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机组低负荷SCR脱硝效率浅谈及对策

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：董文强

[导读] 摘要：氮氧化物造成的大气污染日益严重，目前燃煤电厂普遍采用SCR技术进行脱硝。

        （大唐呼图壁能源开发有限公司新疆昌吉呼图壁 831200）
        摘要：氮氧化物造成的大气污染日益严重，目前燃煤电厂普遍采用SCR技术进行脱硝。文章着重介绍了SCR 烟气脱硝效率的影响因素，其主要影响因素为：催化剂、反应温度、空间速度、反应时实际摩尔比、反应物混合程度等。。而选择性催化还原（SCR）技术由于技术的成熟和较高的脱硝效率，己成为国际上电厂烟气脱硝的主流技术，SCR 技术在我国己逐步开始大规模的推广应用。
        关键词：大气污染；SCR 催化剂；烟气温度；空速；反应物摩尔比；混合程度；氦逃逸率
        目前在燃煤电站烟尘及硫氧化物排放的控制方面，通过静电除尘和湿法脱硫等技术得到了有效的解决，随着新的国家火电厂污染物排放标准的颁布，火电厂烟气脱硝装置在未来一段时间内将会大幅度增长。而选择性催化还原（SCR）技术由于技术的成熟和较高的脱硝效率，己成为国际上电厂烟气脱硝的主流技术，SCR 技术在我国己逐步开始大规模的推广应用。
        1.影响脱硝效率的主要因素分析
        1.1烟气温度对催化剂反应性能的影响
        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，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%；烟温大于400℃时；随着烟温的升高脱硝效率反而降低。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。
        1.2空速（SV）对催化剂性能的影响
        烟气在SCR反应塔中的空塔速度是SCR 的一个关键设计参数，它是烟气体积流量（标准状态下的湿烟气））与SCR反应塔中催化剂体积比值，反映了烟气在SCR 反应塔内的停留时间的大小。烟气的空塔速度越大，其停留时间越短。一般SCR 的脱硝效率将随烟气空塔速度的增大而降低。空塔速度通常是根据SCR反应塔的布置、脱硝效率、烟气温度、允许的氨逃逸量以及粉尘浓度来确定的。
        1.3催化剂的选择对SCR工艺的影响
        SCR系统中的重要组成部分是催化剂，催化剂的选择不仅仅是针对反应温度的不同来选择，并且要考虑SCR装置的压降、布置的合理性等因素。当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂是外形如起伏的波纹，从而形成小孔。当前各种催化剂活性成分大部分为WO3和V2O5。
        2.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。
        2.1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。
        2.2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。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。

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设备、基础结构投资为2000万～3000万元。
        2.3省煤器设置旁路烟道
        加装锅炉省煤器旁路烟道。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。
        2.4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。
        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。
        2.5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。
        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。
        2.6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。
        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。
        3.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。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。
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