电站燃煤锅炉全负荷低NOx排放控制技术探讨

　　SCR反应效率与烟温的关系曲线下图为典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图：典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图在我国，绝大多数燃煤机组参与电网调度，因此在实际运行过程中，尤其是非用电高峰时，机组常常不能满负荷运行，甚至运行于50以下的负荷区间。虽然机组在满负荷运行时省煤器出口温度大于350°C，但在中、低负荷下的SCR反应器入口烟温经常会低于SCR催化剂的佳反应温度窗口，此时氨气将与烟气中的三氧化硫反应生成铵盐，造成催化剂堵塞和磨损，降低催化剂的活性，使SCR脱硝系统无法正常运转，难以满足全负荷下低NOx排放的要求。

　　针对锅炉低负荷运行时SCR入口烟温过低而导致SCR脱硝系统无法投运，国内多家环保工程公司及发电单位致力于开发适用于电站燃煤锅炉全负荷运行的低NOx排放控制技术，主要分为SCR入口烟温优化调整和开发高效宽温度窗口SCR脱硝催化剂。

　　如所示，本方案中省煤器给水入口处分为主流水量和旁路水量，主流水量进入省煤器中吸热升温，旁路水量则绕过省煤器，终两者在省煤器出口混合。SCR反应器入口烟温是通过调整旁路水量和主流水量的比例来调节的。

　　经计算表明，由于水侧换热系数远大于烟气侧换热系数（约83倍），经过给水旁路的调节，SCR反应器入口烟温有一定提升，但烟温提升幅度较小。随着旁路水流量的增加，进入省煤器的主流水量减少，省煤器出口水温升高，严重时会在省煤器出口产生汽化现象，使省煤器无法正常运行甚至烧坏。尽管省煤器出口水温变化很大，但是总的省煤器出口混合水温降低不多，对锅炉主要参数的影响不大。排烟温度则随着SCR反应器入口烟温的提高而不断提高，排烟损失增加，影响锅炉效率。

　　省煤器外部烟道旁路示意图增加省煤器旁路将引起如下问题：1、旁路运行时降低锅炉效率，增加煤耗及热损失。2、增加旁路烟道及挡板，增加脱硝系统投资和运行维护费用，旁路挡板可能积灰阻塞，影响系统运行。3、省煤器142旁路将造成进入SCR系统烟气流场紊乱，降低总的脱硝效率。4、该旁路需在锅炉包覆开孔，对锅炉烟温和烟气量都提出新要求，对锅炉性能及热平衡均有一定影响。

　　提高锅炉给水温度技术主要是通过各种手段来提高进入省煤器的锅炉给水温度，从而减少给水在省煤器的吸热，提高省煤器出口即SCR脱硝反应器入口烟气温度。

　　的改造为例说明此方案提高SCR入口烟温的原理及应用。

　　GRS系统改造方案从省煤器水侧入手，通过低负荷时在给水中加入炉水，提高省煤器入口的水温，减少省煤器的吸热，从而提升SCR反应器入口烟气温度，以满足脱硝SCR反应器入口烟温的要求。

　　该烟气升温系统结构见所示：该系统利用原锅炉炉水循环泵，在循环泵出口分成两路，一路通过电动调节阀与下水包连接；一路通过电动调节阀与省煤器的给水入口并联，这部分炉水和给水的混合提高了省煤器入口给水的温度，降低温差减少烟气放热量提高省煤器出口烟温，从而满足SCR脱硝的适用温度。

　　该烟气升温系统适用于亚临界和超高压的汽包锅炉。

　　GRS改造方案原理图开发适用于更低温度的脱硝催化剂是目前SCR脱硝的一个重要课题，目前国内部分高校及环保科研院所均在进行宽温度窗口SCR脱硝催化剂的研发。中国矿业大学的郭凤；中国科学院过程工程研究所的科研团队的宽工作温度烟气脱硝催化剂项目得到了国家“863”计划重点项目的支持；国电集团正在进行降低催化剂起活温度和催化剂活性温度窗口范围延展等方面的研究。

　　然而目前国内对宽温度窗口SCR催化剂的研究工作还停留在实验室小试阶段，尚没有进行大规模的商业应用，或者反应间过长，或者成本太高，无法满足当前电站燃煤锅炉进行烟气脱硝的迫切需求。

　　随着国家环保形势的日益严峻，新颁布的火电厂大气污染物排放标准对NOx的排放浓度提出了更高的要求，国内新建机组均采用了低NOx排放控制技术，大部分现有机组也相应进行了低氮燃烧改造和加装SCR脱硝装置。针对SCR脱硝的机组在低负荷情况下无法投运的问题，国内已有的解决办法有增加省煤器旁路烟道、提高锅炉给水温度以及研发宽温度窗口SCR催化剂。以上技术虽然能一定程度地解决目前低负荷SCR脱硝系统无法正常运转的问题，但省煤器旁路运行时会降低锅炉效率，增加煤耗及热损失，牺牲一定的经济性；而宽温度窗口催化剂的研究尚在实验室小试阶段，无法满足当前电站燃煤锅炉进行烟气脱硝的迫切需求。在保证锅炉效率的前提下，实现机组全负荷下的低NOx排放，是一项重要课题。

　　我国对NOx的控制研究起步较晚，对各种低NOx排放控制技术使用时间不长，火电厂应能根据自身实际状况，制定可行的全负荷低NOx控制方案。对此，笔者提出以下建议：综合考虑电力企业的承受能力，结合实际，对不同锅炉所处位置区别对待，对新老机组区别对待，重点突出，以有限投入获得佳环保效益。

　　通过锅炉受热面布置的优化设计，主要是理论计算与分析不同负荷下低NOx燃烧炉内烟温特性与锅炉受热面换热特性间的耦合关系，完成适合全负荷低NOx排放的锅炉整体布置方案设计，确保在全负荷工况下满足锅炉主、再热气温的匹配以及SCR入口烟温的需求。确保锅炉全负荷运行工况下满足合适的SCR烟温。

　　以现有低氮空气燃烧系统为基础，有针对性地开展全负荷低氮燃烧优化工作。通过调整一、二次风、燃尽风风量及燃烧器喷嘴摆动，优化不同条件下炉内化学当量比分布，在降低NOx排放浓度的同时进一步提升低负荷条件下炉膛出口烟温，为SCR设备运行提供合适的工作条件。

　　研究燃料量、一次风量、二次风量等参数和运行方式改变对锅炉出口NOx含量及锅炉效率的影响，实现锅炉在频繁变负荷下的低氮燃烧和SCR脱硝协调控制，在满足污染物控制排放要求的前提下，实现喷氨量和锅炉效率的优化控制。