黎華敏，柏 源

(國電科學技術研究院，江蘇南京 210031)

0 引言

截至2012年底為止，約90%的機組建設或進行了低氮燃燒改造，脫硝裝機容量達2.3億KW，約占煤電容量28.1%，其中 SCR占99%以上［1］。隨著新修訂的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223 －2011)實施［2］，對火電廠氮氧化物排放提出了更加嚴格的要求。面對生態(tài)文明建設的國家需求，基于我國以煤為主的能源資源稟賦特點決定了我國以煤電為主的電源結構，電力行業(yè)氮氧化物控制形勢面臨前所未有的壓力。特別是隨著社會用電結構發(fā)生變化，燃煤火電機組出現大面積、長時間低負荷運行的情況，導致進入脫硝系統(tǒng)的煙溫過低，進而大大影響了火電廠脫硝系統(tǒng)正常投運，給氮氧化物減排帶來嚴重的不利影響。因此，研究脫硝系統(tǒng)在機組低負荷運行條件下的適用性是該領域研究的熱點和難點之一。

1 機組低負荷運行對脫硝系統(tǒng)影響分析

在機組運行過程中，鍋爐負荷的變化會引起煙氣量、溫度、以及煙氣組分的變化，從而改變催化劑所處的煙氣環(huán)境。鍋爐低負荷運行，造成煙氣溫度下降，對脫硝系統(tǒng)主要帶來三個方面的問題［3］:

(1)煙氣溫度低于催化劑的反應溫度時，氨分子與SO3和H2O發(fā)生化學反應生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，減少了與NOx的反應機率;而且生成物附著在催化劑表面，易引起積灰進而堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性和脫硝效率。

(2)SCR系統(tǒng)設置最低運行溫度的目的是防止生成硫酸氫銨堵塞催化劑孔隙，降低催化劑活性，但同時也會帶來機組低負荷時SCR系統(tǒng)入口煙溫低于最低運行溫度而不能啟動運行的問題。

(3)若在低負荷時將脫硝裝置進口的設計煙溫提高到滿足催化劑的要求，則在高負荷時進口煙溫會更高，引起排放溫度高，鍋爐效率低，煤耗量大。一般情況下都按在高負荷時滿足較低的排煙溫度來進行設計，這將致使電廠在低負荷只能將脫硝裝置解列運行。這顯然不能滿足新的火電廠氮氧化物排放要求。

2 應對策略

2.1 研究開發(fā)低溫SCR技術

低溫SCR技術原理與傳統(tǒng)的SCR煙氣脫硝工藝基本相同，兩者的最大區(qū)別是SCR脫硝裝置布置在省煤器和空氣預熱器之間高溫(300～450℃)、高塵(20～50g/m3)端，而低溫SCR 裝置則布置在鍋爐尾部除塵器后或引風機后、FGD前的低溫(100～200℃)、低塵(＜200mg/m3)端，可大大減小反應器的體積，改善催化劑運行環(huán)境，具有明顯的技術經濟優(yōu)勢，是具有與傳統(tǒng)SCR競爭的技術，是現役機組的脫硝改造性價比更高的技術。

2.2 省煤器優(yōu)化改造

對省煤器優(yōu)化改造，主要有以下兩種方案:

(1)加裝鍋爐省煤器旁路煙道［4］。在省煤器前直接引一部分煙氣至SCR裝置，提高低負荷下的SCR入口煙氣溫度以維持其運行，這種方法的代價是煤耗顯著增加。但是《火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范選擇性催化還原法》(HJ 562－2010)規(guī)定不得設置反應器旁路。

(2)將鍋爐的省煤器設計成兩部分，其低溫部分置于SCR出口側，將SCR布置于煙氣溫度較高的區(qū)域，從而解決低負荷煙溫過低無法運行的問題。由于偏離了催化劑的最佳反應溫度范圍，脫硝效率會有所下降。此外，該方法僅適用于新建機組。

2.3 彈性回熱技術

彈性回熱技術即可調式抽汽補充加熱鍋爐給水，在高壓缸處選擇一個合適的抽汽點，并相應增加一個抽汽可調式的給水加熱器。在負荷降低時，通過調節(jié)門可控制該加熱器的入口壓力基本不變，從而能維持給水溫度基本不變。

通過實施彈性回熱技術，低負荷下省煤器入口水溫得以提高，使其出口煙溫相應上升，可確保SCR在全負荷范圍內處于催化劑的高效區(qū)運行，真正實現了全時段脫硝。同時，彈性回熱技術能夠實現節(jié)能的效果，該系統(tǒng)使低負荷下汽輪機抽汽量增加，提高了熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率。德國西門子公司曾對彈性回熱技術做過計算，在機組50%負荷工況下，可降低汽輪機熱耗57kJ/(kW·h)，相當于降低煤耗2.18g/(kW·h)時。除此以外，該技術還能提高鍋爐低負荷燃燒效率和穩(wěn)燃性能，顯著提高機組的調頻能力和調頻經濟性，確保了機組調頻運行的安全性［5－7］。

2.4 滿足SCR脫硝裝置全負荷運行低排煙溫度的

鍋爐設計改造［8］

為滿足SCR脫硝裝置全負荷運行，設計鍋爐布置，包括SCR脫硝裝置、SCR脫硝裝置前的煙道空間中的前換熱裝置、SCR脫硝裝置后的煙道空間中的后換熱裝置以及設有可調開度的擋板的旁路煙道。高負荷時，關閉旁路煙道擋板，煙氣通過前換熱裝置溫度降低350℃左右后進入SCR脫硝裝置，然后進入后換熱裝置，煙溫進一步降低后，進入預熱器，最終降低排煙溫度;低負荷時，打開或調節(jié)旁路煙道擋板開度，煙氣主要通過旁路煙道部分通過前換熱裝置溫度維持在350℃左右后進入SCR脫硝裝置，然后進入后換熱裝置，煙溫進一步降低后，進入預熱器，最終降低排煙溫度。在全負荷運行范圍內，不僅滿足氮氧化物排放要求，也保證了較高的鍋爐效率，做到了高效低污染。

3 結語

基于資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)退化的嚴峻形勢以及生態(tài)文明建設的國家需求，火電行業(yè)堅持“創(chuàng)新驅動”和“推廣應用”并重的方針，構建綠色環(huán)保型“增量”脫硝裝置的同時，又全面提高現役脫硝裝置“存量”的環(huán)保技術水平，真正實現全天候條件下脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和達標運行，實現電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。

［1］中國電力企業(yè)聯合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2013［M］.北京:中國市場出版社，2013.

［2］GB13223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［3］譚 青，張彥琦，王吉翔，等.汽包鍋爐實現低負荷脫硝的煙氣升溫系統(tǒng)［J］.上海節(jié)能，2013，(10):40 －44.

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

［5］中國電力新聞網數據庫.中國夢 電力行:外高橋發(fā)電生態(tài)文明情況調查［EB/OL］.http://www.cpnn.com.cn/zdyw/201306/t20130621_585289.html，2013 －06 －21.

［6］馬新立.超超臨界鍋爐SCR脫硝工藝及其調試［J］.電力環(huán)境保護，2009，25(4):16 －18.

［7］賈海娟.SCR煙氣脫硝技術及其在燃煤電廠的應用［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(6):10 －11.

［8］易廣宙，劉 毅，莫春鴻，等.一種可滿足SCR脫硝裝置全負荷運行低排煙溫度的鍋爐［P］.中國:201220321747.3，2013－01－30.