超低排放下的寬負荷脫硝技術介紹

　　為滿足火電機組靈活性改造要求,實現機組最低技術出力以上全負荷、全時段氮氧化物穩定達標排放,需要對現有脫硝系統進行寬負荷脫硝改造,介紹幾種主要的寬負荷脫硝技術。

　　2016年11月7日，國家發改委、國家能源局正式發布《電力發展“十三五”規劃》。“十三五”期間，熱電聯產機組靈活性改造約1.33億千瓦，純凝機組改造約8200萬千瓦。改造后，增加調峰能力4600萬千瓦。同時全面推動現役機組的超低排放改造，要求機組滿足最低技術出力以上全負荷、全時段穩定達標排放要求。為了同時實現靈活性改造后機組低負荷運行和NOx≤50mg/m3的超低排放要求，就需要對現有脫硝裝置進行升級改造或優化調整，實現鍋爐寬負荷下的NOx達標運行。

　　1 靈活性改造對現有脫硝裝置的影響

　　靈活性改造要求機組在20%～25%負荷無助燃措施下，實現低負荷深度調峰，并能夠安全可靠運行，同時要求脫硝系統在低負荷下仍然實現NOx超低排放。SCR脫硝裝置的運行溫度為310～420 ℃，鍋爐低負荷運行時省煤器后煙溫基本低于脫硝反應溫度，會造成噴按量增加、催化劑活性降低、氨逃逸增加。而且低負荷運行時，雖然爐膛溫度降低，能夠一定程度控制熱力型NOx 生產，但主燃區的氧量升高，燃料型NOx 增加較多，低負荷運行時NOx排放濃度較滿負荷時偏高，煙氣量和NOx生成量的變化容易引起局部氨逃逸增加。過量的氨會和煙氣中的 SO3反應易生成硫酸氫銨（ABS）并析出，堵塞腐蝕下游空預器等設備，影響主機的運行穩定性。因此需要對現有脫硝裝置進行改造和優化調整，使其能夠在機組寬負荷下達標運行。

　　2 寬負荷脫硝技術介紹

　　寬溫脫硝技術主要從煙氣側、水側和脫硝催化劑本身等三方面進行改造，達到脫硝反應溫度窗口。

　　2.1 省煤器設置煙氣旁路

　　在省煤器入口煙道處設置旁路煙道，直接將高溫煙氣通入SCR 反應器入口煙道，與省煤器出口冷煙氣混合后進入SCR反應器進行脫硝反應，通過調節煙氣旁路上的煙氣擋板控制煙氣溫度（見圖1）。該技術目前應用比較廣泛，系統簡單、改造難度低、投資成本較低。但在負荷變化的過程中，旁路中的煙氣量也隨之變化，造成反應器煙氣流場和溫度場的不均，而且很難及時通過優化試驗進行調整；煙氣擋板門出現問題后會對脫硝系統產生較大影響。

　　2.2 省煤器分級布置

　　將現有省煤器拆成高、低溫段，煙氣從省煤器高溫段出口進入SCR 反應器，再返回到低溫段（見圖2）。該技術不會對鍋爐效率產生影響的同時保證SCR的穩定運行。但該技術改造量大，投資成本高，改造空間較大，而且在滿負荷運行時，可能出現煙溫超過脫硝溫度窗口高限。

　　另一種省煤器分級布置形式是新增一臺滿足低負荷運行的省煤器與原省煤器并聯布置，滿負荷運行和低負荷運行時通過給水切換閥分別投運原省煤器和分級省煤器，實現脫硝寬負荷運行（見圖3）。該技術排煙溫度不會升高、對鍋爐煙風系統運行影響最小。但改造工程量大，投資成本高，占地空間大。

　　2.3 省煤器設置給水旁路

　　在鍋爐給水進入省煤器入口集箱處設置水旁路，低負荷運行時，通過鍋爐給水通過水旁路直接進入省煤器出口集箱，減少省煤器換熱量，實現提升煙溫的作用（見圖4）。該技術改造工程量小、系統簡單、投資低。但溫升幅度小，需要走旁路的水量大，省煤器出口水欠焓降低，可能發生汽化，省煤器換熱量的減少會降低鍋爐效率。

　　2.4 省煤器熱水再循環

　　在省煤器出口集箱設置回流系統，將省煤器出口部分高溫熱水通過回流閥（亞臨界鍋爐通過循環泵）回流至省煤器入口與給水混合，加大省煤器給水量，提高入口水溫，減少省煤器換熱量，從而提高煙氣溫度（見圖5）。該技術改造該技術改造工程量小、系統簡單、投資低。但省煤器換熱量的減少會降低鍋爐效率。

　　2.5 寬溫催化劑

　　通過改變脫硝催化劑的組分和生產工藝等，改善脫硝催化劑的溫度窗口，可擴大到250～400 ℃，滿足大部分機組的變負荷運行時脫硝系統的穩定性。該技術無需進行省煤器等改造，對鍋爐效率沒有影響，目前該技術處在示范工程階段，有待進一步推廣。

　　3 結語

　　除上述幾種技術外，還有前置加熱器、省煤器中間集箱、中溫省煤器技術等，大多是從提高省煤器入口煙溫或提高省煤器入口給水溫度提高現SCR 反應器入口溫度的。機組改造過程中因根據鍋爐運行參數、改造空間等綜合設計，同時需要進行改造后SCR反應器煙氣流場重新校核、噴氨優化調整等工作，以實現寬負荷脫硝系統的穩定高效。