大型燃煤电站锅炉全负荷SCR脱硝技术分析及研究论文_黄新京

摘要：大型燃煤电站锅炉在低负荷运行时，因为SCR入口烟温要远低于SCR催化剂正常的工作温度窗口而导致脱硝系统无法正常运行，为了有效解决这一问题，燃煤电站尝试了各种改善策略，尽管这些策略对低负荷SCR脱硝系统运行问题有了一定的改善，但是不同改造方式有着各自的优势和不足，因此针对高效率、节能减排锅炉全负荷SCR脱硝控制技术的深入研究成为改善大气质量、环境保护的重中之重。

关键词：燃煤锅炉；SCR催化剂；全负荷SCR脱硝技术

引言

伴随着我国经济水平的进一步提高，能源消耗也只增不减，人们赖以生存的环境遭到破坏。在这样的紧张形势下，国家对环境保护政策越来越重视，严格规定污染物的排放量，就拿氮氧化物来说，2003年国家排放限值为450mg/m3，到2011年排放限值下降至100mg/m3。2014年9月12日国家发展改革委、环境保护部、能源局关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知，通知要求重点推进现役燃煤发电机组大气污染物达标排放环保改造，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。2015年12月11日环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》环发[2015]164号文件的通知，明确提出到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放（即在基准氧含量 6%条件下，氮氧化物排放浓度不高于50 毫克/立方米）。很多电力企业为了积极响应国家政策，纷纷提倡“绿色发电”，要求各企业污染物的排放量必须要优于国家标准，甚至是零排放。现阶段，很多大型燃煤电站锅炉均使用SCR脱硝技术进行脱硝，但是这还远远不够，根本不能满足当前的环保要求，因此势必要对其进行优化和改造，进行全负荷SCR脱硝。

1、SCR法原理

图1 SCR技术化学反应

图2烟气脱硝技术反应原理

SCR是一种新型的选择性催化还原法脱硝技术，其主要是利用氨来净化烟雾中的氮氧化物，往往是以低氮氧化物燃烧技术为基础进行处理，用以满足逐渐严格的排放标准，同时这也是我国乃至整个世界使用最多的烟气脱硝技术。SCR技术是由美国研发的，而日本于上世纪70年代实现商业化应用，是第一个商业化应用的国家，德国是在上个世纪80年代开始引进这样脱硝技术的，并且明确规定，凡是50MW以上的电厂都应该配备SCR装置，现如今，此项技术已经广泛应用于全球发展较为先进的国家。SCR装置在对废气进行脱硝过程中不会有副产物形成，并且也不会对环境造成二次污染，装置结构简单易安装，脱硝效果高，无论是运行还是后期维护工作都非常方便快捷、可靠性高。

SCR技术原理如下：将氨喷入到温度在320-420℃的烟气中，在氨的催化作用下，将氮氧化物还原成氮气和水。

2、燃煤电站锅炉的全负荷SCR脱硝技术分析

一般全负荷SCR脱硝技术分为两种，其一，在确保催化剂可以满足锅炉低负荷时烟气温度运行的要求，将催化剂转变为低温催化剂。其二，提升进入到SCR装置中烟气的温度，不论在怎样的负荷下控制机组的反应器中烟气温度始终控制在320-420℃之间。由于低温催化剂还处于不断实验阶段，不能应用于工程当中，故而，只有采用提高低负荷时烟气温度的方式，对SCR脱硝技术进行改造。这种方式的改造手段有以下四种，分别为增设省煤器烟气旁路、增设省煤器工质旁路、对省煤器进行分组布置以及锅炉低负荷时提高给水温度。

2.1增设省煤器烟气旁路

该项技术就是在省煤器的作用下进一步减少给水加热的烟气，将给水加热烟气通过增设旁路直接进入到SCR装置当中的方法，进而提高SCR装置反应区的烟气温度。在省煤器旁路的烟道出口处设置了专门的烟气挡板，利用挡板的开合状态有效控制SCR装置中烟气的进入量，最终达到控制烟气温度的目的。

上述这种方式存在的缺陷及不足：第一，因为直接进入SCR装置的烟气是从省煤器旁路进入的，因此不能加热给水温度，这样一来势必会使锅炉效率下降0.5%-1.5%，所消耗的燃料量增加。第二，由于省煤器旁路烟道出口设置了专门的挡板，长时间运行会产生堵灰现象，对系统运行的稳定性造成不利影响。第三，烟气由省煤器旁路直接进入SCR装置，进入反应区的烟气会对烟气流场造成干扰，扰乱脱硝系统的良好运行。第四，鉴于给水加热量较少，应该对锅炉内热平衡及性能进行充分分析并准确计算，随后进行改造。第五，上图的改造技术对挡板性能有着很高的要求，在挡板打开后一旦出现不能关闭现象，就会引发锅炉高负荷，致使更多的高温烟气进入到SCR装置的反应区，导致氨这种催化剂迅速烧结。

2.2.增设省煤器工质旁路

该项技术主要是在省煤器的换热给水处增设旁路，减少给水在省煤器的换热量，继而有效减少烟气经过省煤器时的热损失，提升SCR装置中反应区烟气的温度，由于在水旁路安装了专门的调节门，因此可以通过控制调节门用于烟气温度的调节。

图3增设省煤器烟气旁路SCR技术

图4增加省煤器工质旁路SCR技术 图5省煤器分组布置SCR技术

上图这种技术存在以下几方面缺陷：第一，上述技术的给水换热系数是烟气换热系数的1/83，二者相差甚远，尽管提高了烟气进入SCR装置反应区的温度，但是收效甚微，这种凡是远不如在省煤器增设烟气旁路的效果要好。第二，这种方式大大减少了省煤器的给水量，造成省煤器出口水温骤然上升，极端情况会造成省煤器出口处给水气化，进而对省煤器造成一定损坏。第三，由于在省煤器增设了给水旁路，大大弱化了给水换热效果，促使排烟热损失大幅度增加，最终导致锅炉热效率下降。

2.3对省煤器进行分级布置

该项技术的目的就是缩小之前省煤器的换热面，进一步减少SCR装置中反应区烟气的热损失，进而提升反应区内烟气的温度，与此同时在SCR后增设二级省煤器，主要用于给水加热。通过减少SCR反应器前省煤器的吸热量，达到提高SCR反应器进口温度在320℃以上的目的。烟气通过SCR反应器脱除NOx之后，进一步通过SCR反应器后的省煤器来吸收烟气中的热量，以保证空气预热器进、出口烟温基本不变，保证锅炉的热效率等性能指标不受影响。

上述这种方式可以确保空预器前烟气温度以及省煤器出口处给水温度保持不变，增强锅炉的经济性，在确保其热效率的稳定的同时，保障锅炉良好运行，同时还在很大程度上提高了锅炉的安全性及稳定性。尽管这种方法有着很多优势，但是改造成本较高，虽然SCR装置反应区的烟气温度会大大提高，但是不具备相应的烟气温度调节功能，加剧了锅炉高负荷运行下烟气温度过高的风险。

2.4提高低负荷下锅炉的给水温度

低负荷时提高给水温度的方法，该项技术主要是通过提高在进入省煤器前给水的温度以达到减少给水在省煤器处的吸热量，从而减少烟在省煤器处的热量损失，最终达到提高SCR反应器中烟气温度的目的，提高给水温度的措施主要有增加0号高加。

增设0号高加提高给水温度就是从汽轮机高压缸上选择一个合适的抽汽点，将该抽汽引入0号高加，在机组低负荷时投该路抽汽，来提高给水温度，以提高省煤器出口排烟温度，而保证低负荷时SCR催化剂能够安全稳定连续运行，实现全负荷脱硝的功能。此种方法不但能够提高进入SCR反应器的烟温度，还能进一步提高机组热效率（约1%），减少煤耗。

结束语

伴随着环境保护的要求逐渐提高和严格，大型燃煤电站锅炉势必要运用全负荷脱硝技术，因此要对现阶段使用的SCR脱硝技术进行改进，将其改造成全负荷SCR脱硝技术，改造方式主要的四种方式，并且不同改造方式都有着各自的优势及缺陷和不足，通过对不同方法的优势和缺陷进行全面分析和对比，为全负荷SCR脱硝技术的研究和应用提供可靠依据。

参考文献：

[1]汤乐萍.燃煤锅炉全负荷SCR脱硝改造方案技术分析及研究[J].化工管理，2018（16）：179-181.

作者简介：

黄新京（1983.4-），男，本科，工程师，从事大型燃煤电站集控运行工作。

论文作者:黄新京

论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/30