摘要：目前火力發電廠均安裝有煙氣脫硝系統，煙氣脫硝中的催化劑活性反應溫度區間一般為320—420℃，而實際運行期間，機組負荷在50%BMCR工況及以下，脫硝入口實際煙氣溫度小于300℃，無法滿足脫硝運行要求而被迫退出，導致機組在50%負荷及以下時NOx排放超標。為滿足脫硝煙氣系統全負荷達標排放，本文提出了幾種不同的提高脫硝入口煙氣溫度改造方案，通過對不同的方案優缺點進行對比，最終確定了脫硝高溫煙氣旁路改造方案，達到了預期的效果，實現了脫硝系統全負荷投運，值得同類型火電機組推廣及應用。

【關鍵詞】：火力電發廠煙氣脫硝全負荷溫度研究

0引言

為應對并滿足國家環保對火電廠NOx等大氣污染物的排放標準，目前，國內大部分火電廠基本都安裝了SCR煙氣脫硝裝置。而煙氣脫硝中的重要部件脫硝催化劑活性反應溫度區間一般為320—420℃，機組負荷在50%以上時，脫硝入口煙溫基本可以滿足運行要求，但機組在啟動并網初期或50%負荷以下調峰期間，由于煙溫低而被迫退出脫硝設施運行，造成NOx超標排放。且當SCR入口煙溫低于正常反應溫度時，催化劑的反應效率大大降低，進而導致噴氨量增加，氨逃逸率升高，甚至造成催化劑中毒。逃逸的NH3與SO3、H2O反應生成NH3HSO4和少量(NH4)2SO4，其中NH3HSO4具有較強的粘結性，附著在催化劑表面會堵塞催化劑通道或微孔，附著在空預器表面長時間堆積容易造成空預器堵塞，催化劑及空預器堵塞可能會影響機組的帶負荷能力，嚴重時威脅機組的安全穩定運行。

因此，為滿足脫硝機組NOx全負荷達標排放，使脫硝SCR系統全負荷投入運行，需要提高脫硝入口煙氣溫度在催化劑的活性范圍內。本文提供了幾個提高脫硝入口煙溫的方案并進行了比較，最終確定了最優的提高脫硝入口煙溫的方案。

1.SCR入口煙溫優化改造方案比較

當前，國內對于提高SCR入口煙溫的設計提出了多種方案，部分已得到實施，綜合相關資料，對應的煙溫優化改造方案主要有省煤器給水旁路方案、省煤器煙氣旁路方案、高溫煙氣旁路方案和省煤器分級改造方案等。

圖1顯示了省煤器給水旁路方案、省煤器煙氣旁路方案和高溫煙氣旁路方案的設計原理。其中，給水旁路方案是在省煤器進口集箱前直接將部分給水引至下降管，在低負荷時通過調節閥調節旁路給水流量，通過減少省煤器的主流水量和吸熱量達到提高SCR入口煙溫的目的。根據熱力計算，在50%負荷工況下，某300MW鍋爐給水旁路分配至90%時SCR入口煙溫僅提高18.1℃，北侖電廠#2爐600MW機組的熱力計算則顯示要使SCR入口煙溫提升至310℃以上需要分配50%以上的給水量，過高的旁路份額將導致省煤器超溫，嚴重時省煤器出口會發生汽化現象。使得該方案不具備實際的煙溫調節能力，從而不能實現脫硝SCR系統全負荷投入運行的要求。

省煤器煙氣旁路可分為內部旁路和外部旁路方案，內部旁路是在省煤器所在煙道區域減少相應的省煤器面積，設置內部旁路煙道。外部旁路方案則是在省煤器入口與省煤器出口煙道區域外部設置旁路煙道。內部旁路方案由于省煤器面積減少，和給水旁路方案同樣遇到調節范圍受限的問題，不能實現脫硝全負荷投運的要求，且高負荷時不可避免地導致排煙溫度抬升影響鍋爐效率。而外部旁路方案則由于省煤器入口空間狹小，而旁路煙氣量較大，增加了工程實施難度。

高溫煙氣旁路方案在水平低過入口到省煤器后煙道的外部設置旁路煙道，通過調節旁路煙氣擋板的開度來控制水平低過入口經外部旁路煙道進入省煤器出口的部分煙氣與省煤器出口煙氣的混合比例，進而實現脫硝SCR反應器入口煙溫調節。由于低過前的煙溫較高，使得該方案較省煤器煙氣旁路方案減少了旁路煙氣份額，且相應的煙溫調節范圍更大，水平低過入口側也有足夠的空間設置旁路接口。綜合來看，該方案具有系統簡單，施工難度小、工程造價低及便于運行調節等優點。

省煤器分級改造方案是將省煤器的部分受熱面移至脫硝反應器后，將脫硝裝置的煙氣抽取點由原來的省煤器出口改為省煤器管組間抽取。由上海鍋爐廠設計的方案對北侖#2機組實施了改造，如圖2所示。該方案有效避免了旁路煙氣內漏的問題，但系統較煙氣旁路更為復雜，增加了設備維護難度，提高了施工難度和工程造價，對鍋爐效率有一定的影響，而且改造對SCR區煙道所需空間有一定要求，在推廣上存在一定局限性。

綜上所述，采用“高溫煙氣旁路”方案充分考慮了火電機組現有設備運行情況（已加裝低溫省煤器），通過引入低過入口側高溫煙氣有效提高SCR入口煙溫，提高脫硝裝置投入效率，降低氨逃逸率，減輕催化劑及空預器堵塞現象，同時利用低低溫省煤器有效減輕煙溫抬升后對排煙溫度和機組煤耗的不利影響。后期主要需關注煙氣旁路對鍋爐負荷調節偏差、響應延遲以及排煙溫度提升的影響，同時注意高負荷時旁路煙氣擋板門內漏的預防和監視。下邊就大唐三門峽發電有限責任公司#3機組脫硝“高溫煙氣旁路”改造設計、施工、達到的效果及注意事項作以詳細的介紹。

2.脫硝高溫煙氣旁路改造方案分析

大唐三門峽發電有限責任公司二期工程2×600MW機組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限公司利用英巴技術制造生產，鍋爐型號為HG1900-25.4-YM4，全露天布置，鋼架結構，鍋爐π型布置，燃燒器布置方式為前后墻對沖燃燒，低NOX旋流煤粉燃燒器，尾部豎井為雙煙道布置，前、后煙道內分別布置低溫再熱器和低溫過熱器，下部均布置有省煤器組，兩臺機組2006年投入商業運行。

為滿足脫硝SCR系統全負荷工況正常投運的要求，根據哈鍋設計方案和同類型鍋爐的改造實踐，從水平低溫過熱器入口處抽取高溫煙氣經外部旁路煙道與省煤器出口煙氣的混合，在外部旁路煙道設置煙氣調節和關斷擋板門各一臺，調節SCR反應器入口煙溫，滿足脫硝入口煙氣溫度在320—420℃的范圍內。

圖3為#3機組高溫煙氣旁路改造施工圖，煙氣旁路沿尾部豎直方向對稱布置，第二道煙道擋板門口后旁路煙道截面尺寸發生變化，呈喇叭口插入省煤器后煙道，在旁路煙道入口水平衍生段和出口設有膨脹節，圖4為根據該方案構建的改造后尾部煙道三維模型。抽氣口處包覆受熱面割管后移位，在增加通流面積的同時可有效防止管壁磨損，另在管壁外圍加裝防磨瓦，如圖5和圖6所示。表1顯示了旁路煙道的主要設計參數。

高溫煙氣旁路改造需要制定完善的項目管理組織機構、施工三級網絡圖及工程質量驗收標準等。本工程施工至少需要投入約44人，項目總工期40天，工程造價約450萬元/臺爐。

3、達到的效果及注意事項

3.1達到的效果

大唐三門峽發電有限責任公司#3機組脫硝SCR系統經過高溫煙氣旁路改造后，在最近一次機組啟動中，脫硝SCR系統再主機沖轉前1小時內投入脫硝系統（溫度達到300℃，其它溫度參數見表2），比以往提前3小時，為后續機組暖機、電氣調整試驗爭取了寶貴的時間，真正意義上實現了脫硝系統全負荷投運。通過對比，該改造項目比同類型機組改造費用降低300余萬元/臺爐。兄弟單位如大唐國際風陵渡電廠、寧德發電廠、大唐信陽發電廠、陡河發電廠、林州電廠等相繼到公司進行調研學習。

3.2注意事項

脫硝SCR高溫煙氣旁路改造實施投運后主要關注以下幾個方面：

1）、通過觀測不同煙氣旁路開度對應的SCR入口煙溫，評價改造后的SCR區煙溫及氨逃逸情況，觀察空預器是否堵灰。

2）、通過觀測不同煙氣旁路開度對應的排煙溫度，評價煙氣旁路對鍋爐效率的影響。

3）、低負荷運行期間，觀測煙氣旁路對鍋爐負荷調整、過熱和再熱側煙溫偏差的影響。

4）、通過鍋爐熱力性能試驗測量尾部煙道各段煙溫及流速變化情況，尤其需要關注SCR入口前流場的均勻性。

5）、觀察SCR區的噴氨均勻性，在旁路煙氣有效提高SCR區煙氣煙溫和流速后，考慮是否需要做進一步的噴氨調整。

6）、機組運行期間注意觀察旁路煙氣擋板是否存在內漏及卡澀的現象。

7）、機組停機期間注意觀察鍋爐尾部煙道抽煙口爐管的磨損問題，防止磨損造成鍋爐“四管”泄漏的風險。

4、結論

本文主要針對火電機組脫硝SCR系統全負荷投運策略進行了對比，明確了制約機組脫硝全負荷投運的主要因素為脫硝入口煙氣溫度，討論了幾種不同的提高脫硝入口煙溫改造方案，并最終確定了最優的脫硝高溫煙氣旁路改造方案。大唐三門峽發電有限責任公司對#3機組實施了脫硝高溫煙氣旁路改造，在機組并網前即投運了脫硝系統，實現了脫硝系統全負荷投運，較好的滿足國家環保對火電廠NOx等大氣污染物的排放標準，達到了較好的效果，同時該改造工程具有工期短、造價低、質量優、效果好等優點，事實證明該改造工程是成功的，創國內先進水平，是值得同類型火電機組推廣及應用的。