SCR系统在机组低负荷条件下运行对策研究

如何实现全天候条件下燃煤电站烟气脱硝装置的安全、稳定和达标运行是氮氧化物控制领域的研究重要方向。详细分析了燃煤机组低负荷运行条件下对SCR烟气脱硝系统的影响，提出了低负荷条件下能够实现SCR脱硝装置全天候运行的应对策略。

截至2012年底为止，约90%的机组建设或进行了低氮燃烧改造，脱硝装机容量达2.3亿KW，约占煤电容量28.1%，其中SCR占99%以上[1]。随着新修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)实施[2]，对火电厂氮氧化物排放提出了更加严格的要求。

面对生态文明建设的国家需求，基于我国以煤为主的能源资源禀赋特点决定了我国以煤电为主的电源结构，电力行业氮氧化物控制形势面临前所未有的压力。特别是随着社会用电结构发生变化，燃煤火电机组出现大面积、长时间低负荷运行的情况，导致进入脱硝系统的烟温过低，进而大大影响了火电厂脱硝系统正常投运，给氮氧化物减排带来严重的不利影响。因此，研究脱硝系统在机组低负荷运行条件下的适用性是该领域研究的热点和难点之一。

1机组低负荷运行对脱硝系统影响分析

在机组运行过程中，锅炉负荷的变化会引起烟气量、温度、以及烟气组分的变化，从而改变催化剂所处的烟气环境。锅炉低负荷运行，造成烟气温度下降，对脱硝系统主要带来三个方面的问题[3]：

(1)烟气温度低于催化剂的反应温度时，氨分子与SO3和H2O发生化学反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，减少了与NOx的反应机率;而且生成物附着在催化剂表面，易引起积灰进而堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性和脱硝效率。

(2)SCR系统设置最低运行温度的目的是防止生成硫酸氢铵堵塞催化剂孔隙，降低催化剂活性，但同时也会带来机组低负荷时SCR系统入口烟温低于最低运行温度而不能启动运行的问题。

(3)若在低负荷时将脱硝装置进口的设计烟温提高到满足催化剂的要求，则在高负荷时进口烟温会更高，引起排放温度高，锅炉效率低，煤耗量大。

一般情况下都按在高负荷时满足较低的排烟温度来进行设计，这将致使电厂在低负荷只能将脱硝装置解列运行。这显然不能满足新的火电厂氮氧化物排放要求。

2应对策略

2.1研究开发低温SCR技术

低温SCR技术原理与传统的SCR烟气脱硝工艺基本相同，两者的最大区别是SCR脱硝装置布置在省煤器和空气预热器之间高温(300～450℃)、高尘(20～50g/m3)端，而低温SCR装置则布置在锅炉尾部除尘器后或引风机后、FGD前的低温(100～200℃)、低尘(<200mg/m3)端，可大大减小反应器的体积，改善催化剂运行环境，具有明显的技术经济优势，是具有与传统SCR竞争的技术，是现役机组的脱硝改造性价比更高的技术。

2.2省煤器优化改造

对省煤器优化改造，主要有以下两种方案：

(1)加装锅炉省煤器旁路烟道[4]。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，这种方法的代价是煤耗显著增加。但是《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法》(HJ562-2010)规定不得设置反应器旁路。

(2)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。由于偏离了催化剂的最佳反应温度范围，脱硝效率会有所下降。此外，该方法仅适用于新建机组。

2.3弹性回热技术

弹性回热技术即可调式抽汽补充加热锅炉给水，在高压缸处选择一个合适的抽汽点，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。

通过实施弹性回热技术，低负荷下省煤器入口水温得以提高，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，真正实现了全时段脱硝。同时，弹性回热技术能够实现节能的效果，该系统使低负荷下汽轮机抽汽量增加，提高了热力系统的循环效率。

德国西门子公司曾对弹性回热技术做过计算，在机组50%负荷工况下，可降低汽轮机热耗57kJ/(kW˙h)，相当于降低煤耗2.18g/(kW˙h)时。除此以外，该技术还能提高锅炉低负荷燃烧效率和稳燃性能，显著提高机组的调频能力和调频经济性，确保了机组调频运行的安全性[5-7]。

2.4满足SCR脱硝装置全负荷运行低排烟温度的锅炉设计改造

[8]为满足SCR脱硝装置全负荷运行，设计锅炉布置，包括SCR脱硝装置、SCR脱硝装置前的烟道空间中的前换热装置、SCR脱硝装置后的烟道空间中的后换热装置以及设有可调开度的挡板的旁路烟道。

高负荷时，关闭旁路烟道挡板，烟气通过前换热装置温度降低350℃左右后进入SCR脱硝装置，然后进入后换热装置，烟温进一步降低后，进入预热器，最终降低排烟温度;低负荷时，打开或调节旁路烟道挡板开度，烟气主要通过旁路烟道部分通过前换热装置温度维持在350℃左右后进入SCR脱硝装置，然后进入后换热装置，烟温进一步降低后，进入预热器，最终降低排烟温度。

在全负荷运行范围内，不仅满足氮氧化物排放要求，也保证了较高的锅炉效率，做到了高效低污染。

3结语

基于资源约束趋紧、环境污染严重、生态退化的严峻形势以及生态文明建设的国家需求，火电行业坚持“创新驱动”和“推广应用”并重的方针，构建绿色环保型“增量”脱硝装置的同时，又全面提高现役脱硝装置“存量”的环保技术水平，真正实现全天候条件下脱硝系统安全、稳定和达标运行，实现电力工业绿色发展、循环发展和低碳发展。