關于鍋爐SCR 全負荷適應性改造的探討

胡 蓉

廣東惠州平海發電廠有限公司

介紹了目前各電廠通常采用的提高SCR裝置負荷適應性的幾種方案，并對這幾種方案的優缺點進行了對比。

1 前言

火電廠SCR 煙氣脫硝裝置用于脫除煙氣中氮氧化物（NOx），該類技術通過將氨（NH3）作為還原劑噴入煙氣中，使還原劑與煙氣中的NOx 發生還原反應，生產無害的氮氣和水，從而達到脫除氮氧化物的目的。但是，脫硝裝置的投運要求其進口煙溫在320℃～420℃范圍內，否則將會影響鍋爐的熱效率，造成空預器換熱元件堵塞和低溫腐蝕等。

國家環保標準要求燃煤鍋爐的NOx 排放必須小于100mg/Nm3，且廣東省的環保（廣環函2012-1068號文件）要求鍋爐正常運行時從最低穩燃負荷和鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）之間任何工況下都必須滿足此排放限制的要求，也就是說，在所有機組正常運行工況下，脫硝裝置都必須投入運行。而在電廠實際運行中，尤其是在500MW 以下的低負荷運行時，因省煤器出口煙溫較低（低于320℃），不能滿足脫硝裝置安全投運的要求。脫硝無法投運，排放很難達到國家環保法規的要求。因此對鍋爐進行SCR全負荷適應性改造是非常必要和迫切的。

2 SCR 全負荷適應性改造方案

提高SCR 裝置的負荷適應性，通常采用的有四種方案，即設置省煤器旁路煙道、設置省煤器水側旁路、熱水再循環和省煤器分級改造。除以上四種方案外，目前也有電廠采用了新型汽輪機回熱系統改造的方法來提高SCR裝置的負荷適應性。

設置省煤器旁路煙道

該方案的通過在煙氣進入省煤器的位置的煙道后墻壁上開孔，抽一部分煙氣引至SCR 入口煙道處，在低負荷時，通過抽取較高溫度的煙氣與省煤器出口過來的煙氣混合，使低負荷時SCR 入口處煙氣溫度達到320℃以上。

設置省煤器水旁路

該方案的通過在省煤器進口集箱之前設置調節閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至省煤器出口集箱，減少流經省煤器的給水量，從而減少省煤器從煙氣中吸收的熱量，以達到提高省煤器出口煙溫的目的。

熱水再循環

熱水再循環方案為省煤器水旁路進一步發展方案。第一部分也是的通過在省煤器進口集箱之前設置調節閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至省煤器出口集箱，減少流經省煤器的給水量，從而減少省煤器從煙氣中吸收的熱量，以達到提高省煤器出口煙溫的目的。第二部分再通過熱水再循環系統將熱水送入省煤器，提高省煤器進口水的溫度，降低省煤器冷卻煙氣溫度的能力，從而進一步提高省煤器出口煙氣溫度。

省煤器分級設置

省煤器分級方案是在進行熱力計算的基礎上，將原有省煤器部分（靠煙氣下游部分拆除），在SCR 反應器后增設一定的省煤器受熱面。給水直接引至位于SCR 反應器后面的省煤器，然后通過連接管道引至位于SCR 反應器前面的省煤器中。通過減少SCR 反應器前省煤器的吸熱量，達到提高SCR 反應器入口溫度在320℃以上的目的，以保證SCR 可以在最低穩燃負荷以上所有負荷正常運行。煙氣通過SCR 反應器脫氮之后，進一步通過SCR 反應器后的省煤器來吸收煙氣中的熱量，以保證空氣預熱器進、出口煙溫基本不變，在保證SCR 最低溫然負荷以上所有負荷正常投運的同時，保證鍋爐的熱效率等性能指標不受影響。

新型汽輪機回熱系統改造

新型汽輪機回熱系統改造方案的原理是在補汽閥后選擇一個合適的抽汽點，增加一路抽汽（高壓轉子第4級后），與原第一級抽汽（高壓轉子第12 級后）并聯接入一號高壓加熱器。在機組低負荷時，通過投運新增的一路抽汽，關閉原第一級抽汽，通過調節門控制加熱器入口壓力基本不變。低負荷時加熱給水溫度，提升省煤器出口煙溫，從而保證低負荷時SCR 催化劑能夠安全穩定連續運行，實現全負荷脫硝的功能。這種方案受汽輪機型式等限制目前還未得到普遍采用。

3 幾種改造方案的對比

下面將某電廠1000MW 機組參數為例來對幾種改造方案的優缺點進行探討。

設置省煤器旁路煙風方案

根據下表的計算結果，旁路掉40%的低過側省煤器煙氣流量，可以滿足提高省煤器出口煙氣溫度的到320℃以上的目標。

安全可靠性方面，如果煙氣擋板的密封性能變差，可能在高負荷時有部分高溫煙氣從旁路煙道泄露，直接進入SCR 裝置，這時煙氣溫度將會出現高于催化劑最高允許溫度的風險，對于催化劑來說，將帶來致命的破壞；同時，由于在后煙井設置抽煙氣口，將會對后面整個流場帶來影響，省煤器的換熱可能會出現較大的偏差，同時，高溫煙氣被旁路掉，導致省煤器吸熱不足，可能對整個汽水系統的熱量分配帶來較大的不利影響，影響鍋爐的出力、效率，直至鍋爐的穩定性。如果長期不在低負荷運行，也就是擋板門處于常閉狀態，可能會導致積灰、卡澀打不開，而在不需要打開的時候，卻無法密封，性能非常不穩定。

表1 省煤器旁路煙道方案計算匯總表

表2 設置省煤器水旁路方案計算匯總表

對鍋爐效率的影響上，從表1 可見，在滿足SCR 入口煙氣溫度的工況下，鍋爐排煙溫度達到126℃，相比原設計排煙溫度103℃，提高了23℃，鍋爐的熱效率將會降低約1.2%對機組的經濟性影響較為明顯。

設置省煤器水旁路方案

從表2 可以看出，在350MW 負荷時，旁路掉50%的給水流量，可以使省煤器出口煙溫提高23℃，此時，SCR 進口的煙氣溫度才剛剛達到317℃，沒有達到320℃的目標。如果電廠需要調節煙溫溫度較低（10℃以內）的情況可采取本方案。

安全可靠性上，在旁路掉50%的情況下，低過側省煤器出口水溫為316℃，僅比該工況飽和溫度321℃低5℃，沒有足夠的過冷度，省煤器在運行過程中將會出現汽蝕，嚴重威脅省煤器的安全運行。所以，在保證安全的情況下，只能采用20%的旁路方案，可以提高煙氣溫度10℃到304℃。本方案僅可以滿足450MW 負荷下，煙氣溫度達到320℃的要求。

對鍋爐效率的影響上，450MW 負荷下導致排煙溫度升高約10℃，影響機組經濟性（熱效率可能降低0.5%）。

熱水再循環方案

由省煤器水旁路方案可知，此方案為其升級版，可以進一步提高省煤器出口煙氣溫度。達到預期的效果。如采用此方案，省煤器出口的介質溫度將比省煤器水旁路方案更高，達到或更接近該工況飽和溫度321℃，沒有足夠的過冷度，省煤器在運行過程中將會出現汽蝕，嚴重威脅省煤器的安全運行。所以，在保證安全的情況下，采用20%的旁路方案，可以提高煙氣溫度20℃到314℃。本方案僅可以滿足400MW 負荷下，煙氣溫度達到320℃的要求。

省煤器分級方案

改造效果上，鍋爐從BMCR 負荷降至350MW 負荷，分隔煙道二側省煤器出口混合后的煙溫完全可以滿足脫硝設備要求的工作煙溫范圍內，可確保脫硝設備在各負荷下的正常投運。

`省煤器分級方案由于沒有增加多余的設備，僅僅將省煤器分成兩級，所以安全可靠性與改造前基本一致。且省煤器分級后，從BMCR 負荷到350MW 負荷，鍋爐的排煙溫度都和改造前是一樣的，鍋爐效率沒有降低，對機組的經濟性運行沒有影響。并且對鍋爐的運行方式也沒有任何影響。在保證空氣預熱器等設備安全的情況下，可以在SCR 下方布置更多的省煤器，可以進一步降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐BMCR-350MW 負荷下的鍋爐效率，帶來改造后的額外收益。

設置新型汽輪機回熱系統方案

新型汽輪機回熱系統改造方案，也可以解決SCR 在機組低負荷不能投運的難題，提高機組低負荷下省煤器入口的水溫，使其出口煙氣溫度相應上升，保證在機組AGC 可調負荷范圍（35%～100%額定負荷）內均能夠投運SCR 脫硝系統，并使催化劑處于高效區運行。但此方案適用范圍小，僅適用于1000MW 或660MW 超超臨界帶有補汽閥的機組，目前還未得到大量采用，改造后是否還存在其他問題還有待驗證。

4 結束語

綜合來看目前比較成熟可靠的方案是省煤器分級改造，此方案目前已有多個電廠采用，但初期投資成本較大。

隨著我們國家的不斷發展，人民對生活環境的要求在不斷提高。所以，國家對環境保護的力度也在不斷加強。更高的排放要求勢必對火力發電廠帶來較大的影響。為了滿足現在的環保要求，各火力發電廠也在不斷調研探索，尋求更加經濟可靠的SCR 全負荷適應性的改造方案。