脫除煙氣SO3實現(xiàn)SCR寬負(fù)荷脫硝的可行性分析

脫除煙氣SO3實現(xiàn)SCR寬負(fù)荷脫硝的可行性分析所屬行業(yè)：大氣治理關(guān)鍵詞：寬負(fù)荷脫硝SCR脫硝脫硝技術(shù)為適應(yīng)火電機(jī)組靈活性改造要求，機(jī)組需在超低負(fù)荷下安全穩(wěn)定運行，其中低負(fù)荷脫硝改造是重要組成部分。分析了以往燃煤機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)低負(fù)荷下退出的原因，介紹了寬負(fù)荷脫硝改造方案，其主要包括：提高SCR入口煙溫技術(shù)，使用寬溫度范圍催化劑和采用堿性吸附劑脫除煙氣中SO3技術(shù)。從初投資、改造工期、改造效果、其他收益等方面全面比較了各方案優(yōu)缺點，提出“因廠制宜，因機(jī)制宜”的改造思路。同時指出，由于堿性吸附劑脫除SO3技術(shù)具有消除藍(lán)色煙羽、預(yù)防空氣預(yù)熱器堵塞、防治設(shè)備腐蝕、減少脫硫廢水產(chǎn)生量和重金屬協(xié)同脫除等其他技術(shù)不具備的額外收益，未來應(yīng)加快發(fā)展。2017年，全國火電裝備平均利用小時數(shù)為3836.6小時，與2016年相比，除山東、北京、河北外，其它省份利用小時數(shù)均有不同程度降低，很多煤電企業(yè)面臨負(fù)荷較低的壓力。統(tǒng)計資料顯示：我國大容量火電機(jī)組調(diào)峰深度不到50%，北方地區(qū)熱電機(jī)組調(diào)峰深度只有20%左右。2016年能源局發(fā)布《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點項目的通知》，標(biāo)志我國正式啟動火電靈活性改造示范試點工作。火電靈活性改造要求機(jī)組實現(xiàn)在超低負(fù)荷下（負(fù)荷下限從原來的45%下調(diào)至30%，甚至更低）安全穩(wěn)定運行、負(fù)荷快速升降、低負(fù)荷脫硝投入等,其中低負(fù)荷脫硝改造是重要組成部分；即便對于利用小時數(shù)高的電廠，為滿足風(fēng)電、光伏等非化石能源充分消納的要求，同樣面臨調(diào)峰困難的問題。靈活性將是未來考核火電機(jī)組的重要指標(biāo)，探尋提升火電機(jī)組靈活性的技術(shù)路徑，適應(yīng)新的能源戰(zhàn)略要求，實現(xiàn)在役大容量火電機(jī)組的技術(shù)改造優(yōu)化具有實際意義。在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，SCR脫硝仍然是中國脫硝技術(shù)領(lǐng)域和脫硝市場的主流技術(shù)。中國煤電機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)（以下簡稱SCR）多采用“高溫、高塵”布置，催化劑以“釩鎢鈦”系為主，活性溫度范圍通常為320~420℃。鍋爐低負(fù)荷運行時，SCR入口煙氣溫度低于催化劑活性溫度，受此限制脫硝系統(tǒng)需強(qiáng)制退出。但是，環(huán)保部要求火電機(jī)組在任何電負(fù)荷下必須排放達(dá)標(biāo)，因此保證SCR低負(fù)荷下的脫硝效率是火電靈活性改造的重點工作之一，燃煤機(jī)組的寬負(fù)荷脫硝改造勢在必行。1SCR脫硝低負(fù)荷退出原因SCR脫硝裝置正常投運要求煙氣溫度保持在最低投運溫度（簡稱MOT）以上，通常約為300℃。最低投運溫度，即一定NH3和SO3濃度下的煙氣在催化劑孔隙中開始凝結(jié)硫酸氫銨（ABS）的溫度。文獻(xiàn)指出，煙溫低于ABS露點溫度時，液態(tài)人85進(jìn)入催化劑微孔中遮蔽活性表面，限制脫硝反應(yīng)進(jìn)行（見圖1）。文獻(xiàn)認(rèn)為，煙氣中SO3、NH3以及水分等濃度，共同決定銨鹽露點，進(jìn)而影響MOT。文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)，SCR應(yīng)避免在MOT以下運行，防

止ABS導(dǎo)致催化劑孔隙堵塞。文獻(xiàn)ABS形成、分解過程復(fù)雜，影響因素較多。文獻(xiàn)推導(dǎo)出NH3、SO3濃度和脫硝裝置最低投運溫度之間的關(guān)系，其中NH3與SO3在煙氣中的分壓與脫硝裝置最低投運溫度正相關(guān)，且呈一定的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。ABS冷凝溫度與NH3、SO3濃度關(guān)系的實驗結(jié)果目前仍存在差異，但均認(rèn)為ABS冷凝溫度與二者成正比關(guān)系（見圖2）?？梢?，煙氣中ABS析出是SCR低負(fù)荷投運的主要限制因素，該問題的根本解決需降低NH3與SO3的濃度積（NH3與SO3在煙氣中的量均以體積分?jǐn)?shù)10-6表示）。他鉆劑孔母他鉆劑孔母節(jié)「I4NCMN比j「4M+6乩0I---m+o^2soaIl物化劑活性表面a）運毋溫度耐嚼點溫度俅化帆髓n NHj+UjSO^" b: NH邯& t\o"CurrentDocument"（ 液態(tài)康霞?xì)溷X J；活性痛不能1I起到黜劑作用b）運行溫度小于露點溫度圖1液態(tài)硫酸氫銨堵塞催化劑微孔機(jī)理---0213315獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)文文文文文.lOOOD---0213315獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)獻(xiàn)文文文文文.LOGOIDOIO11492EW詢316AUS冷凝混度/P圖2NH3與SO3積體積分?jǐn)?shù)(10-6)之積對ABS形成溫度的影響研究結(jié)果匯總所屬行業(yè)：大氣治理關(guān)鍵詞：寬負(fù)荷脫硝SCR脫硝脫硝技術(shù)2SCR寬負(fù)荷脫硝技術(shù)原理上降低MOT應(yīng)降低NH3與SO3的濃度積，但目前常規(guī)技術(shù)仍采用提高SCR入口煙氣溫度以適應(yīng)催化劑的方法，主要包括：(1)省煤器煙氣旁路；(2)省煤器給水旁路；(3)省煤器分級改造；(4)設(shè)置0號高壓加熱器(高加)；(5)煙道燃燒器技術(shù)。另外，非常規(guī)技術(shù)包括使用寬溫度范圍催化劑和采用堿性吸附劑脫除SO3技術(shù)等。提高SCR入口煙溫技術(shù)(1)省煤器煙氣旁路方案。設(shè)置煙氣內(nèi)部或外部旁路，部分煙氣直接進(jìn)入SCR后，煙氣溫度可提高約30℃。采用內(nèi)部旁路使省煤器換熱面積減少，高負(fù)荷時經(jīng)濟(jì)性較差，但可通過在SCR和空氣預(yù)熱器（空預(yù)器）之間增加低溫?fù)Q熱器予以解決。外部旁路的擋板長期面臨高溫?zé)煔鉀_刷，有調(diào)節(jié)失靈停爐的風(fēng)險，需重點防范。（2）省煤器給水旁路和熱水再循環(huán)。在省煤器入口設(shè)置調(diào)節(jié)閥和旁路管道，通過調(diào)節(jié)給水量改變煙溫，調(diào)節(jié)幅度一般為10~15℃。熱水再循環(huán)是為進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)量，在省煤器出口至下部水冷壁入口下降管上引出再循環(huán)管路，加壓后引入給水管路。調(diào)節(jié)范圍達(dá)到20~50℃，缺點是對鍋爐效率有一定影響。（3）省煤器分級改造。將部分省煤器拆除移至SCR下游，給水先進(jìn)入下游受熱面再進(jìn)入省煤器。北侖電廠2號600MW機(jī)組改造后，50%負(fù)荷時SCR入口煙溫達(dá)到315℃,滿負(fù)荷時低于400℃。沙角電廠將該方案與煙氣旁路方案相結(jié)合，在快速提高煙溫的同時保證了鍋爐效率［20］。文獻(xiàn)通過熱力計算，比較煙氣旁路、給水旁路和分級改造，得出分級改造為最優(yōu)，50%負(fù)荷時SCR入口煙溫可達(dá)到320℃。問題是改造成本較高，工期較長，改造后煙溫?zé)o法調(diào)節(jié)且提升幅度受限于滿負(fù)荷煙溫。（4）增設(shè)零號高壓加熱器（高加）。在高加后增加1個外置蒸汽加熱器，一般是由汽輪機(jī)三段抽汽對省煤器給水加熱，相當(dāng)于0號高加。上海外高橋第三發(fā)電廠在增加0號高加后，給水溫度升高38.5℃時，煙氣溫度升高16℃。文獻(xiàn)建議增設(shè)低溫省煤器解決機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的問題。為解決0號高加投資大、工期長等問題，蒸汽噴射器技術(shù)利用屏式過熱器出口蒸汽引射汽輪機(jī)1級回?zé)岢槠?，使混合蒸汽進(jìn)入新增0號高加以加熱給水。但其多針對50%以上負(fù)荷，在負(fù)荷更低時，還需對加熱系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)和優(yōu)化。（5）煙道燃燒器技術(shù)。在尾部煙道增設(shè)燃燒器，通過燃燒天然氣等燃料來提高煙氣溫度，煙溫提升效果明顯，但停機(jī)改造工期較長，投資大且運行成本較高。美國BGS電廠320MW機(jī)組改造后，180MW負(fù)荷下正常投運，脫硝入口煙溫達(dá)到335℃。寬溫度范圍催化劑文獻(xiàn)制備促進(jìn)ABS低溫分解的復(fù)合催化劑（以TiO2和TiSi為載體），將ABS分解溫度降至150~200℃，在275℃含水含硫氣氛中進(jìn)行試驗，20h后催化劑活性仍能保持85%。文獻(xiàn)以溶膠-凝膠法制備TiO2催化劑，在250?400℃內(nèi)脫硝效率可保證80%,但未考慮ABS的影響。寬溫度范圍催化劑技術(shù)多處于實驗室階段，未見工業(yè)化應(yīng)用案例。堿性吸附劑SO3脫除技術(shù)通過注射堿性吸附劑降低煙氣SO3濃度，技術(shù)原理為通過向鍋爐或煙道之中注射堿性吸附劑脫除煙氣中的SO3,生成的固體鹽類顆粒物通過除塵設(shè)備脫除，吸附劑注射形式分為干粉注射和漿液注射，可協(xié)同脫除HCl、Hg、As和SO2等，從根本上降低MOT（見圖3）。該方法還有消除煙囪藍(lán)羽、治理空預(yù)器堵塞、緩解設(shè)備腐蝕和減少脫硫廢水量的額外收益。MOT與SO3濃度關(guān)系如圖4所示。

由圖4可見，當(dāng)SO3體積分?jǐn)?shù)降至5X10-6以下時，MOT可顯著降低。2008—2009年，美國多家電廠在堿性干粉或漿液的吸附劑注射試驗，實現(xiàn)SO3高脫除率的同時，未見催化劑和空預(yù)器的異常。文獻(xiàn)口4]文獻(xiàn)口|_5xiq2文獻(xiàn)口4]文獻(xiàn)口|_5xiq2制10圖3NH3和SO3體積分?jǐn)?shù)對ABS形成溫度的影響10 15 20 2510 15 20 25 30 35SOs體積分?jǐn)?shù)月厘圖4SCR最低投運溫度與煙氣SO3濃度的關(guān)系所屬行業(yè)：大氣治理關(guān)鍵詞：寬負(fù)荷脫硝SCR脫硝脫硝技術(shù) 目前，Gibson電廠5臺機(jī)組脫除SO3的注射點全部改造至SCR入口。2010年，美國Wansley電廠1073MW機(jī)組的SCR入口SO3體積分?jǐn)?shù)從22X10-6降至7X10-6后，MOT由308℃降至289℃。文獻(xiàn)研究SO3濃度、低負(fù)荷時間對催化劑活性的影響機(jī)理，結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，SO3體積分?jǐn)?shù)脫除至3X10-6后，催化劑在260℃下維持70h后仍能保持60%的活性，圖中縱坐標(biāo)為一定溫度下催化劑活性(Kt)與382℃下催化劑活性(K382℃)的比值?！綉B(tài)模型（SOj體積分?jǐn)?shù)=1.5K—瞬態(tài)模型［SO］悻稅分?jǐn)?shù)=31LH一瞬態(tài)模型（SO3體枳分?jǐn)?shù)=10*1g；一瞬志模型舊鼻體積分?jǐn)?shù)=15*1尸］3SG0c 260七 裂00cABS導(dǎo)致的催化劑失清增加程唆|I ■ ■ I ■ ■ I ■ ■ I—1。u10之。Ai>d口Sh60709鰭idti116生打用Jh圖5煙氣中SO3濃度對低溫下催化劑失活的影響3SCR寬負(fù)荷脫硝改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析以某300MW亞臨界機(jī)組為例，從改造投資、工期、效果等方面對比上述各寬負(fù)荷脫硝改造方案，結(jié)果如表1所示。表1某300MW亞臨界機(jī)組不同寬負(fù)荷脫硝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比我苴翱歷修機(jī)涯T.省煤版氣 葩工簡隼，投資限煙懿升幅鈉懶料研醺患，局部高霜400林魁聞然果明顯 瑞可豌成罹化稠滯耨融水 提高人得水溫度.可胤口解降躺殿札存在髀黯化耨融水 提高人得水溫度.可胤口解降躺殿札存在髀黯化鼻胸［聊 調(diào)節(jié)雕，T.哪短 滿糊臉.躺環(huán)泵嘛高省牖微 融螂不變，祗瓶默于髓時間長.姮費用葩髓r" HOO 粘 .… LU"8*kT.L，RH噓弱高翻規(guī)、尾部煙道增

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