大中型燃煤机组低负荷SCR脱硝系统性能优化探究

大中型燃煤机组低负荷 SCR脱硝系统性能优化探究

张宇鹏

内蒙古大唐国际托克托发电有限公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010206

摘要：为了进一步探究大中型燃煤电厂低负荷下氮氧化物排放优化方向及措施，提升机组深调及低负荷运行过程安全环保性，以某厂660MW高效超超临界参数机组为例，基于该机组实际运行工况参数变化，分析机组不同负荷变动下SCR反应器入口烟道NOX浓度变化趋势及燃尽风调节门对SCR系统脱硝性能影响。研究表明，在低负荷工况下， SCR反应器入口烟道NOX浓度变化趋势呈现出与机组负荷变化趋势相反形式，同时在降负荷过程中易出现快速增长现象，不同工况下相同燃尽风调门开度变化出现明显差异，低负荷运行过程中相同调门开度下脱硝出口NOx含量变化响应时间分别滞后204s及219s，同时改变燃尽风调门开度对NOx出口含量变化影响分别降低54%及35%。

关键词：燃煤电厂；脱硝性能；SCR脱硝系统；燃尽风

随着国家2030年“双碳”战略目标的制度，绿色新能源发电占比逐年提高，煤电机组作为当前最经济、稳定、可靠的调节电源，逐步承担更多的调峰深调任务，以维持电力、电网系统的安全稳定。国家多地相继出台更加严格的超低排放标准，推进燃煤电厂锅炉深度减排^[1-3]。而伴随着机组深调比例的不断增加，机组低负荷运行工况占比时长逐步增长，低负荷下机组污染物排放节能达标成为目前机组运行较为重要的一个方面，如何在深调及低负荷工况下进一步优化脱硝，降低低负荷机组运行风险与环保型，减少燃煤机组节能耗资是目前机组主要优化改进方向^[4-6]。

目前，燃煤电厂NOx排放控制措施应用最为广泛的技术分别为烟气再循环或低NOx燃烧技术，其中烟气脱硝技术主要氛围湿法脱硝及干式脱硝两种方式，湿法脱硝一般采用通过吸收剂将烟气中NOx进行溶解脱出，干法脱硝则是直接通过化学反应将烟气中的NOx直接脱除，这种方法简单易操作^[7-8]。当前我国电厂常用的脱硝方法包括：活性炭吸附法、电子束治理法、选择性催化还原脱硝法以及选择性非催化还原脱硝法等^[9-12]。

本文以某电厂660MW燃煤机组为例，通过运行机组负荷工况变动下机组各项基础指标及SCR系统性能指标变化趋势，对比分析机组不同运行工况下SCR脱硝系统性能变化趋势，探究机组深调氮氧化物超低排放优化措施。

1. 研究对象

1. 1. 研究对象

本文研究对象为某厂660MW燃煤机组，锅炉为东方锅炉公司制造的660MW高效超超临界参数、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、∏型布置的变压运行直流炉，锅炉型号DG2057/29.3-∏2。锅炉配置了2台4室布袋除尘器，一套石灰石-石膏湿法脱硫装置,一套SCR脱硝装置。

1. 2. 设计燃煤特性

表1 660MW高效超超临界参数锅炉设计燃煤特性

该机组运行过程中两台磨煤机进行配煤掺烧，配煤为2600大卡劣质煤。

1. 3. 燃烧方式及燃烧器

该炉膛燃烧方式为正压直吹前后墙对冲燃烧，共配有36只LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器，分三层分别布置在锅炉前后墙水冷壁上，每层6只，燃烧器的配风采用典型的MB形式，燃烧器上部布置有燃尽风调风器，24只燃尽风前、后墙各两层布置在炉膛前后墙上，能有效地降低NOx生成。

2. SCR脱硝系统运行性能分析

2.1负荷变动对SCR脱硝系统运行性能影响的分析

为进一步分析运行机组不同负荷工况下燃煤机组NOx入口指标的实际变化趋势，本文选取该厂660MW高效超超临界机组某48小时运行负荷曲线，为便于分析机组负荷变动对SCR脱硝系统运行的具体趋势性影响，所选取机组运行参数数据点均忽略由于电网负荷波动影响下导致机组出现30MW以内的负荷连续波动运行参数数据，机组在大负荷变动下SCR反应器入口烟道NOx浓度变化趋势如图1所示。

图1 660MW机组运行负荷曲线图

如图1所示，该机组在400MW以上工况运行时，SCR反应器入口烟道NOX浓度基本保持在170-210mg/m3，同时受机组负荷工况剧烈波动变化影响较低。而当运行机组负荷在264MW-360MW负荷区间内出现工况变化时，SCR反应器入口烟道NOX浓度出现明显增高，同时反应器入口烟道NOX浓度随负荷变动趋势呈现出相反变动趋势，即负荷降低NOX浓度升高现象。

在机组由400MW降低至264MW运行期间，SCR反应器入口烟道NOX浓度由221mg/m3急剧增长至461mg/m3左右，且机组在降负荷至360MW工况下极易出现SCR反应器入口烟道NOX突升现象。

2.2 不同工况下SCR脱硝系统运行性能对比分析

该厂660MW机组最低平稳运行负荷工况为264MW，同时为保障机组安稳运行，保障炉膛风量正常，往往会在300MW左右将送风机动叶开度解为手动控制，避免机组出现炉膛风量低而引起的设备及运行异常行为。

为进一步深入分析该660MW高效超超临界机组不同运行工况下SCR脱硝系统性能变化趋势，分别选取该机组额定工况稳定运行参数、50%额定负荷工况稳定运行参数、深调工况40%额定负荷稳定运行参数及机组SCR反应器入口烟道NOX浓度突变负荷工况，即350MW负荷升、降负荷工况，各工况数据如下表所示。

表2 660MW机组不同负荷工况SCR参数对比表

由表2数据可知，该机组SCR脱硝系统运行满足国家超低污染物排放标准。机组在深调负荷运行期间，机组反应器入口烟道NOX浓度较额定工况增加60%，反应器入口烟道氧含量增大3.6倍，反应器入口温度呈现降低51℃，为保障机组污染物排放达标，其脱硝反应氨流量相对额定工况流量增大20.1kg/h。在机组满负荷运行期间，反应器入口烟道氧含量及入口温度相较于低负荷有明显改善。

对比表2中机组50%额定负荷及350MW升降负荷工况数据发现，机组在50%额定负荷工况下长期稳态运行工况下，SCR反应器入口烟道NOX浓度较额定工况增长3%，反应器入口烟道氧含量增加2.42倍，反应器入口温度降低46℃，但由于炉膛内部总风量较低，内部燃烧改变，致使脱硝反应氨流量较额定工况下降46%，机组脱硝系统运行良好。

机组在350MW负荷波动情况下，由表二可知，机组反应器入口烟道NOX浓度变化趋势出现明显差异，350MW降负荷过程中，SCR反应器入口烟道NOX浓度明显剧增，同时反应器入口烟道氧含量相较机组50%额定负荷工况氧含量有所降低，与机组正常运行反应器入口浓度变化趋势一直，如图1所示。机组350MW工况升负荷期间，SCR脱硝系统脱硝效率有所降低，该情况主要由于负荷变动速度过快，导致SCR脱硝系统采点位置滞后所产生的延迟现象，但由于升负荷过程氮氧化物生成有明显下降趋势，所以SCR脱硝系统在升负荷过程中的调整滞后对机组超低排放标准影响较低，但为进一步提升SCR脱硝系统性能，可通过相应程控采点措施进行优化。

三、低负荷SCR脱硝系统性能优化措施

3.1 强化锅炉内部燃烧

为进一步深化燃尽风调门开度对SCR脱硝系统性能的影响研究，找寻改善低负荷工况下SCR脱硝性能的有利途径，本文选取该机组560MW及264MW两个工况下，不同燃尽风调门开度对脱硝出口NOx含量的影响，具体数据如下表3所示。

表3 不同燃尽风开度对SCR系统参数影响

由表3可知，单从脱硝性能方面看，在相同负荷工况下，提高锅炉上层燃尽风前墙左右侧调节门开度可以有效提升机组SCR脱硝系统性能，但不同机组负荷运行工况下相同调门开度对脱硝性能影响不同，不同负荷下由于锅炉风量差异导致机组在锅炉内部流场分部可能存在差异，在高负荷运行工况下，因其锅炉总风量较高，燃尽风调门开度对锅炉内部燃烧改善响应较为迅速。而在低负荷工况下，改变燃尽风调节门开度对机组脱硝性能影响较低，同时响应存在滞后。

不同工况下相同燃尽风调门开度变化出现明显差异，低负荷运行过程中相同调门开度下脱硝出口NOx含量变化响应时间分别滞后204s及219s，同时改变燃尽风调门开度对NOx出口含量变化影响分别降低54%及35%。

3.2 开展SCR脱硝系统结构性能优化

SCR反应器及系统在基建及安装过程中都是在机组满负荷工况基础上进行设计及安全的，在机组进行深调或大负荷变动情况下，由于高、低负荷下锅炉炉膛内部流场及SCR反应器入口流场存在较大差异，因此使得SCR在低负荷工况下调解性能不理想，导致机组局部喷氨过量或喷氨不足的现象方式，极易引起NOx超标排放及氨逃逸超标。因此，深调机组SCR脱硝系统结构优化仍是作为主要改善低负荷下脱硝性能的最基本手段。

四 结论

1. 通过对某660MW高效超超临界机组运行负荷曲线发现，在低负荷工况下，即53%额定负荷工况下，超超临界机组易出现SCR反应器入口烟道NOX浓度明显增高现象，同时50%额定工况下，SCR反应器入口烟道NOX浓度变化趋势呈现出与机组负荷变化趋势相反形式，在降负荷过程中SCR反应器入口烟道NOX浓度易出现快速增长现象。

2. 深调、低负荷工况下，SCR反应器入口烟道氧含量及NOX浓度有明显增高趋势，同时机组在350MW逐步降低负荷过程中，相较350MW稳定工况分别增高35%，降低6%。

3. 适当开大锅炉燃尽风调节门开度有利于改善SCR脱硝系统性能，降低氮氧化物排放，但燃尽风调节门在高负荷下对脱硝出口NOx影响较为迅速，低负荷响应时长滞后，同时影响较低。

参考文献：

[1]国家发展改革委，环境保护部，国家能源局． 煤电节能减排升级与改造行动计划( 2014 － 2020 年) .

[2]河北省大气污染防治工作领导小组办公室． 河北省钢铁、焦化、 燃煤电厂深度减排攻坚方案［Z］． 冀气领办( 2018) 156 号，2018 － 6 － 1．

[3]DB 12 /810 － 2018 天津市火电厂大气污染物排放标准［S］．

[4]田欣雨. 考虑火电深调的地区电力系统经济调度及效益研究[D]. 华北电力大学;华北电力大学(北京), 2018.

[5]罗江勇，吕新乐． 锅炉低负荷工况下脱硝系统投运率提高的改造技术［J］． 中国电力，2015，48( 11) : 138 － 141．

[6]孙建胜. 火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保[J]. 工程技术(文摘版), 2020.

[7]曹宏芳. 火电机组SCR脱硝系统性能监测与优化方法的研究[D]. 华北电力大学(北京) 华北电力大学, 2015.

[8]王乐乐, 孔凡海, 何金亮,等. 超低排放形势下SCR脱硝系统运行存在问题与对策[J]. 热力发电, 2016, 45(12):6.

[9]张翠珍, 赵学葵. 大型燃煤机组SCR脱硝系统优化[J]. 环境工程学报, 2015, 9(12):8.

[10]罗江勇, 吕新乐. 锅炉低负荷工况下脱硝系统投运率提高的改造技术[J]. 中国电力, 2015(11):4.

[11]姚燕, 王丽朋, 孔凡海,等. SCR脱硝系统蜂窝式催化剂性能评估及寿命管理[J]. 热力发电, 2016(11):6.

[12]李刚, 贾晓静, 武宝会,等. 基于主导因素分析的SCR烟气脱硝系统喷氨量控制[J]. 热力发电, 2016(8):5.

作者介绍:
姓名 张宇鹏（1994.9.16—），性别 男；籍贯 内蒙古包头；民族 汉；学历 硕士研究生；职称：工程师 职务：运行值班员 研究方向 燃烧，火电厂；单位 内蒙古大唐国际托克托发电有限公司