馬巧春，雒貴，李陽春，李法眾

（華能玉環(huán)發(fā)電廠，浙江玉環(huán)317604）

燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)全工況脫硝運(yùn)行的改造策略

馬巧春，雒貴，李陽春，李法眾

（華能玉環(huán)發(fā)電廠，浙江玉環(huán)317604）

針對(duì)日趨突出的環(huán)境污染問題及越來越嚴(yán)格的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)，控制燃煤發(fā)電廠氮氧化物的排放總量成為鍋爐環(huán)保技術(shù)發(fā)展的方向。通過對(duì)現(xiàn)有脫硝技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題的分析，對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全工況運(yùn)行的5種改造策略，即：兩段式省煤器設(shè)計(jì)、九級(jí)加熱器、加裝省煤器煙氣側(cè)旁路及給水側(cè)旁和V-Temp省煤器的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，為新建和已投運(yùn)機(jī)組采用何種改造策略提供參考。

燃煤發(fā)電廠；鍋爐；氮氧化物；全工況脫硝

火力發(fā)電廠煙氣排放污染正受到越來越多的關(guān)注，近年來，隨著煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及國家對(duì)二氧化硫排放的嚴(yán)格控制，火力發(fā)電廠二氧化硫的排放已得到了一定程度的遏制。但要更好地控制氮氧化物的排放污染，脫硝技術(shù)還需進(jìn)一步的發(fā)展。因此，加快脫硝技術(shù)的研究、脫硝系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全工況運(yùn)行，將會(huì)大大減少氮氧化物排放。以下針對(duì)采用SCR（選擇性催化還原法）脫硝技術(shù)的燃煤發(fā)電機(jī)組，提出了幾種實(shí)現(xiàn)全工況脫硝運(yùn)行的策略。

1 脫硝技術(shù)應(yīng)用概況

1.1 現(xiàn)有脫硝技術(shù)概況

目前，國際上煙氣脫硝技術(shù)主要分兩大類：燃燒改良處理和燃燒后處理，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)兩種方式聯(lián)合使用的復(fù)合處理技術(shù)。燃燒改良處理的關(guān)鍵技術(shù)有：低氮燃燒器、空氣分級(jí)燃盡風(fēng)、再燃燒、分級(jí)燃燒及煙氣再循環(huán)等。燃燒后處理主要有：SCR和SNCR（選擇性非催化還原法）[1]。SNCR技術(shù)工藝簡單，無催化劑系統(tǒng)，在國內(nèi)外有一定的工程應(yīng)用，脫除氮氧化物的效率一般在25%～40%，適用于原始氮氧化物較低，且對(duì)于排放標(biāo)準(zhǔn)要求不高的機(jī)組；而SCR是在催化劑的作用下，利用還原劑（如氨氣、尿素等）有選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)并生成無毒無污染的氮?dú)夂退?，其脫硝效率達(dá)75%～90%，可應(yīng)用于各種氮氧化物濃度煙氣的處理。

我國新建大型燃煤發(fā)電機(jī)組均采用了低氮燃燒及煙氣脫硝技術(shù)（以SCR工藝為主），已投產(chǎn)機(jī)組，按照當(dāng)前的排放標(biāo)準(zhǔn)，正在逐步實(shí)施脫硝技術(shù)改造。

1.2 脫硝系統(tǒng)存在的問題

采用SCR技術(shù)設(shè)計(jì)的脫硝效率一般在80%以上。脫硝效率和催化劑活性與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖1所示，反應(yīng)溫度在200～400℃內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，脫硝效率和催化劑活性都逐漸增加，尤其當(dāng)反應(yīng)溫度在200～300℃時(shí)，脫硝效率和催化劑活性隨反應(yīng)溫度的增加增幅較大。當(dāng)溫度升至400℃時(shí)，脫硝效率和催化劑活性都達(dá)到最大值，隨著溫度的進(jìn)一步升高，脫硝效率和催化劑活性隨溫度的升高而下降[2]。因此，為了保證催化劑的活性和達(dá)到脫硝設(shè)計(jì)效率，反應(yīng)溫度的最佳值應(yīng)控制在300～420℃之間。

圖1 脫硝效率和催化劑活性與反應(yīng)溫度的關(guān)系

但是機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（50%～60%額定負(fù)荷以下），或高壓加熱器退出運(yùn)行且機(jī)組在70%～75%額定負(fù)荷時(shí)，省煤器出口煙氣溫度都可能無法達(dá)到脫硝系統(tǒng)催化劑反應(yīng)所需溫度，從而導(dǎo)致硫酸氫銨濃度上升、脫硝效率降低、催化劑壽命縮短等問題。為了保證脫硝催化劑運(yùn)行的安全高效性，在無法達(dá)到催化劑反應(yīng)溫度時(shí)，只能退出脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組綜合脫硝效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。機(jī)組負(fù)荷受到電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整的限制，始終維持高負(fù)荷運(yùn)行是不現(xiàn)實(shí)的，換言之，目前已投運(yùn)的燃煤發(fā)電廠均無法實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全工況在線運(yùn)行。

因此，如何保證機(jī)組在全負(fù)荷段滿足脫硝系統(tǒng)催化劑反應(yīng)溫度要求，尤其是在低負(fù)荷階段，實(shí)現(xiàn)機(jī)組全工況脫硝運(yùn)行，是亟待解決的問題。

2 全工況脫硝運(yùn)行的改造策略

針對(duì)目前已投運(yùn)的燃煤發(fā)電廠無法實(shí)現(xiàn)全工況脫硝的問題，國內(nèi)外有多家研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了專題研究，主要有兩個(gè)研究方向：催化劑制造商對(duì)催化劑耐低溫性進(jìn)行研究；對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造，以適應(yīng)催化劑的性能，熱力系統(tǒng)共有如下5種改造策略。

2.1 兩段式省煤器設(shè)計(jì)

將鍋爐省煤器設(shè)計(jì)成兩部分（如圖2所示）[3]，低溫部分置于脫硝系統(tǒng)出口側(cè)，將脫硝系統(tǒng)前移布置在煙氣高溫區(qū)的兩段省煤器之間，這樣即使在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，也能保證脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度范圍，實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)在低負(fù)荷工況運(yùn)行；鍋爐可在不投油穩(wěn)燃負(fù)荷到BMCR（鍋爐最大出力）工況下安全運(yùn)行；在保證熱風(fēng)溫度的前提下，能夠進(jìn)一步降低空氣預(yù)熱器入口的煙氣溫度，提高鍋爐的效率。缺點(diǎn)是：省煤器系統(tǒng)的阻力有所提高，煙氣側(cè)阻力有所增加，風(fēng)機(jī)電耗可能增加。

圖2 兩段式省煤器示意

該技術(shù)一般適用于可同步建設(shè)脫硝系統(tǒng)的新建機(jī)組，是一步到位的解決方案。目前哈爾濱鍋爐廠供貨的大唐蔚縣發(fā)電廠采用此項(xiàng)技術(shù)，正處于設(shè)計(jì)階段。

2.2 九級(jí)加熱器技術(shù)

在給水系統(tǒng)原有八級(jí)加熱器的基礎(chǔ)上，增加了1級(jí)高壓加熱器，也稱之為九級(jí)加熱器技術(shù)。選擇汽輪機(jī)1個(gè)合適抽汽點(diǎn)，增加1級(jí)抽汽可調(diào)式給水加熱器，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，通過調(diào)節(jié)門控制提高省煤器入口水溫，使其出口煙溫相應(yīng)上升，從而實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全工況運(yùn)行。抽汽加熱原理如圖3所示。該技術(shù)還能降低機(jī)組整體煤耗水平；提高鍋爐水動(dòng)力安全性；提高鍋爐低負(fù)荷燃燒效率和穩(wěn)燃性能；提高機(jī)組的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性。缺點(diǎn)是：只適合設(shè)計(jì)有補(bǔ)氣閥的汽輪機(jī)，改造具有局限性。

圖3 回?zé)岢槠a(bǔ)充加熱鍋爐給水原理

該技術(shù)既可以用于新建機(jī)組也可以用于已運(yùn)行機(jī)組的改造，但是改造費(fèi)用相對(duì)較高。目前外高橋第三發(fā)電廠采用該項(xiàng)技術(shù)，利用補(bǔ)氣閥對(duì)應(yīng)的抽汽口，設(shè)置了第九級(jí)加熱器。在低負(fù)荷時(shí)投入該加熱器，以提高低負(fù)荷下給水溫度，從而提高了給水系統(tǒng)出口煙溫，這樣既可以滿足脫硝系統(tǒng)入口煙溫要求，又改善了鍋爐的燃燒穩(wěn)定性[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率達(dá)到98.88%，基本實(shí)現(xiàn)了全工況脫硝運(yùn)行。

2.3 加裝省煤器煙氣側(cè)旁路

在省煤器前選擇適當(dāng)位置直接引一路高溫?zé)煔庵潦∶浩鞒隹冢c低溫?zé)煔膺M(jìn)行混合，以提高省煤器出口煙溫，滿足脫硝系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行溫度要求。但是這種方案可能增加機(jī)組的發(fā)電煤耗，并且煙氣旁路占用空間較大、易出現(xiàn)煙道積灰。

2.4 加裝省煤器給水側(cè)旁路

在省煤器水側(cè)加裝旁路系統(tǒng)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，通過旁路調(diào)整進(jìn)入省煤器的給水流量，從而減小省煤器的吸熱量，使煙氣通過省煤器后，保持較高的煙氣溫度，滿足脫硝系統(tǒng)的進(jìn)口煙溫要求。

該方案一定程度上增加了給水阻力，影響效率及給水調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，優(yōu)點(diǎn)是水側(cè)旁路占用空間較小、調(diào)節(jié)靈敏。

2.5 V-Temp省煤器技術(shù)

V-Temp交叉省煤器是美國B&W公司開發(fā)的一項(xiàng)專利技術(shù)，交叉省煤器是根據(jù)其功能暫定的名字，核心技術(shù)是通過在省煤器系統(tǒng)設(shè)置特定的給水管屏，從而減少熱吸收。V-Temp省煤器的關(guān)鍵技術(shù)是將省煤器管屏分為兩部分，由溢流管和節(jié)流管供給，通過改變省煤器傳熱面積提高省煤器出口煙溫。V-Temp省煤器已在4臺(tái)鍋爐安裝運(yùn)行，測(cè)試結(jié)果表明在某一恒定的負(fù)荷下，能使省煤器出口煙溫上升10℃[5]，省煤器系統(tǒng)布置如圖4所示。

圖4 V-Temp省煤器系統(tǒng)示意

該技術(shù)一定程度上可以提高省煤器出口煙溫，實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)在低負(fù)荷工況運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)給水穩(wěn)定調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是省煤器所有管屏需重新加工組屏，投資大。從結(jié)構(gòu)上看應(yīng)與兩段式省煤器思路接近，使用實(shí)績需進(jìn)一步確認(rèn)。

3 結(jié)語

上述5種改造方案均可以在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)提高省煤器出口煙溫，以滿足脫硝系統(tǒng)催化劑的反應(yīng)溫度。對(duì)新建機(jī)組，在設(shè)計(jì)階段需進(jìn)行充分論證，可采用兩段式省煤器、V-Temp省煤器或九級(jí)加熱器技術(shù)；對(duì)已投運(yùn)機(jī)組，可以選擇九級(jí)加熱器或V-Temp省煤器技術(shù)，但是兩種方案的改造費(fèi)用均較高。對(duì)于各技術(shù)方案的應(yīng)用實(shí)績還需跟蹤并深入研究，以便選擇最適合的改造方案。

[1]馬風(fēng)哪，程偉琴.國內(nèi)火電廠氮氧化物排放現(xiàn)狀及控制技術(shù)探討[J].廣州化工，2011（15）:57-59.

[2]劉武標(biāo).SCR煙氣脫硝效率及催化劑活性的影響因素分析[J].能源與環(huán)境，2012（3）:47-50.

[3]哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司.哈鍋電站鍋爐新產(chǎn)品新技術(shù)[G].2013.

[4]錢磊.上海外高橋第三發(fā)電廠超超臨界機(jī)組節(jié)能環(huán)保技術(shù)[C]//超超臨界機(jī)組技術(shù)交流2012年會(huì).

[5]M J ALBRECHT，J T BUCKLER，S A SCAVUZZO.The V-TempTM Economizer System and Method for SCR Temperature Control[J].Technical Paper，2011（3）:13-15.

（本文編輯：陸瑩）

Transformation Strategy for Denitration of Coal-fired Generating Units under Full Operating Condition

MA Qiaochun，LUO Gui，LI Yangchun，LI Fazhong
（Huaneng Yuhuan Power Plant，Yuhuan Zhejiang 317604，China）

In view of the increasingly serious environmental pollution and gradually severe atmospheric emission standards，control of NOXemissions of coal-fired power plant becomes the orientation of environmental protection technology of boiler.By analyzing present situation of the existing denitration technology and the problems，the paper compares technical characteristics of five transformation strategies for denitration system of coal-fired generating units under full operating condition，namely dual-economizer，nine orders of heaters，installing bypasses at flue gas side and feedwater side of economizer as well as V-Temp economizer，providing reference for selection of reformation strategy for newly-built units and those in operation.

coal-fired power plant；boiler；NOX；denitration under full operating condition

TM631

B

1007-1881（2015）01-0041-03

2014-08-18

馬巧春（1969），男，工程碩士，高級(jí)工程師，長期從事火力發(fā)電廠基建及生產(chǎn)管理工作。