技術論壇

脫除煙氣SO3實現SCR寬負荷脫硝的可行性分析

2019/05/21

英超电视直播:脫除煙氣SO3實現SCR寬負荷脫硝的可行性分析

英超足球宝贝波霸视频 www.oxopgc.com.cn 為適應火電機組靈活性改造要求,機組需在超低負荷下安全穩定運行,其中低負荷脫硝改造是重要組成部分。分析了以往燃煤機組SCR脫硝系統低負荷下退出的原因,介紹了寬負荷脫硝改造方案,其主要包括:提高SCR入口煙溫技術,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。

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缺點,提出“因廠制宜,因機制宜”的改造思路。同時指出,由于堿性吸附劑脫除SO3技術具有消除藍色煙羽、預防空氣預熱器堵塞、防治設備腐蝕、減少脫硫廢水產生量和重金屬協同脫除等其他技術不具備的額外收益,未來應加快發展。

0 引言

2017年,全國火電裝備平均利用小時數為3 836.6小時, 與2016年相比,除山東、北京、河北外,其它省份利用小時數均有不同程度降低,很多煤電企業面臨負荷較低的壓力。統計資料顯示:我國大容量火電機組調峰深度不到50%,北方地區熱電機組調峰深度只有 20% 左右。 2016 年能源局發布《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》,標志我國正式啟動火電靈活性改造示范試點工作?;鸕緦榛钚愿腦煲蠡槭迪衷誄透漢上攏ǜ漢上孿藪釉吹?5%下調至 30%,甚至更低)安全穩定運行、負荷快速升降、低負荷脫硝投入等,其中低負荷脫硝改造是重要組成部分;即便對于利用小時數高的電廠,為滿足風電、光伏等非化石能源充分消納的要求,同樣面臨調峰困難的問題。靈活性將是未來考核火電機組的重要指標,探尋提升火電機組靈活性的技術路徑,適應新的能源戰略要求,實現在役大容量火電機組的技術改造優化具有實際意義。

在相當長一段時間內, SCR 脫硝仍然是中國脫硝技術領域和脫硝市場的主流技術。中國煤電機組的SCR脫硝系統 (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 荷 運 行時, SCR入口煙氣溫度低于催化劑活性溫度,受此限制脫硝系統需強制退出。但是,環保部要求火電機組在任何電負荷下必須排放達標,因此保證 SCR 低負荷下的脫硝效率是火電靈活性改造的重點工作之一,燃煤機組的寬負荷脫硝改造勢在必行。

1 SCR脫硝低負荷退出原因

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硫酸氫銨 (ABS) 的溫度。文獻指出,煙溫低于 ABS露點溫度時,液態 ABS進入催化劑微孔中遮蔽活性表面,限制脫硝反應進行 (見圖 1)。文獻認為,煙氣中 SO3、 NH3 以及水分等濃度,共同決定銨鹽露點,進而影響MOT。文獻強調, SCR應避免在 MOT以下運行,防止 ABS導致催化劑孔隙堵塞。文獻ABS 形成、分解過程復雜,影響因素較多。文獻推導出 NH3、 SO3濃度和脫硝裝置最低投運溫度之間的關系,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,且呈一定的指數函數關系。 ABS 冷凝溫度與 NH3、 SO3濃度關系的實驗結果目前仍存在差異,但均認為 ABS冷凝溫度與二者成正比關系(見圖 2)。

可見,煙氣中ABS析出是SCR低負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數10– 6表示 )。

4.jpg

2 SCR寬負荷脫硝技術

原理上降低 MOT應降低 NH3與 SO3的濃度積,但目前常規技術仍采用提高 SCR入口煙氣溫度以適應催化劑的方法,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)設置 0 號高壓加熱器(高加);

(5)煙道燃燒器技術。另外,非常規技術包括使用寬溫度范圍催化劑和采用堿性吸附劑脫除SO3技術等。

2.1 提高SCR入口煙溫技術

(1)省煤器煙氣旁路方案。設置煙氣內部或外部旁路,部分煙氣直接進入 SCR 后,煙氣溫度可提高約 0℃。采用內部旁路使省煤器換熱面積減少,高負荷時經濟性較差,但可通過在SCR和空氣預熱器(空預器)之間增加低溫換熱器予以解決。外部旁路的擋板長期面臨高溫煙氣沖刷,有調節失靈停爐的風險,需重點防范。

(2)省煤器給水旁路和熱水再循環。在省煤器入口設置調節閥和旁路管道,通過調節給水量

改變煙溫,調節幅度一般為10~15 ℃。熱水再循環是為進一步提高調節量,在省煤器出口至下部水冷壁入口下降管上引出再循環管路,加壓后引入給水管路。調節范圍達到 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,給水先進入下游受熱面再進入省煤器。北侖電廠2號 600MW機組改造后, 50%負荷SCR入口煙溫達到315 ℃,滿負荷時低于400 ℃。沙角電廠將該方案與煙氣旁路方案相結合,在快速提高煙溫的同時保證了鍋爐效率[20]。文獻通過熱力計算,比較煙氣旁路、給水旁路和分級改造,得出分級改造為最優, 50% 負荷時SCR入口煙溫可達到320 ℃。問題是改造成本較高,工期較長,改造后煙溫無法調節且提升幅度受限于滿負荷煙溫。

(4)增設零號高壓加熱器(高加)。在高加后增加1個外置蒸汽加熱器,一般是由汽輪機三段抽汽對省煤器給水加熱,相當于0號高加。上海外高橋第三發電廠在增加0號高加后,給水溫度升高38.5 ℃ 時,煙氣溫度升高16 ℃。文獻建議增設低溫省煤器解決機組經濟性的問題。為解決0號高加投資大、工期長等問題,蒸汽噴射器技術利用屏式過熱器出口蒸汽引射汽輪機1 級回熱抽汽,使混合蒸汽進入新增 0 號高加以加熱給水 。但其多針對 50% 以上負荷 , 在 負荷更低時,還需對加熱系統進行相應改進和優化。

(5)煙道燃燒器技術。在尾部煙道增設燃燒器,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?;腦旃て誚銑?,投資大且運行成本較高。美國 BGS 電廠320MW 機組改造后, 180 MW 負荷下正常投運,脫硝入口煙溫達到335 ℃。

2.2 寬溫度范圍催化劑

文獻制備促進ABS低溫分解的復合催化劑(以TiO2 和 TiSi為載體), 將 ABS 分解溫度降至150~200 ℃, 在275 ℃ 含水含硫氣氛中進行試驗, 20h 后催化劑活性仍能保持 85%。文獻以溶膠–凝膠法制備 TiO2 催化劑, 在 250~400 ℃ 內脫硝效率可保證 80%,但未考慮 ABS 的影響??砦露確段Т呋良際醵啻τ謔笛槭醫錐?,未見工業化應用案例。

2.3 堿性吸附劑 SO3 脫除技術

通過注射堿性吸附劑降低煙氣 SO3 濃度,技術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 O3,生成的固體鹽類顆粒物通過除塵設備脫除,吸附劑注射形式分為干粉注射和漿液注射,可協同脫除 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羽、治理空預器堵塞、緩解設備腐蝕和減少脫硫廢水量的額外收益。 MOT與 SO3濃度關系如圖 4 所示。由圖4可見, 當SO3體積分數降至 5×10-6 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SO3高脫除率的同時,未見催化劑和空預器的異常。

3.jpg

目前, Gibson 電廠5臺機組脫除 O3的注射點全部改造至SCR 入口。 2010 年,美國 Wansley 電廠 1073MW 機組的SCR入口SO3 體積分數從 22×10-6 降至 7×10-6 后, MOT由308 ℃ 降至289 ℃。文獻 研究 SO3 濃度、低負荷時間對催化劑活性的影響機理,結果如圖 5 所示。由圖 5 可見, SO3體積分數脫除至 3×10-6 后,催化劑在 260 ℃ 下維持70h后仍能保持60% 的活性,圖中縱坐標為一定溫度下催化劑活性 (Kt) 與382℃ 下催化劑活性(K382 ℃) 的比值。

2.jpg

3 SCR 寬負荷脫硝改造的技術經濟性分析

以某300MW 亞臨界機組為例,從改造投資、工期、效果等方面對比上述各寬負荷脫硝改造方案,結果如表1所示。分析認為對于老舊機組,應采用煙道旁路改造,即以較小投入的方案獲取最佳環保收益;如改造空間和鋼結構負載有限,應避免省煤器分級改造方案;如原脫硝流場不均勻,采用煙道旁路方案更應慎重,避免煙氣混合不均造成的催化劑燒結;如電廠在鋼廠或焦化廠周邊,可考慮應用煙道燃燒器方案,開展利用高爐或焦爐煤氣做燃料的嘗試,以替代天然氣,有效降低成本;堿性吸附劑脫除SO3技術降低MOT的案例主要集中在國外,且多在近幾年完成,長期附劑脫除SO3技術在國內則尚處于起步階段,除技術外還需考慮電廠周邊堿粉資源情況,以保證SO3脫除的經濟性;另外,在脫除SO3的同時應有效控制氨逃逸,才能確保 MOT降低效果。

1.jpg

4 結論與建議

未來煤電機組將更多發揮調峰作用,承擔更多碳減排責任。目前,實施火電靈活性改造和推動儲能技術發展,將成為我國兌現巴黎協定承諾的主要手段??碭漢賞嚴跫際踝魑鸕緦榛钚愿腦熘匾槌剎糠?,推動其高質量發展意義重大。本文在分析 SCR 脫硝系統低負荷退出運行的原因時,對各項寬負荷脫硝技術進行分析,得出以下結論和建議:

(1) SC 低負荷退出溫度取決于最低投運溫度,該溫度由煙氣中硫酸氫銨的冷凝溫度所決定,主要影響因素是 NH3和SO3濃度,并與二者正相關。根本解決低負荷退出的技術手段為降低煙氣中 NH3和 SO3濃度。

(2)確定寬負荷脫硝方案的原則應為“因廠制宜,因機制宜” ,根據電廠的實際情況確定相應的改造方案??悸薔瞇?,可選擇煙道旁路、省煤器旁路和零號高加技術;考慮后期維護量小,可采用省煤器分級改造技術;燃料成本較低時,可采用尾部燃燒器技術。

(3)國內應加快開展寬溫度范圍 SCR 脫硝催化劑研究 , 同時著力開發堿性吸附劑 脫除SO3技術,推進其工業化應用。使用寬溫度范圍催化劑,可免除針對寬負荷脫硝的改造工程;堿性吸附劑脫 SO3技術在拓寬SC 最佳運行負荷.

免責聲明:文章僅代表作者觀點,版權歸原作者所有。因轉載眾多,或無法確認真正原始作者,故僅標明轉載來源,部分文章推送時未能與原作者取得聯系,十分抱歉,如來源標注有誤,或涉及作品版權問題,請告知,我們及時予以更正/刪除。)

(
文章分享來源轉自:《中國電力》 作者:胡冬