摘要：国内绝大部分火电机组已完成了或正在实施超低排放改造，但是在启停机及负荷低于50%BMCR工况运行期间，因烟温低于SCR装置最佳反应温度的下限值，在此期间需解列脱硝系统，造成氮氧化物排放超标。本文对实施火电机组宽负荷脱硝改造的必要性及可行性进行了研究。
关键词：火电机组；宽负荷；脱硝
一、前言
党的十八大以来，党中央把生态文明建设作为统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局的重要内容，我国成为全球生态文明建设的重要参与者、贡献者、引领者，美丽中国建设迈出了重要步伐。
为有效控制火电厂大气污染物排放，我国采取了发展清洁发电技术，降低发电煤耗，淘汰落后产能，强化节能减排，关停小火电机组，推进电力工业结构调整等一系列重要措施，并取得了显著成效。目前，绝大部分火电机组已完成了或正在实施超低排放改造，改造后在正常运行中氮氧化物的排放浓度小于50毫克/立方米。但是，国内绝大部分火电机组采用的是选择性催化还原法（SCR）脱硝技术，通常SCR装置的最佳反应温度范围为320℃~420℃，在启停机及低负荷运行期间，省煤器出口烟气温度会低于下限值，无法满足脱硝装置的温度要求，因此，在此期间需解列脱硝系统，造成氮氧化物排放超标。
为促进新能源消纳，国家大力推动火电机组实施深度调峰改造，随着资源系统转型发展，煤电的未来发展将从单纯保障电量供应，向更好地保障电力供应、提供辅助服务并重转变，为清洁能源发展腾空间、搞服务，尤其是新能源富集区，火电机组在30%~50%负荷区间运行将成为新常态，在此工况下，尾部烟道的烟温将大幅降低，存在不满足SCR装置对温度的要求，NOX排放超标的可能，因此，实施宽负荷脱硝改造是必要的。
二、实施方案
经对某660MW电厂的实际运行情况进行调研，在机组并网初期，SCR入口温度~274℃，在50% BMCR工况时SCR入口温度~311℃，因为煤质变化等原因，在300MW负荷时SCR入口温度有时会低到296℃，上述温度远低于SCR最低温度要求。
全负荷脱硝技术一般分为两类：
（1）催化剂改造为低温催化剂；
（2）提高进入SCR装置的烟气温度。
从现有的技术及实际情况看，该电厂只能采用提高进入SCR装置烟气温度（需要至少提高40℃）的方案予以改造，现有以下三种可行方案：
方案一：烟气旁路改造；
方案二：省煤器分级改造；
方案三：烟道补燃改造。
下面对三种方案的可行性分别进行分析。
1、烟气旁路改造
烟气旁路改造原理比较简单，即从锅炉尾部烟道后包墙水平低温过热器入口抽取高温烟气在SCR入口烟道处与省煤器与水平低再出口的低温烟气进行混合，提高低负荷时SCR入口的烟气温度，旁路烟道上需要加装非金属膨胀节、调节挡板、关闭挡板并进行烟气流量和温度的调节，高负荷运行时关闭旁路烟道关闭挡板即可，原理图如下：
该方案的特点如下：
（1） 系统布置简单、烟温调节灵活，不影响高负荷工况时的锅炉效率，煤种适应性广。
（2） 能够有效的防止低负荷省煤器出口水温过高，省煤器运行安全。
（3） 低负荷烟气旁路投运时，稍微增加了烟气侧的阻力，降低了锅炉效率。
（4） 旁路烟气的引入会对SCR装置进口的烟气流场及温度的均匀性产生影响，需对旁路烟道的导流板布置及SCR装置的原进口烟道导流板重新评估，并进行数值模拟，保证SCR入口的温度场和流场均匀。
（5）锅炉尾部增加旁路烟道后，总重量增加比较大，必须对原锅炉钢架进行强度校核，需要的话要进行加固处理，防止因增加重量过大引起钢梁变形或者损坏，引发安全事故。
（6）改造工期短，停炉时间约需50天，660MW机组投资约为800万元/台。
2、省煤器分级改造
省煤器分级改造的原理是将尾部烟道中的部分省煤器拆除，在SCR反应器后设置一定的省煤器受热面（一级省煤器），在SCR反应器前（原有省煤器区域）保留一定的省煤器受热面（二级省煤器）。给水直接引至位于SCR反应器后的省煤器（一级省煤器），然后通过连接管道再引至位于SCR反应器前的省煤器（二级省煤器）。通过减少SCR反应器前省煤器（二级省煤器）的吸热量，达到提高SCR入口烟气温度的目的，原理图如下：
该方案的特点如下：
（1）空预器前的烟气温度基本保持不变，省煤器出口的给水温度也能基本保持不变，能够保证锅炉的经济性，使锅炉的热效率基本不变，可以维持锅炉运行方式不变，锅炉安全性高。
（2）SCR 反应区的烟气温度会整体提升，烟温调节灵活性较低及裕度比较小，高负荷时会存在烟气超温的风险。
（3）效果取决于省煤器面积分割的准确性，并与锅炉运行方式及煤种关系密切，该方案很大程度将会降低煤种的适应性。
（4）仅适用于尾部单烟道结构，或者双烟道结构两侧烟道都布置有省煤器的炉子。对于双烟道结构且省煤器布置在单侧的炉型改造效果有限。
（5）工程比较复杂，改造工程量大，停炉时间约需90天，投资成本高，660MW机组投资约为1800万元/台。
3、烟道补燃改造
烟道补燃改造的原理是在原SCR入口烟道处增设部分燃气喷枪，喷枪内通入可燃气体（现以天然气为例），燃气通过喷枪进入SCR入口烟道后，通过小气枪点燃大气枪，燃气燃烧后产生热量，加热原烟道内烟气，达到提高SCR入口烟气温度的目的，原理图如下：
该方案的特点如下：
（1）尾部烟道结构不作改动，对系统不产生影响，不影响锅炉效率。
（2）烟温调节灵活，煤种适应性广。
（3）因为燃气是易燃易爆品，因此该方案最应注意的就是燃气系统的防爆、防泄漏，在设计、施工、后期运行中都需要格外注意，这也是本方案实施的难点所在。
（4）启停炉期间，因烟温低，天燃气的消耗量大，供应存在一定的困难，尤其是偏远山区的电厂。
（5）改造工期短，停炉时间约需20天，660MW机组投资约为400万元/台。
三、结论
随着环保治理压力日趋加大，火电机组实施宽负荷脱硝改造是必要的、可行的。增设省煤器烟气旁路改造原理简单，工程实施起来相对较容易，投资成本低，运行控制相对较简单，是一个可行的方案。
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[3]发改能源[2014]2093号：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；
论文作者:逯宝宏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：省煤器论文; 烟气论文; 烟道论文; 旁路论文; 温度论文; 机组论文; 火电论文; 《电力设备》2018年第15期论文;