如何在24小時(shí)365天的條件下實(shí)現(xiàn)燃煤電站煙氣脫硝裝置的安全、穩(wěn)定、符合標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行是氮氧化物控制領(lǐng)域研究的重要方向。詳細(xì)分析了燃煤機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行條件下對SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的影響，建議在低負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)SCR脫硝裝置全天候運(yùn)行的應(yīng)對策略。

截至2012年底，約90%的機(jī)組建設(shè)或進(jìn)行低氮燃燒改造，脫硝裝機(jī)容量達(dá)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(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)實(shí)施[2]，對火電廠氮氧化物排放提出了更嚴(yán)格的要求。

面對生態(tài)文明建設(shè)的國家需求，根據(jù)我國以煤為中心的能源資源特征決定了我國以煤電為中心的電源結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的變化，燃煤火電機(jī)組大面積、長期低負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的煙霧溫度過低，大大影響火電廠脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對氮氧化物的減排產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響。因此，研究脫硝系統(tǒng)在單元低負(fù)荷運(yùn)行條件下的適用性是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

1機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行對脫硝系統(tǒng)的影響分析

在機(jī)組運(yùn)行過程中，鍋爐負(fù)荷的變化會引起排煙量、溫度、排煙成分的變化，從而改變催化劑所在的排煙環(huán)境。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，煙氣溫度下降，脫硝系統(tǒng)主要存在三個(gè)問題[3]:

(1)煙氣溫度低于催化劑的反應(yīng)溫度時(shí)，氨分子和SO3和H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，與NOx的反應(yīng)概率下降

(2)SCR系統(tǒng)設(shè)置最低運(yùn)行溫度的目的是防止硫酸氫銨堵塞催化劑的孔隙，降低催化劑的活性，但同時(shí)，在單元負(fù)荷低的情況下，SCR系統(tǒng)的入口煙的溫度低于最低運(yùn)行溫度而無法啟動運(yùn)行的問題。

(3)低負(fù)荷時(shí)將脫硝裝置進(jìn)口的設(shè)計(jì)煙溫提高到滿足催化劑的要求，高負(fù)荷時(shí)進(jìn)口煙溫提高，排放溫度高，鍋爐效率低，煤消耗量大。

一般設(shè)計(jì)在高負(fù)荷時(shí)滿足低排煙溫度，電站在低負(fù)荷下只能解列脫硝裝置。這顯然不能滿足新的火電廠氮氧化物排放要求。

2應(yīng)對策略

2.1研究開發(fā)低溫SCR技術(shù)

低溫SCR技術(shù)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(yù)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(fēng)機(jī)后、FGD前的低溫(100～200℃)、低塵(<200mg/m3)端，可大大減小反應(yīng)器的體積，改善催化劑運(yùn)行環(huán)境，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，是具有與傳統(tǒng)SCR競爭的技術(shù)，是現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造性價(jià)比更高的技術(shù)。

2.2省煤器優(yōu)化改造

省煤器優(yōu)化改造主要有

(1)鍋爐省煤器旁路煙道[4]兩種方案。省煤器前直接將部分煙氣引入SCR裝置，提高低負(fù)荷下的SCR入口煙氣溫度維持運(yùn)轉(zhuǎn)的方法成本顯著增加。但《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》（HJ562-2010）規(guī)定不可設(shè)反應(yīng)器旁路。

(2)將鍋爐的省煤器設(shè)計(jì)成兩部分，其低溫部分放置在SCR出口側(cè)，將SCR放置在煙氣溫度高的區(qū)域，解決低負(fù)荷煙氣溫度過低無法運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。由于偏離催化劑的最佳反應(yīng)溫度范圍，脫硝效率會下降。此外，該方法僅適用于新單元。

2.3彈性加熱技術(shù)

彈性加熱技術(shù)可調(diào)式加熱鍋爐供水，在高壓缸中選擇合適的加熱點(diǎn)，相應(yīng)增加加加熱器可調(diào)式加熱器。負(fù)荷下降時(shí)，通過調(diào)節(jié)門，該加熱器的入口壓力幾乎不變，供水溫度幾乎不變。

通過實(shí)施彈性回?zé)峒夹g(shù)，低負(fù)荷下省煤器入口水溫可提高，使其出口煙溫相應(yīng)提高，可確保SCR在全負(fù)荷范圍內(nèi)在催化劑高效區(qū)域運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)全時(shí)段脫硝。同時(shí)，彈性回?zé)峒夹g(shù)可以達(dá)到節(jié)能的效果，該系統(tǒng)增加了低負(fù)荷下汽輪機(jī)的吸氣量，提高了熱系統(tǒng)的循環(huán)效率。

德國西門子公司計(jì)算過彈性加熱技術(shù)，在單元50%的負(fù)荷狀況下，可以降低汽輪機(jī)的熱消耗57kJ/(kWh)，相當(dāng)于降低煤消耗2.18g/(kWh)。此外，該技術(shù)還能提高鍋爐低負(fù)荷燃燒效率和穩(wěn)定燃燒性能，顯著提高單元的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性，確保單元的調(diào)頻運(yùn)行安全性[5-7]。

2.4滿足SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行低排煙溫度的鍋爐設(shè)計(jì)改造

[8]為滿足SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計(jì)鍋爐布置，包括SCR脫硝裝置、SCR脫硝裝置前煙道空間中的前置換熱裝置、SCR脫硝裝置后煙道空間中的后置換熱裝置和可調(diào)開度的擋板旁路煙道。

高負(fù)荷時(shí)，關(guān)閉旁路煙道擋板，煙氣通過前熱交換裝置溫度降低350℃左右后進(jìn)入SCR脫硝裝置，進(jìn)入后熱交換裝置，煙氣溫度進(jìn)一步降低后進(jìn)入預(yù)熱器，最終降低排煙溫度的低負(fù)荷時(shí)，打開或調(diào)節(jié)旁路煙道擋板的開度，煙氣主要通過旁路煙道部分通過前熱交換裝置溫度維持在350℃左右后進(jìn)入SCR脫硝裝置，進(jìn)入后熱交換裝置，煙氣溫度進(jìn)一步降低

在全負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)，不僅滿足氮氧化物的排放要求，還保證了高鍋爐效率，實(shí)現(xiàn)了高效低污染。

3結(jié)語

基于資源制約緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)退化嚴(yán)峻、生態(tài)文明建設(shè)的國家需求，火電行業(yè)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動和推進(jìn)應(yīng)用并重方針，在構(gòu)建綠色環(huán)境保護(hù)型增量脫硝裝置的同時(shí)，全面提高現(xiàn)役脫硝裝置庫存的環(huán)境保護(hù)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)全天候條件下脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、符合標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。