机组低负荷SCR脱硝效率影响分析及对策_靖长财

第3期 1前言 上世纪70年代日本建立了第一个SCR脱硝示范 工程 紧接着在80 90年代 欧美发达国家也将此技 术投入了工业应用 脱硝效率就已经达到了85 以 上 随着国家大气环境标准要求提高 燃煤发电厂在 采用低氮燃烧技术基础上 锅炉尾部在省煤器与空预 器之间安装SCR脱硝装置 来进一步控制氮氧化物排 放 针对机组参与电网调峰 例如 某600MW机组锅 炉实际运行省煤器吸热量较强 夏季660MW负荷 满 足SCR催化剂允许温度400 而冬季400MW负荷 省煤器出口烟温为296 不满足SCR催化剂允许温 度300 的下限要求 为此 针对机组低负荷排烟温度 低 对脱硝效率影响进行了分析 对6种方法进行了 技术分析 提出了推荐方案的次序 供有关制造 设 计 运行单位参考 2烟气温度对机组脱硝效率影响分析 影响脱销效率的因素有 烟气温度 烟气成分 烟 气量 氨氮混合比 氨与烟气混合效果等 在保持供氨 量及烟气量不变的工况下 脱硝效率随着SCR进口 NOX浓度的增加而降低 不同的催化剂的结构类型 对相同工况下的脱硝效率有着重要的影响因素 催化 剂体积与其处理烟气量的能力有着直接关系 烟气量 超过设计值会导致脱硝效率明显下降 烟气成分烟气 中的飞灰造成催化剂机械磨损 烟气中的CaO 碱金 属及As2O3造成催化剂中毒 脱硝效率随着烟气停留时 间的增加而增加 氨氮摩尔比在0 6 1 0之间时 脱硝 效率随着氨氮摩尔比的增加而明显增加 氨氮摩尔比 大于1 0时 脱硝效率趋于平衡 氨气在烟道中与烟气 的混合效果 是选择性催化反应顺利进行的先决条件 如果氨气与烟气未能充分混合 要达到设计的脱硝效 率 会导致催化剂的用量及氨的逃逸率增加 1 其中 烟气温度是影响NOx脱除效率的重要因素 之一 采用V2O5 TiO2作催化剂时 烟气温度对脱硝效 率有较大的影响 图1为催化剂厂家提供的烟气温度 与脱硝效率的关系曲线 在370 430 内 随着烟 气温度的升高 催化剂的反应活性增加 脱硝效率逐 渐增加 400 时 脱硝效率达到最大值80 烟温大 机组低负荷SCR脱硝效率影响分析及对策 靖长财 神华国华 北京 电力研究院有限公司 北京 100025 摘要 燃煤发电厂在采用低氮燃烧技术基础上 锅炉尾部在省煤器与空预器之间安装SCR脱硝 装置 来进一步降低氮氧化物排放 针对影响SCR脱硝效率的烟气温度 氧气浓度 喷氨量 氨逃逸量 等因素进行分析 尤其是机组参与电网调峰 低负荷排烟温度低对脱硝效率影响进行了重点分析 提 出了控制机组出力系数 设置省煤器旁路烟道 省煤器分两段设置 热水再循环 提高给水温度 省煤 器流量置换旁路等6种技术措施 供有关制造 设计 运行单位参考 关键词 机组低负荷给水温度SCR脱硝效率 中图分类号 TM31文献标识码 B文章编号 1674 8492 2015 03 044 04 作者简介 靖长财 1962 男 高级工程师 现任职于神华国华 北京 电力研究院有限公司 主要从事发电技术管理 TelE mail jingc c 第13卷 第3期 VOL 13NO 3 2015年5月 May 2015 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 340350360370380390400410420430440 脱硝效率 温度 图1脱硝效率与烟气温度的关系曲线 第3期 于400 时 随着烟温的升高脱硝效率反而降低 1 同 时一方面 当烟气温度过低时 不仅会因催化剂的活 性降低而降低NOx的脱除效率 而且喷入的NH3还会 与烟气中的SOx反应 生成 NH3 2S04附着在催化剂 的表面 另一方面 当烟气温度过高时 NH3会与02发 生反应 导致烟气中的NOx增加 因此 在锅炉设计和 运行时 选择和控制好烟温尤为重要 根据氨逃逸率 及硫酸氢氨生成浓度的不同 一般在150 230 及 以下温度 就可能在空预器相应低温区域发生结露 其腐蚀性极强 且温度越低时的结露的趋势越严重 与此同时 呈碱性的烟灰会迅速粘附其上 吸收酸露 并生成水泥状附着物 很难清除 为防止腐蚀 空预器 的中 低温区域采用了搪瓷换热片 以及温度低堵塞 催化剂 而催化剂寿命有限 需定期更换 费用高 工 作量大 废旧催化剂的后处理困难 2 3提高机组脱硝效率技术措施分析 根据技术资料分析和实际现场情况 目前保持脱 硝效率 控制烟气温度的主要技术措施有 控制机组 出力系数 设置省煤器旁路烟道 省煤器分两段设置 热水再循环 提高给水温度 省煤器流量置换旁路等 3 1提高机组出力系数 机组装有SCR装置的大型火电机组维持在较高 负荷运行 以保持脱硝反应温度一般在310 420 进行 这是即经济又简单的最佳方法 3 2省煤器分段设置 将锅炉的省煤器设计成两部分 其低温部分置于 SCR出口侧 将SCR布置于烟气温度较高的区域 从 而解决低负荷烟温过低无法运行的问题 见图2 新 建机组建议采用此方法 技术改造要考虑空间位置和 载荷 需要准确计算防止SCR入口烟气温度超过催化 剂受用温度 这种方法烟气温度调节幅度 20 50 对机组经济性无影响 运行维护简单方便 设 备 基础结构投资为2000万 3000万元 省煤器 SCR 空预器 二级省煤器 SCR 一级省煤器 空预器 图2左侧常规省煤器布置 右侧分级省煤器布置 3 3省煤器设置旁路烟道 加装锅炉省煤器旁路烟道 见图3 在省煤器前直 接引一部分烟气至SCR装置 提高低负荷下的SCR 入口烟气温度 以维持其运行 这种方法的代价是投 入使用时 影响锅炉效率 烟气温度调节幅度20 40 且对烟气挡板可靠性要求很高 设备和基础结 构投资1300万 1700万元 烟道 省煤器 烟气流向 烟气旁路挡板 图3省煤器烟气旁路系统 3 4热水再循环系统 热水再循环系统取自下降管 经过泵到省煤器入 口 设置的目的是为了提高低负荷工况下安装在省煤 器后的SCR装置的入口烟温 使SCR在低负荷工况 下 仍处于正常运行的温度区间 提高SCR投入率 并 提高低负荷工况下的脱硝率 见图4 汽包 省煤器 水冷壁 给水泵 炉水循环泵 水再循环泵 图4给水再循环系统 这种方法的特点 再循环系统中需要加一台炉水 再循环泵 另外还需要加若干阀门 能提供较大的烟 温调节范围 在低负荷工况下能改变烟温 16 40 一般不用于高负荷 对锅炉效率影响较小 在低 负荷工况下 比较容易控制SCR入口烟温 可用于亚 临界锅炉 用于亚临界锅炉其效果更明显 见图5 设 靖长财 机组低负荷SCR脱硝效率影响分析及对策 图5经再循环系统调节后省煤器出口烟温变化效果 排烟温度 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 2030405060708090100110 负荷率 温度上限 温度下限 改造后 改造前 45 第3期 备和基础结构投资1000万 1200万元 对于亚临界 锅炉 所有负荷工况下省煤器的出口给水温度 必须 低于饱和温度 并且对锅炉水动力安全性的影响 需 要分析计算 3 5省煤器流量置换 省煤器流量置换系统是增加省煤器给水旁路和 省煤器热水再循环系统 以进一步减少省煤器的吸热 量 从而提高脱硝装置入口烟温 当负荷较高时 可先 利用给水旁路系统进行烟温调节 当负荷进一步下 降 给水旁路无法满足要求的情况下 开启省煤器热 水再循环系统 进一步提高省煤器出口烟温 调节范 围较大 见图6 这种方法烟气温度调节幅度20 50 需要热 力计算 确定不同负荷下的流量置换旁路水量 且对 阀门和再循环泵可靠性要求高 设备和基础结构投资 1300万 1700万元 旁路门 省煤器 热水循环泵 图6省煤器流量置换示意图 3 6提高机组低负荷给水温度 机组低负荷下省煤器入口水温的提高 使其出口 烟温相应上升 可确保SCR在全负荷范围内处于催化 剂的高效区运行 例如 2011年某发电厂脱硝系统全年投入率达 98 54 真正实现了全天侯脱硝 主要是增加一级高 加 省煤器入口水温的提高 使省煤器出口即水冷壁 入口水温亦相应提高 减少了水冷壁入口欠焓 显著 提高了低负荷工况下的水动力特性 大大提高了水冷 壁的运行安全性 省煤器出口烟温的上升 通过空气 预热器 相应提高了一次风和二次风的热风温度 即 提高了制粉系统的干燥出力 又改善了低负荷下锅炉 的燃烧效率和稳燃性能 这种方法烟气温度调节幅度 20 50 提高机组低负荷给水温度的方法很多 较为常 见的方法有增加一级高加 选择一个汽轮机合适的 抽汽点 并相应增加一个抽汽可调式的给水加热 器 在负荷降低时 通过调节门可控制该加热器的 入口压力基本不变 从而能维持给水温度基本不 变 见图7 给水温度 290 237 40 100 P 机组负荷 补充加热 t 图7机组回热抽汽补充加热给水 上海西门子机型汽轮机的补汽阀至第五级后返 抽汽 作为新增设高加汽源 来增设一级高加方法 机 组低负荷下汽轮机抽汽量的增加 提高了热力系统的 循环效率 根据参考资料 3 介绍 根据SIEMENS计算 在50 负荷工况下 可降低汽轮机热耗57kJ kW 相 当于降低煤耗2 18g kWh 3 6 1高压蒸汽引入最末级高加 给水温度提高的方法是对最后一级 1 高加随 着机组负荷下降 引入高压缸五级后高压汽源 见 图8 自动控制高加内压力方法 来保持给水温度稳 定 但是对于引入蒸汽阀门严密性和切换可靠性要 求很高 设备和基础结构投资估算 1200 万 1700 万元 主蒸汽 高压缸 调节阀 去锅炉 附加给水 加热器 末级给水 加热器 图8回热抽汽补充加热锅炉给水 增加一个高加 百万机组负荷 100 降低 50 给水温度下降 34 空预器入口烟气温度下降31 空预器出口烟 气温度下降16 50 负荷时 利用五级后抽汽加热 最末级高加 给水温度提高到约290 3 6 2增设一级高加的方法 机组在末级高加后增设一级高加 加热蒸汽采用 高压缸五级抽气后抽汽 见图9 在50 负荷时 利用 五级后抽汽加热最末级高加给水温度提高到290 时 估算需要五级抽汽流量108t h蒸汽 设备和基础 结构投资估算3500万 4200万元 46 第3期 主蒸汽 高压缸 去锅炉 末级给水加热器 图9回热抽汽补充加热锅炉给水 引入末级高加 4结束语 针对机组40 额定负荷时 锅炉烟气温度下降影 响机组脱硝效率的进行了分析 且对6种提高烟气温 度方法进行了比较分析 对于新建机组 设计对锅炉尾部省煤器受热面进 行热力计算 机组40 100 额定负荷调峰时 SCR 入口烟气温度在催化剂上下限允许范围内 而从机组 中低负荷提升经济性考虑 推荐认为选择汽轮机采用 低负荷提高给水温度的方法 即增设一级高加的方法 对于在役机组从机组节能和运行维护方面 推荐 认为选择的程序是 首先锅炉分级省煤器 上海西门 子机型汽轮机采用低负荷提高给水温度的方法 采用 省煤器流量置换旁路技术方案 无论采用哪种方式 都要经过原锅炉制造厂核算 进行安全校核 参考文献 1 张卫宝 王广慧 影响选择性催化还原 SCR 法脱硝效率的因素 分析 J 中国高新技术企业 2013 30 2 赵晓军 孙记 锦州热电SCR脱硝效率影响因素的试验研究 辽宁 大唐国际锦州热电有限责任公司 3 钱磊 上海外高桥第三发电厂超超临界机组节能环保技术 超超临 界机组2012年年会 2012 10 Analysis and Countermeasures of Underload SCR Denitration Efficiency Impact of Unit JING CHang cai Shenhua Guohua Beijing Electric Power Research Institute Co Ltd Beijing 100025 Abstract Coal fired power plant on the basis of adopting low nitrogen combustion technology installs SCR denitration device between the economizer and air pre heater inthe boiler tail to reduce nitrogen oxide emissions further Analyzing the influence factors on the SCR denitration efficiency which includes flue gas temperature oxygen concentration ammonia injection and ammonia escape quantity Especially the unit partici pates in power grid peak shaving low underload exhaust smoke temperature that affect denitration efficiency are selective analyzed and put forward the control coefficient of the output of generating of unit and set the economizer bypass gas duct two pieces of economizer hot water recirculation improve the fe