浙江省燃煤發(fā)電機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況評(píng)估

曹志勇，陳聰，湯棟

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

浙江省燃煤發(fā)電機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況評(píng)估

曹志勇，陳聰，湯棟

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

評(píng)估了浙江省內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的17臺(tái)SCR煙氣脫硝機(jī)組的基本情況和投用率，分析了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)所產(chǎn)生的氨逃逸對(duì)空氣預(yù)熱器的影響，同時(shí)對(duì)幾臺(tái)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)的SCR煙氣脫硝機(jī)組的空氣預(yù)熱器阻力進(jìn)行對(duì)比分析，給出了提高燃煤機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)投用率的建議，并提出了降低SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對(duì)燃煤機(jī)組不利影響的措施。

燃煤發(fā)電機(jī)組；煙氣脫硝；評(píng)估；SCR

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，NOX的排放量與日俱增，NOX所產(chǎn)生的污染及其影響越來(lái)越引起人們的關(guān)注。目前新建的燃煤發(fā)電機(jī)組基本上要求安裝SCR（選擇性催化還原法）煙氣脫硝裝置以降低NOX排放[1]。國(guó)家環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局聯(lián)合發(fā)布了新修訂的《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求燃煤鍋爐的氮氧化物（以NO2計(jì)）排放標(biāo)準(zhǔn)降低到100 mg/m3（標(biāo)況）。在新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求下，為了控制火力發(fā)電廠(chǎng)氮氧化物的排放，SCR煙氣脫硝技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。

對(duì)浙江省內(nèi)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)省內(nèi)）17套已經(jīng)投運(yùn)的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估并分析其不足之處，可為接下來(lái)的大規(guī)模建設(shè)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的基本狀況

自2006年國(guó)華寧海發(fā)電廠(chǎng)4號(hào)爐投運(yùn)省內(nèi)第一套SCR煙氣脫硝系統(tǒng)以來(lái)，到目前為止省內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組已經(jīng)有17臺(tái)機(jī)組投運(yùn)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，其中10臺(tái)1 000 MW，2臺(tái)660 MW機(jī)組，4臺(tái)600 MW機(jī)組以及1臺(tái)300 MW機(jī)組，分布情況如圖1所示。

這17套SCR煙氣脫硝系統(tǒng)絕大部分是與機(jī)組同步建設(shè)的，只有華能玉環(huán)和浙能嘉華發(fā)電廠(chǎng)的6套是后期改造建設(shè)。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)全部采用高飛灰方式布置，絕大部分選擇蜂窩式催化劑，只有國(guó)華寧海發(fā)電廠(chǎng)的3臺(tái)機(jī)組選擇平板式催化劑。浙江省內(nèi)已投用的17套SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的詳細(xì)情況如表1所示。

2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)分析

省內(nèi)已經(jīng)建成投產(chǎn)的SCR煙氣脫硝機(jī)組中，采用液氨作為還原劑的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，扣除低煙溫時(shí)段的投用率為99.0%；采用尿素作為還原劑的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，扣除低煙溫時(shí)段的投用率為97.6%，如圖2所示?？梢?jiàn)采用液氨作為還原劑的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)備運(yùn)行可靠性高，其扣除煙溫時(shí)段的投用率較高。

在低負(fù)荷時(shí)段，進(jìn)入SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的煙氣溫度未達(dá)到最低投用溫度要求，是系統(tǒng)不能投用的主要原因。1 000 MW，660 MW和600 MW機(jī)組的脫硝系統(tǒng)投用率為95%左右，300 MW機(jī)組（濱海熱電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組）的脫硝系統(tǒng)投用率為85%左右，如圖3所示。

濱海熱電廠(chǎng)的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)所采用的催化劑要求最低投運(yùn)煙氣溫度為315℃，而在較低負(fù)荷（180 MW以下）時(shí)，省煤器出口的煙氣溫度都很難達(dá)到315℃。目前為了盡量提高脫硝投用率，已經(jīng)將脫硝系統(tǒng)投運(yùn)最低溫度調(diào)整到300℃左右，即使如此，其脫硝系統(tǒng)投用率仍不是很高。因此為了保證SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的投用率，在設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)鍋爐特性和燃料特性選擇合適的催化劑。

3 投運(yùn)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)不利影響因素分析

SCR煙氣脫硝的原理是：在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOX催化還原成N2和H2O，主要反應(yīng)式為4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。由于噴入的氨氣與煙氣不可能100%均勻混合，在反應(yīng)器的某些區(qū)域，氨氣的含量會(huì)大于煙氣中的NOX含量，這樣就造成氨氣相對(duì)過(guò)剩，從而形成氨逃逸。

氨逃逸和煙氣中的水蒸汽、SO3，在一定條件下會(huì)生成硫酸氫銨，其反應(yīng)式為：NH3+SO3+H2O= NH4HSO4。硫酸氫銨在液態(tài)下是一種粘度很大的腐蝕性物質(zhì)，會(huì)堵塞和腐蝕脫硝反應(yīng)器和下游設(shè)備，因此氨逃逸會(huì)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

當(dāng)煙氣溫度低于硫酸氫銨的初始生成溫度時(shí)，氨和SO3就會(huì)生成硫酸氫銨。硫酸氫銨的初始生成溫度是SO3和氨濃度的函數(shù)，煙氣中的SO3和氨濃度越大，硫酸氫銨的初始生成溫度就越高，根據(jù)Richard等人的研究，對(duì)于典型的低硫煤和中硫煤，硫酸氫銨的初始生成溫度為200～220℃[2]。

目前我國(guó)大型燃煤發(fā)電機(jī)組多采用可再生容克式空氣預(yù)熱器。在空氣預(yù)熱器的中、低溫端，煙氣溫度低于硫酸氫銨的初始生成溫度，硫酸氫銨會(huì)在空氣預(yù)熱器的中、低溫端的傳熱元件表面上生成，從而使空氣預(yù)熱器的換熱金屬元件上產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕，最終導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)壓降上升、換熱效率降低等現(xiàn)象，威脅空氣預(yù)熱器的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

圖4為典型的可再生容克式空氣預(yù)熱器壓損率與氨逃逸量的關(guān)系。當(dāng)氨逃逸量較大時(shí)，因?yàn)榱蛩釟滗@導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞，空氣預(yù)熱器的壓損上升很快；當(dāng)氨逃逸量較小時(shí)，空氣預(yù)熱器的壓損上升較慢。

表2為省內(nèi)幾臺(tái)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)機(jī)組，空氣預(yù)熱器阻力現(xiàn)階段與投運(yùn)初期的對(duì)比情況。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，帶SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的機(jī)組，其空氣預(yù)熱器阻力均有一定的增加。從表中還可以看出北侖7號(hào)機(jī)組、樂(lè)清3號(hào)機(jī)組、樂(lè)清4號(hào)機(jī)組空預(yù)器阻力增長(zhǎng)較快，寧海4號(hào)機(jī)組、寧海5號(hào)機(jī)組、寧海6號(hào)機(jī)組的空預(yù)器阻力增長(zhǎng)較慢。

4 提高SCR煙氣脫硝系統(tǒng)投用率的建議

由于SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)備多為靜態(tài)設(shè)備，因此因設(shè)備故障導(dǎo)致未投用SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的情況較為少見(jiàn)，影響SCR煙氣脫硝系統(tǒng)投用率的主要因素，是進(jìn)入SCR煙氣脫硝反應(yīng)器的煙氣溫度低于SCR煙氣脫硝催化劑要求的最低煙氣溫度。

因此，為了提高煙氣脫硝系統(tǒng)的投用率，根據(jù)省內(nèi)目前已經(jīng)投運(yùn)的17臺(tái)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)只有5%左右的時(shí)段不能投用SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的情況，建議如下：

（1）在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的設(shè)備選型階段，應(yīng)該考慮催化劑最低投用煙溫與機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)省煤器出口煙氣溫度的匹配性。為了保證脫硝投用率，可適當(dāng)考慮選擇投用煙氣溫度要求較低的催化劑；

（2）在機(jī)組負(fù)荷調(diào)度環(huán)節(jié)，為了保證脫硝機(jī)組的正常投用，在具備調(diào)配余地的情況下，可適當(dāng)提高脫硝機(jī)組的最低運(yùn)行負(fù)荷；

（3）為了滿(mǎn)足目前日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，保證脫硝系統(tǒng)的正常投用，并保證脫硝機(jī)組獲得電價(jià)補(bǔ)貼，需要發(fā)電廠(chǎng)適當(dāng)犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)調(diào)整燃燒工況來(lái)提高進(jìn)入煙氣脫硝系統(tǒng)的煙氣溫度。

對(duì)于低容量機(jī)組而言，需在設(shè)計(jì)階段考慮安裝省煤器旁路煙道的必要性，如果機(jī)組運(yùn)行在65%負(fù)荷以上，省煤器出口煙氣溫度仍然達(dá)不到脫硝系統(tǒng)最低投用煙氣溫度的要求，就有必要考慮安裝省煤器旁路煙道。

5 降低SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對(duì)燃煤機(jī)組不利影響的措施

由于高飛灰布置的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對(duì)燃煤機(jī)組的不利影響主要集中在對(duì)空氣預(yù)熱器的影響。為了降低SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對(duì)空氣預(yù)熱器的不利影響，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）傳熱元件采用高吹灰通透性的DNF（雙壓波紋平板）波形替代傳統(tǒng)中溫段的DU（雙皺紋）波形，這種波形間隙比原波形要大，DNF波形的吹灰穿透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)中間層用的DU波形，能提高吹灰和清洗效果；

（2）合并傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器的冷段和中溫段。目的是為了改變空氣預(yù)熱器冷熱端交接面的位置，使空氣預(yù)熱器冷端傳熱元件煙氣進(jìn)口處金屬溫度從140℃左右調(diào)整為190℃左右，使其偏離硫酸氫銨產(chǎn)生的臨界溫度區(qū)域；

（3）冷端換熱元件采用搪瓷涂層元件，可以隔斷腐蝕物（硫酸氫銨和由SO3吸收水分產(chǎn)生的H2SO4）和金屬接觸，且表面光潔，易于清洗干凈。

（4）增加高壓水吹灰裝置（雙介質(zhì)吹灰器），當(dāng)煙氣阻力上升50%左右時(shí)，隔離空氣預(yù)熱器后，可對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行不停機(jī)清洗。

（5）定期進(jìn)行SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨分布調(diào)整試驗(yàn)，降低SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的氨逃逸。

[1]曹志勇，秦逸軒，陳聰.SCR煙氣脫硝催化劑失活機(jī)理綜述[J].浙江電力，2010，176(12)：35-37.

[2]RICHARD T W，THOMAS L W.SCR ammonia slip distri bution in coal plant effluents and dependence upon SO3[J]. Power Plant Chemistry，2004，6（5）:295-304.

[3]廖永進(jìn)，徐程宏，余岳溪，等.火電廠(chǎng)SCR煙氣脫硝裝置的運(yùn)行優(yōu)化研究[J].鍋爐技術(shù)，2008，39（5）:60-63.

（本文編輯：陸瑩）

新熱光電系統(tǒng)可使太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率提高到80%

美國(guó)幾所大學(xué)的研究人員合作開(kāi)發(fā)出一種熱光電系統(tǒng)，有望將太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到80%。傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的硅半導(dǎo)體只吸收紅外光，而高能量光波，包括大部分的可見(jiàn)光光譜，都以熱能形式被浪費(fèi)掉。雖然在理論上，傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)34%，但由于能量浪費(fèi)，盡管其工藝不斷完善和進(jìn)步，其轉(zhuǎn)換效率依然停滯在15%～20%。為突破太陽(yáng)能電池受制于轉(zhuǎn)換效率的困境，美國(guó)斯坦福大學(xué)、伊利諾斯大學(xué)和北卡州立大學(xué)的研究人員著手開(kāi)發(fā)出一種全新的熱光電系統(tǒng)。據(jù)斯坦福大學(xué)研究人員介紹，既然能讓太陽(yáng)能電池有效發(fā)電的熱輻射光譜很窄，如果能夠?qū)⑻?yáng)光壓縮成為讓太陽(yáng)能電池有效發(fā)電的單色光，從理論上來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率就能提高到80%的水平。

與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池不同，新的熱光電系統(tǒng)首先將太陽(yáng)光壓縮成紅外光線(xiàn)，再通過(guò)太陽(yáng)能電池將其轉(zhuǎn)換為電能。該系統(tǒng)有一個(gè)中間組件，包括2個(gè)部分：一個(gè)是吸收器，在陽(yáng)光下可升溫；另一個(gè)為發(fā)射器，將熱轉(zhuǎn)換為紅外光線(xiàn)，然后向太陽(yáng)能電池照射。將太陽(yáng)光壓縮成為單色光的關(guān)鍵是保持材料的納米結(jié)構(gòu)。在最初的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溫度約為1 000℃時(shí)，鎢發(fā)射器的三維納米結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩塌。伊利諾斯大學(xué)的研究人員給鎢發(fā)射器涂了一種稱(chēng)為二氧化鉿的陶瓷材料，在1 000℃高溫下，其結(jié)構(gòu)完整性保持了12 h，在1 400℃的高溫下其熱穩(wěn)定性保持了1 h。這是科學(xué)家首次證實(shí)陶瓷材料有助于熱光電領(lǐng)域及其他包括利用余熱、高溫催化和電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存等領(lǐng)域的研究。目前，正在測(cè)試其他陶瓷材料，以確定可為太陽(yáng)能電池提供紅外線(xiàn)的發(fā)射器。

摘編自互聯(lián)網(wǎng)

Operation Evaluation of SCR Flue Gas Denitration System of Coal-fired Power Generating Units in Zhejiang Province

CAO Zhi yong，CHEN Chong，TANG Dong
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The background and operation rate of seventeen SCR flue gas denitration units of Zhejiang province are evaluated,and influence of ammonia slip from SCR system on air preheater is described.Advices of improving the operation rate of SCR flue gas denitration units and reducing the adverse effects of SCR system to coal-fired units are given.

coal-fired power generating units；flue gas denitration；evaluation；SCR

X701.3

：B

：1007-1881（2013）11-0040-04

2013-08-13

曹志勇（1977-），男，湖南郴州人，高級(jí)工程師，從事電力環(huán)保研究工作。