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目前,国内火力发电厂广泛采用SCR(选择性催化还原法)控制NOx的排放。不同的催化剂适宜的反应温度不同,而且脱硝装置的进口烟气温度随锅炉负荷变化而变化。当锅炉负荷降到机组负荷50%~60%时,反应器放口温度较低,一方面催化剂活性会比较低,另外一方面,还原剂氨与烟气中的SO3反应生成硫酸氢氨会沉积在催化剂上,进一步降低催化剂的活性,甚至造成催化剂不可逆的活性降低。目前,国内外SCR系统大多采用高温催化剂,反应温度区间为320℃~420℃,因此有必要对现有的部分SCR入口烟温不满足条件的脱硝装置进行改进,使其能够对进入脱硝反应器的烟气进行温度控制,使烟气进入温度保持在催化剂的反应温度区间内,保证锅炉在全负荷区间内实现氮氧化物的达标排放,同时提高脱硝催化剂的使用寿命。
1、火电机组低负荷时SCR入口烟温情况调研
通过现场调研、调查问卷的方式,主要对中电投集团内典型火电厂(机组装机包括300MW级、600MW级、1000MW级;锅炉主要为煤粉炉,煤种包括贫煤、烟煤、无烟煤、褐煤;燃烧方式包括四角切圆、W型火焰、前后期对冲燃烧;位置包括东北、西北、中部、华北、东部、西南。)低负荷时SCR入口烟温情况进行了调研。
2、SCR脱硝装置全负荷运行改造技术
SCR系统设置最低运行温度目的是使进入SCR反应器的烟气温度维持在氨盐沉积温度之上,以防止生成硫酸氢铵堵塞催化剂孔隙,降低催化剂活性。要实现SCR脱硝装置全负荷运行,技术路线有2条:1、使烟温适应脱硝系统,需要改造锅炉热力系统或烟气系统对烟温进行控制;2、使催化剂适应烟温,采用低温催化剂同时脱除烟气三氧化硫。目前低温催化剂及三氧化硫脱除技术尚处于研发阶段,没有相关应用业绩,因此本文主要介绍技术路线1。
提升脱硝装置入口烟温目前主要有以下5种方案,即:省煤器分级、加热省煤器给水、省煤器烟气旁路、省煤器水旁路、省煤器分隔烟道。下面对5种方案及其优缺点、适用范围等进行简单介绍。
(一)省煤器分级
省煤器分级即将原单级布置省煤器分成两级布置,一级布置在SCR反应器的入口,另一级布置在SCR反应器出口,在不升高预热器入口烟气温度的前提下提高SCR反应器的入口烟气温度。
优点:不增加控制系统,不改变整个热力系统的热力分配和运行、调节方式,不提高排烟温度,不降低锅炉热效率。
缺点:投资成本高、施工难度大、改造工期长,不适合老机组改造;催化剂运行温度提高,在满负荷运行时存在催化剂烧结风险。
(二)加热省煤器给水
通过抽取蒸汽加热或者其他方式加热省煤器给水,减少省煤器烟气-水的传热温差来减少烟气-水的换热,提高省煤器出口烟温。需要对锅炉蒸汽和给水管道实施改造,增设临时增压系统。
优点:改造工期短,施工简单。
缺点:增加升温控制系统;烟气温度提升有限;排烟温度提高,锅炉热效率降低。
外高桥第一电厂机组采用炉水加热省煤器给水,机组40%负荷时SCR烟气温度提升约30℃。
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