300MW 火电机组低负荷下的脱硝问题和解决方案探讨

张明辉

（三门峡华阳发电有限责任公司，河南 三门峡 472100）

前言

而近年来针对大气污染的问题，国家开始加大了节能减排的力度，并通过融入先进的科学技术，来实现对空气质量的实时动态监控，并通过安装相应的电子设备，来有效实现全面的控制与管理[1]。因此，很多相关企业开始对火电机组进行了脱硫和脱硝的改造，以增强其节能环保的作用，也因此，机组烟气的温度控制就显得尤为重要，所以这就要求300MW 火电机组要在低负荷下完成脱硝[2]。

一、脱硝原理

脱硝具体是指消除燃烧烟气中的氮氧化物，从而有效防止大气污染。因此通常采用选择性催化剂还原（SCR）技术，来将一氧化氮，二氧化氮转化为氮气，从而有效降低火电机组在燃烧过程中所释放的氮氧化物。在该系统运作的过程中，液氨会在蒸发器内变为氮气，在加热到一定温度后被送到缓冲罐进行保存，然后经调压阀进行相应的减压后，再通过喷氨格栅的喷嘴喷出，然后与烟气混合在一起，最后在静态混合剂中完成催化反应。而在此过程中，在排烟温度和催化剂的双重作用下，氨气与NOx 发生催化氧化的还原反应，最终还原成氧气和水。由此可知，脱销是保护环境，预防大气污染的重要措施之一，也是实现节能减排的重要手段，对当前火电厂各类锅炉及焚烧炉尾气的治理有着深远的现实意义，并且随着科学技术的不断发展，脱硝技术也取得了一定的突破和创新。

二、省煤器及空预器

（一）低负荷脱硝与省煤器的关系

省煤器是布置在锅炉尾部烟道内加热给水的一种换热设备。它的主要作用就是吸收锅炉尾部的烟气中的部分热量，从而降低相应的排烟温度，以达到节省燃料的目的，进而降低锅炉的运行成本。除此以外，由于给水进入汽包之前会先在省煤气里进行加热，因此，这就在一定程度上减少了给水在受热面里的吸热，因此我们可以利用省煤器来取代一些投资费用较大的蒸发受热面。而当给水的温度提高后，由于相应的热应力减小，那么汽包的工作条件就会得到有效改善。由此可知，省煤器在电厂中是非常重要的低温受热面。而省煤器通常分为两种，一种是沸腾式，一种是非沸腾式。如果省煤器的出口温度已达到了饱和，并且此时还存有部分的水汽化，就说明该省煤器为沸腾式省煤器。如果出口的温度低于饱和温度，则说明该设备是非沸腾式省煤器。而现阶段在大型锅炉中普遍使用非沸腾式的省煤器。而低负荷脱硝在运行的过程中会减少一定部分省煤器与烟气的热交换，而此时省煤器的受热面积虽然变小了，锅炉的给水温度也降低了，但却给脱硝设施创造了投入条件。

（二）低负荷期间脱硝和空预器关系

空气预热器是一种热交换设备，它主要利用锅炉尾气的烟气热量来进行对空气的加热，因此它可以通过提高锅炉的热交换性能，来有效降低能量的损耗。而其的主要作用具体体现在以下五个方面。第一，空气预热器会利用空气来吸收排出烟气中的热量，从而有效降低排烟损失，进而在此基础上提高锅炉的运行效率，以达到节约燃料的目的。第二，空气预热器在运行的过程中可以通过提高炉膛内的温度，来加速燃料的着火和燃烧，从而在避免机械燃烧损失的基础上，提高燃烧效率，与此同时也保证了锅炉内燃烧的稳定性。第三。使用空气预热器还能有效节约金属材料，进而降低锅炉的使用成本。第四，在此过程中所形成的热空气可以用作燃料的干燥剂，并且热空气还是制粉系统重要的干燥剂，所以其还有利于推动制粉系统的运行。第五，空气预热器还能提高引风机的工作效率。这是因为当排出烟雾的温度低于引风机的工作温度时，就可以在降低其运行成本的同时，使其正常的投入运行。并且由于氨气是催化剂重要的脱硝装置，所以如果排烟的温度相对较低，就会非常容易导致氨气逃逸，因此，我们必须要严格控制排出烟气的温度，从而在此基础上实现空气预热器的安全运行[3-4]。

三、低负荷脱硝的问题及解决方法

（一）低负荷脱硝面临的问题

在SCR 系统进行脱硝时，所产生的烟气在遇到SCR 的催化剂时，因为催化剂的氧化作用，以及二氧化硫到三氧化硫的转化，使得逃逸出的氨气其浓度没有超过3ppm，因此在下层区依然会生成硫酸氢氨。而硫酸氢氨因自身特殊的性质，使其在不同的温度下会呈现不同的状态。比如在146℃到207 度之间，硫酸氢氨会以液态的形式出现。而气体或颗粒状的硫酸氢氨会随着烟气流入预热器，而这一过程虽然不会对预热器产生较大的影响，但是已变成液体形式的硫酸氢氨的黏性会非常大，所以在与烟气中的飞灰颗粒进行结合时，就会很容易依附到预热器的传热元件上，从而导致预热器出现堵塞，腐蚀等问题，进而影响机组的安全正常的稳定运行。因此在整个脱硝的过程中，一定要控制好逃逸氨气，而且催化剂对排出烟气的温度还有着一定的要求，一旦排出烟气的温度低于氨气的催化温度，不仅无法实现最终的水和氧气的还原，还会在此过程中形成更多的逃逸氨气，从而给设备的运行带来非常不利的影响。所以在进行氨气催化时，排出烟气的温度最好控制在300 度到400 度的中间，而这也就是我们所说的低负荷脱硝。而当前如何实现火电机组的低负荷脱硝投运是当前各大火电厂重点研究的课题之一。因为如果不能实现火电机组的低负荷运行，就不能达到国家的相关标准，因此，火电机组也就不能正式投入使用，而这样就又会给火电厂带来非常严重的经济损失。但是如果机组在未能实现低负荷脱销投运时就正式投入使用，那么机组就会面对非常严厉的环保考核，进而给火电厂的实际运营带来非常严峻的挑战。

（二）机组低负荷时的脱硝投运

从上述可知，火电机组的低负荷脱硝已经成了其环保运行的关键环节。这是因为该环节，不仅影响着火电机组的安全稳定运行，还影响着我国生态环境的保护和治理。所以如果在机组运行的过程中，一旦出现氨气超标的问题，就会给火电厂带来经济和环保的双重压力。因此，相关工作人员应根据火电机组实际的运行情况，然后通过相关技术的论证，采用省煤器的出口处安装宽负荷挡板，使其在低负荷的运行状态下，减少煤气与烟气的换热面积，从而来有效解决低负荷脱硝问题。

1.宽负荷挡板。宽负荷挡板主要依据水渠分流的方式来将是省煤器进行改造，然后锅炉在低负荷状态下，使烟气在并联的三分叉通道中，只流经中间的烟道，从而达到省煤器换热面积减少的目的，进而实现对锅炉排烟温度的有效控制。并且经过多次实验的反复证明，宽负荷挡板调节效果非常显著，并且也基本达到低负荷下脱销的条件。

2.SCR 脱硝装置烟气旁路系统。将SCR 脱硝装置烟气旁路系统安装在省煤器的出口，可使烟气不用流经SCR 的反应器而直接进入到空气预热器。因此，安装SCR 烟气旁路的主要优点具体体现在以下三个方面。第一，当火电机组的锅炉启停时，可以通过该旁路系统，来有效保护装置内的催化器不受到任何损坏。第二，当火电机组的锅炉进行低负荷运行时，如果其运行的温度要高于排烟气的温度，那么通过该旁路系统，就可以实现对催化剂的有效控制，进而防止中毒现象的发生。第三，如果机组在低负荷运行的状态下，长时间达不到喷氨的条件时，可以通过旁路系统来降低烟气的阻碍力，从而达到节能减排的实际效果。除此之外，在锅炉安全稳定运行时，锅炉烟气是可以穿过催化剂的，因此在SCR 旁路系统时，其主要在锅炉长时间不使用的情况下发挥作用。但是现阶段，像美国、日本一些发达国家已在法律明文上明确禁止加装SCR脱硝装置烟气旁路系统，这主要是因为SCR 反应器本身就有很长的使用寿命，而SCR在不进行投运时，只需要停止注入氨气就可以，而停止喷氨时，烟气依然会流经反应器，然后进入到空气预热器，所以对脱硝系统及整个火电厂的实际操作并没有什么实际影响，因此，近年来我国各大火电厂也来说陆续不安装SCR 旁路系统。

3.省煤器旁路系统。火电机组在低负荷运行下，如果省煤器的排出的烟气温度低于催化剂的最低运行温度，那么这时就需要对省煤器的旁路进行一定的设置。通常会采用两种旁路系统，一种是烟气侧旁路，一种是水侧旁路。首先烟气侧旁路，其主要作用是抽取省煤器上部锅炉烟道中的烟气，然后将其直接从大气排放的通道排除，这样就会使火电机组在低负荷运行时不会受到影响。但与此同时，烟气侧旁路中会有一些颗粒较大的灰尘被带入到反应器中，从而形成对催化剂的阻塞。而水侧旁路的作用是为了让部分地水旁路可以通过省煤器，直接进入到其的出口联箱，从而在一定程度上降低省煤器的传热量。由此可知，烟气侧旁路会影响到省煤器排出烟气的温度，而水侧旁路则需要旁路大量的供水，才能提高省煤器排排出烟气的温度，因此在这两种旁路使用的过程中，会导致省煤器出现汽化问题。再加上，使用省煤器旁路系统时，需要大量资金的支持，因此，对于是否增加省煤器旁路，还应慎重考虑。而如果增加省煤器旁路就需要重点考虑以下四个方面的问题。第一，在省煤器旁路运行的过程中，会降低火电机组的实际运行效率，与此同时，还会加大煤炭的消耗以及相应的热量损失。第二，如果增加省煤器旁路，势必会增加相应的旁路烟道及挡板，那么就会在火电机组脱销的过程中消耗更多的资金费用，并且旁路短板还非常容易积累灰尘，因此会造成一定的堵塞问题，进而影响火电机组的正常运行。第三，省煤器旁路在运行过程中会对SCR 系统烟气流场造成较大的影响，从而削弱了脱销的效率。第四，如果增加省煤器旁路，就需要对火电机组的烟气温度和烟气量进行严格控制，从而加大了操作难度。所以对于是否增加省煤器旁路，一定要根据实际需求来做出正确的选择。

四、结语

综上所述，为了更好地贯彻国家“节能减排”的方针，也为了践行我国“绿色环保”的发展理念，相关企业可以通过与科学技术进行有效融合，来实现环保排放，进而通过充分应用宽负荷挡板技术，来实现经济效益和生态效益的有机统一。而本文中所提到的宽负荷脱硝技术，不仅能有效解决现阶段火电厂机组中低负荷脱硝投运的相关问题，还能实现与其他技术的有效融合。并且虽然该技术还存在一些不足之处，但是由于它具有所需投资费用较少以及改造的时间较短，工作量较低等众多优点，使得其被广泛应用在机组的安装和使用上，并取得了显著成果，进而为我国的生态环境竖起了强大的保护屏障。