深度调峰燃煤锅炉超净排放关键因素分析

深度调峰燃煤锅炉超净排放关键因素分析

发表时间：2019-06-06T08:53:50.647Z 来源：《电力设备》2018年第36期作者：高小波于献云

[导读] 摘要：燃煤锅炉的超净排放改造是近期电站节能减排工作的重点，但燃煤锅炉深度调峰运行造成效率降低及污染物排放难以控制是普遍存在的问题。

（内蒙古上都发电有限责任公司内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗 027200）

摘要：燃煤锅炉的超净排放改造是近期电站节能减排工作的重点，但燃煤锅炉深度调峰运行造成效率降低及污染物排放难以控制是普遍存在的问题。通常对锅炉进行燃烧优化试验，以解决调峰运行时低负荷稳燃问题，并达到控制污染物排放目的。燃煤电厂大力推广“超净排放”是煤炭工业生存和发展的必经之路。超净排放是对多种污染物进行有效协调控制的技术，改进燃煤电厂现有的脱销脱硫除尘设备，使烟气废弃物的浓度实现燃气轮机机组排放标准，当前燃煤电厂主要使用的脱硝、除尘技术，分析了深度调峰对锅炉超净排放SOx、NOx 以及粉尘排放的影响因素，对电力系统安全稳定运行进行了展望。

关键词：调峰；安全稳定；排放

风电出力具有间歇性、随机性、反调峰等特点，风电并网会加大系统负荷峰谷差，系统调峰压力越来越重。我国火电机组容量占比过大，电源结构不合理，规模化风电并网后增加的调峰任务主要由火电机组承担，随着风电并网规模的不

断增大，社会对火电机组深度调峰的呼声越来越高。燃煤机组深度调峰在给电网带来尽可能多的调峰容量外，对自身运行也产生一定的影响。本文介绍了超净排放技术与常规烟气处理技术改造本质区别，对燃煤机组深度调峰对超净排放脱硝、除尘影响进行分析。

一、燃煤机组调峰方式分析

1、低负荷调峰：这是广泛应用的调峰手段，通过调节机组负荷来保证系统的调峰需求，采取定压-滑压-定压的运行方式。机组最低负荷受到锅炉燃烧稳定性、水动力工况安全性、锅炉辅机设备参数等因素的影响，一般基于机组性能试验中的锅炉最低稳燃负荷试验来确定最低负荷。

2、启停两班制调峰：这种调峰方式的运行机制为由于白天负荷较多，晚间负荷通常较少，因此在白天正常运行，在晚间机组停运六到八个小时，等到第二天凌晨再次热态启机。此调峰方式的优点在于机组调峰裕度很大，可达到100%，适用于调峰需求较大的情况。如果启停操作过程较频繁，汽轮机转子会承受交变应力的作用，将会造成汽轮机转子的蠕变损耗和低周疲劳，对锅炉的转子寿命有很大危害。

3、低速旋转热备用调峰：这种调峰方式的运行机制为在电网低谷负荷时段，机组降低负荷至零后，与电网解列，并通过锅炉燃油维持 5%左右的负荷，同时汽轮机被注入低参数蒸汽，使之维持在一种温度较高的、低速运转的状态。此种方式的优点在于操作简单，只需增减负荷，安全性较高。

二、深度调峰对燃煤的影响

1、对燃煤机组脱硝的影响

（1）NOx 超净排放技术。我国当前新建燃煤电厂基本都配备了先进的低氮燃烧器与SCR 选择性催化还原联合脱硝技术。NOx 超净排放技术本质上与常规燃煤机组脱硝技术是相同的，主要区别在于低氮燃烧燃烧技术上的优化以及在SCR 脱硝催化剂填装层数增加。使用常规低氮燃烧器生成的NOx 约75%是在燃尽风区域生成的，通过改进燃烧器调整二次风与燃尽风的比例，就可以有效降低燃烧产生的NOx。对SCR 脱硝系统的改造，通过增装催化剂层数，最终使得综合脱硝效果满足超净排放要求。

（2）深度调峰对脱硝的影响。现在电厂配备的脱硝系统技术已经成熟，脱硝效率也较高，主要存在的问题就是低温状态下无法正常投入运行和催化剂中毒失活。在深度调峰时，锅炉进入低负荷运行状态，对于炉膛内部NOx 生成情况，炉内温度降低，炉膛内NOx 生成量减少。原因主要包括：（1）投入的燃料量大幅度减少，燃料含氮总量减少；（2）炉膛温度对热力型NOx 生成有直接影响，炉膛温度降低，热力型NOx 生成趋势明显下降；（3）在一定范围内燃料型NOx 也受温度影响生成量减少。SCR 催化还原脱硝技术是利用氨作为还原剂，多数以TiO2 作为载体，在以V2O5 或者V2O5-WO3 或者V2O5-MoO3 作为催化剂情况下进行的一系列催化还原反应，为增大反应物的接触面积将反应单元制成蜂窝式、板式或波纹式类型。火电厂低负荷脱硝研究表明：当负荷降至50-60%时，排烟温度已经低于催化剂正常持续运行温度范围320-420℃。低至一定程度后脱硝设施会退出运行，因此造成氮氧化物超标。长期低负荷运行，锅炉排烟温度低会造成催化剂使用寿命的大幅度缩短。不同的催化剂适宜反应的温度不同，但是低于催化剂温度下长期运行都会造成催化剂活性降低；锅炉低负荷运行时生成SO3 的量增加，SO3 与还原剂NH3 发生反应生成（NH4）2SO4、NH4HSO4 沉积在催化剂上，催化剂孔道发生堵塞、比表面积减小，进一步降低催化剂活性。导致SCR 法高效率的脱硝优势无法体现，催化剂的不可逆性失活也增加了燃煤电厂的经济投入。锅炉低负荷下运行，燃烧燃料量减少，锅炉排烟量减少，烟气流速降低。脱硝装置长期在低烟气流速下运行，其积灰的可能性增加，尤其是对于锅炉吹灰装置吹灰效果较差的机组和只装有声波吹灰装置的脱硝装置。实践证明其积灰程度明显增加，积灰同时也会阻碍氮氧化物的催化还原反应，积灰还会造成催化剂寿命缩短、脱硝效率降低以及氨逃逸等一系列问题。

2、深度调峰对燃煤机组除尘的影响

（1）除尘超净排放技术。目前燃煤机组超净排放除尘技术主要有低低温静电除尘技术、湿式电除尘技术、电袋负荷除尘技术、旋转电极静电除尘技术、高频电源技术等。当要求超净排放除尘率达到99.8%-99.85%时，使用常规电除尘加高频电源或者旋转电极即可满足要求；而要进一步提高电除尘效率，达到高于99.85%的水平，常规电除尘已经不能满足要求，可选用低低温电除尘器技术或超净电袋除尘技术。

（2）深度调峰对除尘的影响。低温静电除尘技术在国际范围内已经获得成应用，在我国华能长兴电厂、华能北京热电厂、国华三河电厂等超低排放燃煤机组均采用了这项技术。这项技术与常规静电除尘技术相比，在原有静电除尘器前加装了低温省煤器，除尘器入口烟气温度降低至90~100℃。除尘器上游烟气飞灰浓度较大，安装低温省煤器后烟气温度低于酸露点温度，烟气中硫酸亚硫酸蒸汽等酸性气体发生凝结聚集在省煤器管壁并粘附飞灰，造成低温省煤器的低温腐蚀。机组进行深度调峰时烟气温度降低，烟气中飞灰比电阻降低，同时除尘器入口烟气流量减少，使得除尘器的除尘效率提高；与此同时，由于除尘器入口烟温的降低，烟气中部分SOx、HCl 蒸汽等将聚集粘结吸附于飞灰颗粒表面形成一层液膜。研究结果表明，低温状态下，亚微米颗粒表面S 含量将明显增加，全部粒径范围内的飞灰颗粒表面Cl 含量增加。S、Cl 成分含量增加将加强飞灰表面的导电性，有助于进一步降低飞灰比电阻。飞灰颗粒粘度增加，有助于细微颗粒聚集为大颗粒，加强除尘器对灰颗粒的捕获。但负荷的降低使得低温省煤器出口温度更低，酸性气体更容易凝结，对于其后的除尘器，腐蚀性物