本文重點(diǎn)討論國(guó)內(nèi)近期火電行業(yè)脫硝改造的最新動(dòng)態(tài)，主要是在低負(fù)荷甚至是啟動(dòng)階段的脫硝裝置投運(yùn)的技術(shù)改造動(dòng)向。針對(duì)目前商用脫硝催化劑工作溫度的限制，改造方案主要圍繞如何提高SCR入口煙溫來(lái)討論和設(shè)計(jì)。

0 引言

2015年6月，國(guó)家環(huán)保部對(duì)福建若干長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行工況而無(wú)法投運(yùn)脫硝系統(tǒng)的發(fā)電廠(chǎng)的復(fù)函，復(fù)函中明確了火電機(jī)組要進(jìn)行低負(fù)荷工況下投運(yùn)脫硝改造，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行排放不超標(biāo)。對(duì)于低負(fù)荷脫硝改造，近兩年來(lái)已有一些電廠(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)的改造，甚至個(gè)別發(fā)電廠(chǎng)可通過(guò)技改實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火初期至并網(wǎng)前的全時(shí)段脫硝，眾多發(fā)電企業(yè)、電科院及環(huán)保廠(chǎng)商目前均對(duì)此項(xiàng)技術(shù)仍處在研究和觀(guān)望階段。投運(yùn)脫硝的最基本條件是煙溫要達(dá)到催化劑的最低工作溫度，即使是使用低溫催化劑，也需要一個(gè)提高煙氣溫度的過(guò)程，如果單從燃料點(diǎn)火加熱角度，無(wú)論如何是不可能實(shí)現(xiàn)的。目前大多數(shù)的改造方案也僅針對(duì)并網(wǎng)前后的低負(fù)荷段的投運(yùn)方式，如前不久，國(guó)投姚孟電廠(chǎng)宣布，他們通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，完成了并網(wǎng)前投運(yùn)脫硝的技術(shù)改造。


現(xiàn)在對(duì)于低負(fù)荷投脫硝，也就是煙溫低于催化劑工作溫度的時(shí)候投入，主要從兩大方向進(jìn)行改進(jìn)，第一是選用低溫催化劑，但由于目前低溫催化劑(可低至120℃工作溫度)尚處于研究階段，具體投入商用的時(shí)間不確定，所以對(duì)用戶(hù)和電科院來(lái)說(shuō)也不作為技術(shù)改造的研究重點(diǎn);第二就是提高脫硝系統(tǒng)入口溫度，這是目前研究的主流方向，目前在此領(lǐng)域的專(zhuān)家及機(jī)構(gòu)推薦的主流改造方案由以下幾種：

1 增加省煤器煙氣旁路

方案描述：在省煤器進(jìn)口位置的煙道上開(kāi)孔，抽一部分煙氣通過(guò)旁路至SCR接口處，設(shè)置煙氣擋板，增加部分鋼結(jié)構(gòu)，在低負(fù)荷時(shí)減少經(jīng)過(guò)省煤器用于給水加熱的煙氣，提高進(jìn)入SCR反應(yīng)區(qū)的煙氣溫度。

優(yōu)點(diǎn)：

投資成本較低，實(shí)施簡(jiǎn)單，增加設(shè)備少。

缺點(diǎn)：

提高了鍋爐排煙溫度，降低鍋爐熱效率(0.5%~1.5%) ;

旁路煙氣擋板門(mén)處容易發(fā)生積灰、卡澀，還可能導(dǎo)致煙氣內(nèi)漏，在關(guān)閉狀態(tài)也會(huì)影響鍋爐熱效率;

在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)內(nèi)漏煙氣可能會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)煙溫超過(guò)400℃，有可能因催化劑的燒結(jié)而導(dǎo)致活性降低。

如果機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在低負(fù)荷區(qū)間，該方法有一定優(yōu)勢(shì)。

2 增加省煤器工質(zhì)旁路

方案描述：給水旁路在低負(fù)荷時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)旁路給水流量，是省煤器進(jìn)水量減少來(lái)降低省煤器的吸熱，使省煤器出口煙溫提高。

優(yōu)點(diǎn)：

n 改造相對(duì)簡(jiǎn)單，煙溫調(diào)節(jié)區(qū)間要求不高(10℃以?xún)?nèi))時(shí)可適當(dāng)考慮。

缺點(diǎn)：

n 由于省煤器給水的換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于煙氣，所以給水旁路調(diào)節(jié)煙溫的效果不明顯;

n 由于進(jìn)入省煤器的給水量減少，會(huì)導(dǎo)致省煤器出口超溫;

n 省煤器給水旁路的存在降低了給水與煙氣的換熱效果，使得排煙溫度升高，降低了鍋爐熱效率(0.5%~1.5%)。

3 省煤器采取分組布置

方案描述：將原有省煤器靠煙氣下游部分受熱面拆除，在SCR反應(yīng)器后增設(shè)一定的省煤器受熱面。給水先通過(guò)位于SCR反應(yīng)器后面的省煤器，再引至位于SCR反應(yīng)器前面的省煤器。這樣通過(guò)減少煙氣在SCR之前的傳熱面實(shí)現(xiàn)提高煙溫的目的。

優(yōu)點(diǎn)：

n 鍋爐的總的熱量分配和排煙溫度與改造前相比基本保持不變，保證了鍋爐熱效率不受影響;

n SCR入口煙溫可提升范圍大。

缺點(diǎn)：

n 省煤器改造量大，投資成本相對(duì)較高;

n 改造后脫硝催化劑的運(yùn)行溫度整體提高，可能偏離催化劑的最佳反應(yīng)溫度，有催化劑燒結(jié)的風(fēng)險(xiǎn);

n 增設(shè)的SCR后省煤器需要一定空間安裝，場(chǎng)地要求更高。

4 低負(fù)荷時(shí)提高給水溫度

方案描述：低負(fù)荷時(shí)通過(guò)提高省煤器前給水的溫度以達(dá)到減少給水在省煤器處的吸熱量，從而減少煙氣在省煤器處的熱量損失，最終達(dá)到提高SCR反應(yīng)器中煙氣溫度的目的。提高給水溫度的措施主要有爐水給水混合提溫、增加低壓省煤器、彈性回?zé)峒夹g(shù)(可調(diào)式抽汽補(bǔ)充加熱鍋爐給水)。

(1)爐水給水混合提溫系統(tǒng)(GRS)

方案描述：利用爐水泵或是增加循環(huán)泵，將省煤器出口或汽包下降管的部分高溫?zé)崴腿胧∶浩鬟M(jìn)口混合，從而提高和控制省煤器入口水溫，減小省煤器傳熱溫差，間接提高省煤器出口煙溫。但此方案在增加省煤器旁路的方案基礎(chǔ)之上，增加了一套省煤器再循環(huán)系統(tǒng)，包括：再循環(huán)泵，壓力容器罐，調(diào)節(jié)閥，截止閥，止回閥，以及相應(yīng)的疏水系統(tǒng)。

(2)增加低壓省煤器

方案描述：在空預(yù)器后電除塵前增加低壓省煤器，利用煙氣余熱加熱給水，提高進(jìn)入省煤器的給水溫度，減少煙氣換熱，提高進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度。

優(yōu)點(diǎn)：

n 利用鍋爐煙氣余熱，降低了鍋爐整體排煙溫度，提升了鍋爐熱效率。

缺點(diǎn)：

n 低壓省煤器積灰、含塵煙氣沖刷、低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)比較大;

使用技術(shù)先進(jìn)的低壓省煤器可以提高鍋爐熱利用率，結(jié)合其他提升SCR入口煙溫的方法同時(shí)使用可以彌補(bǔ)其他方法增加排煙溫度的缺點(diǎn)。目前部分電廠(chǎng)已進(jìn)行了增加低溫省煤器的改造，如果進(jìn)一步稍加改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)低壓省煤器功能。

(3)彈性回?zé)峒夹g(shù)(可調(diào)式抽汽補(bǔ)充加熱鍋爐給水)


方案描述：在高壓缸處選擇一個(gè)合適的抽汽點(diǎn)，并相應(yīng)增加一個(gè)抽汽可調(diào)式的給水加熱器。在負(fù)荷降低時(shí)通過(guò)調(diào)門(mén)控制加熱器入口壓力，從而維持給水溫度基本不變。使得低負(fù)荷下省煤器入口水溫提高，出口煙溫相應(yīng)上升。 

優(yōu)點(diǎn)：

n 增加了低負(fù)荷下的抽汽量，提高了熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率;

n 提高了機(jī)組的調(diào)頻能力和調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性，確保了機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行的安全性;

n 減少了水冷壁前給水的欠焓，提升了鍋爐的水動(dòng)力安全性。

缺點(diǎn)：

n 減少了省煤器的傳熱溫差，提高了排煙溫度;

彈性回?zé)峒夹g(shù)具有很好的應(yīng)用案例(上海外高橋三廠(chǎng))，同時(shí)其結(jié)合鍋爐、汽機(jī)各系統(tǒng)的應(yīng)用難度也比較高。

以上幾條方案如果單獨(dú)使用都會(huì)對(duì)機(jī)組效率造成影響，通過(guò)對(duì)各種技術(shù)方案的分析和比較，再考慮各種方案的結(jié)合效果，專(zhuān)家給出了以下推薦方案：

n 方案1：彈性回?zé)峒夹g(shù)+低壓省煤器

n 方案2：煙氣旁路+給水低溫?fù)Q熱器

方案一分析：用彈性回?zé)峒夹g(shù)提高煙溫，也會(huì)提高排煙溫度，通過(guò)低壓省煤器增加了鍋爐熱效率，將排煙溫度又降下去，同時(shí)保證改造的性能的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

目前已實(shí)現(xiàn)的脫硝投入最短時(shí)間的，就只有上海外高橋三廠(chǎng)1000MW機(jī)組使用的彈性會(huì)熱技術(shù)提高鍋爐給水溫度，以此減小煙氣經(jīng)過(guò)省煤器的焓降，同時(shí)使用鄰機(jī)蒸汽加熱尾部受熱面、一次風(fēng)及二次風(fēng)，以提高點(diǎn)火前爐內(nèi)的空氣溫度，從多角度快速提高點(diǎn)火后的尾部煙溫，這種改造技術(shù)設(shè)計(jì)面廣，難度較大，但獲得機(jī)組效率最高。

方案二改造內(nèi)容：本方案是在省煤器煙氣旁路改造方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)，在SCR反應(yīng)器和空預(yù)器之間增加了少部分與低壓省煤器類(lèi)似的低溫?fù)Q熱器，通過(guò)管道和閥門(mén)將低溫?fù)Q熱器和原有的省煤器進(jìn)行了連接。

方案二運(yùn)行方式：

高負(fù)荷下煙氣旁路關(guān)閉，水路通過(guò)閥門(mén)控制使低溫?fù)Q熱器與省煤器串聯(lián)運(yùn)行。

低負(fù)荷下煙氣旁路開(kāi)啟，水路通過(guò)閥門(mén)控制低溫?fù)Q熱器與省煤器并聯(lián)運(yùn)行，分流水量可以調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)：

雖然從專(zhuān)業(yè)角度上看，點(diǎn)火即投脫硝在目前是很難實(shí)現(xiàn)的，但是既然已經(jīng)出現(xiàn)了這樣一個(gè)概念，而且很多研究單位和發(fā)電企業(yè)在這方面也已經(jīng)開(kāi)始研究甚至嘗試，相信用不了太久，類(lèi)似更嚴(yán)厲的減排規(guī)定會(huì)相繼出臺(tái)，所以，不論從社會(huì)效益還是企業(yè)自身效益的角度，爭(zhēng)取做出一個(gè)超前的方案，不管從公司利益還是從社會(huì)責(zé)任的角度出發(fā)，都應(yīng)該在這方面投入更多精力，深入調(diào)研，在環(huán)保事業(yè)上盡自己的一份力。