅度為20℃～50℃，需要通過熱力計(jì)算確定不同負(fù)荷下的流量置換旁路水量，且對閥門和再循環(huán)泵可靠性要求高，投資較大，投入使用時(shí)對鍋爐效率有影響。

2.5 提高機(jī)組低負(fù)荷給水溫度

選擇一個(gè)汽輪機(jī)合適的抽汽點(diǎn)，并相應(yīng)增加一個(gè)抽汽可調(diào)式的高加或進(jìn)入最末級高加，機(jī)組回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱給水示意圖如圖5所示。在機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，通過調(diào)節(jié)門可控制相應(yīng)高加的入口壓力，從而提升機(jī)組低負(fù)荷給水溫度。這種方法僅適合上海西門子機(jī)型汽輪機(jī)，汽輪機(jī)補(bǔ)汽閥至第五級后返抽汽，作為新增設(shè)高加或進(jìn)入最末級高加汽源。這種方法能夠提高煙氣溫度20℃～30℃，且提高機(jī)組熱循環(huán)效率。

圖5 機(jī)組回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱給水示意圖

2.5.1 高壓蒸汽引入最末級高加

隨著機(jī)組負(fù)荷下降，通過補(bǔ)氣閥將最末級高加引入高壓缸五級后高壓汽源，回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱鍋爐給水 （增加一個(gè)高加）示意圖如圖6所示，自動(dòng)控制高加內(nèi)壓力的方法，來保持給水溫度穩(wěn)定，但是對于引入蒸汽閥門嚴(yán)密性和切換可靠性要求很高，投資較小。

圖6 回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱鍋爐給水（增加一個(gè)高加）示意圖

2.5.2 增設(shè)一級高加的方法

機(jī)組在末級高加后增設(shè)一級高加，加熱蒸汽采用高壓缸五級抽汽后的返抽汽，回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱鍋爐給水 （引入最末級高加）示意圖如圖7所示。在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)投入，利用五級后抽汽加熱新增設(shè)高加或最末級高加，提高給水溫度達(dá)到280℃～290℃。這種方法，投資較大，系統(tǒng)復(fù)雜。

圖7 回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱鍋爐給水 （引入最末級高加）示意圖

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，根據(jù)設(shè)備特性、投資、經(jīng)濟(jì)性和安全性分析，綜合技術(shù)因素，總體設(shè)計(jì)，推薦了在役機(jī)組寬負(fù)荷脫硝技術(shù)方案，同時(shí)要求無論采用哪種方案都要進(jìn)行技術(shù)分析和安全性核算，這些在役機(jī)組技術(shù)改造對解決機(jī)組深度調(diào)峰具有現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 趙曉軍，孫記.錦州熱電SCR 脫銷效率影響因素的試驗(yàn)研究 ［J］.華北電力技術(shù)，2011 （12）

［2］ 雷達(dá)，金保升.噴氨格柵處煙氣速度場對高效SCR均流與還原劑混合性能的影響 ［J］ .熱能動(dòng)力工程，2009 （1）