宽负荷脱硝烟气旁路的选择与实践运用

杨凯 孙伟晋 杨志强 李广斌 邱德来

摘 要： 随着环保要求的日益严格，火力发电厂的氮氧化物（NOx）排放控制成为了一项重要任务。宽负荷脱硝技术作为降低NOx排放的有效手段，在火力发电厂得到了广泛应用。而烟气旁路作为宽负荷脱硝系统的重要组成部分，对系统性能和运行稳定性具有重要影响。对宽负荷脱硝烟气旁路的选择与实践运用进行探讨，以期为相关工程实践提供参考。

关键词： 宽负荷脱硝技术 烟气旁路 选择 实践应用

中图分类号： X773文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）05-0058-03

Selection and Practical Application of the Flue Gas Bypass of Wide-Load Denitration

YANG Kai1 SUN Weijin2 YANG Zhiqiang1 LI Guangbin1 QIU Delai2

1.Guoneng Sanhe Power Generation Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 065201 China； 2.Yantai Longyuan Power Technology Co.， Ltd.， Yantai， Shandong Province， 264006 China

Abstract： With the increasingly strict requirements of environmental protection， nitrogen oxide （NOx） emission control in thermal power plants has become an important task. As an effective means to reduce NOx emissions， wide-load denitration technology has been widely used in thermal power plants. As an important part of the wideload denitration system， the flue gas bypass has an important effect on the performance and operational stability of the system. The selection and practical application of the flue gas bypass of wide-load denitration are discussed， in order to provide reference for related engineering practice.

Key Words： Wide-load denitration technology； Flue gas bypass； Selection； Practical application

宽负荷脱硝烟气旁路技术是一种在热电领域中应用的灵活性改造方案，旨在解决发电侧与用户侧的热电矛盾，并助力大气污染防治。面对日益严格的环保要求，该技术为挖掘燃煤机组调峰潜力提供了有效手段。在深度调峰时，由于机组脱硝系统的正常投入存在问题，环保指标存在不达标的问题。而宽负荷脱硝烟气旁路技术的实践运用能缓解这一问题，保证NOx排放在锅炉启动、停运等各个阶段负荷标准，避免因排放超标而受到的环保处罚，从而实现热电行业的可持续发展[1]。

1 宽负荷脱硝烟气旁路应用现状

1.1 背景与现状

在火电厂运行过程中，燃烧产生的高温烟气中含有大量的氮氧化物，这些物质对环境和人体健康造成严重影响。在现代火电厂管理期间，选择应用脱硝技术，是较为有效的手段之一，能够有效的减少污染物排放。市场上广泛应用的脱硝催化剂通常需要在较高的温度下运行，由于催化剂在固定的温度范围内会表现出最佳的活性和稳定性，所以在设计期间，多将运行温度范围维系在320～420 ℃之间，有效地将烟气中的氮氧化物转化为无害的氮和水。然而，在某些情况下，烟气温度会降低到低于催化剂的最低运行温度。这样的情况下，为了保证催化剂的安全和效率，脱硝装置会暂停喷氨操作[2]。暂停发操作表示在温度低于320 ℃时，不会向烟气中喷入氨气进行脱硝反应。

1.2 宽负荷脱硝烟气旁路问题与原因

宽负荷脱硝烟气旁路问题出现的原因，多是烟气温度变化、催化剂设计局限以及系统应对策略的缺乏。当机组负荷降低，燃烧过程热量减少，省煤器出口的烟气温度随之下降，这一变化导致脱硝系统难以满足运行要求。此外，市场上常用的脱硝催化剂设计运行温度在320～420 ℃之间，一旦烟气温度低于这一范围，催化剂的效率和安全性就会受到影响。在现有的技术条件下，火电厂在低负荷运行时如何确保脱硝系统继续运行并满足环保要求，仍然有待解决。部分火电厂由于缺乏有效的应对策略，不得不在低负荷时暂停脱硝系统，从而影响环保超低排放目标的实现[3]。

2 宽负荷脱硝烟气旁路改造的必要性

2.1 增强系统适应性

通过宽负荷脱硝烟气旁路改造，可以根据煤质和环境温度的变化调整烟气旁路的开度。当煤质较差或环境温度较高时，煤燃烧产生的烟气温度会升高，此时增大烟气旁路的开度，将一部分高温烟气绕过SCR装置，降低催化剂所受到的温度冲击和损伤。当煤质较好或环境温度较低时，可减小烟气旁路的开度，保持更多的烟气经过SCR装置进行催化反应，提高脱硝效率。灵活调整烟气旁路的开度，使系统在不同的运行条件下都能达到较高的脱硝效率，使火电厂适应煤质和环境温度变化的要求，同时还保持SCR催化剂始终在最佳活性温度范围内工作，提高脱硝效率。

2.2 实现机组深度调峰

在锅炉启动阶段，由于负荷从低到高的迅速增加，煤燃烧引起的烟气温度急剧上升。此时，烟气直接进入SCR装置会导致催化剂受到较大的温度冲击和损伤，甚至出现硫酸盐结晶等问题。通过宽负荷脱硝烟气旁路改造，可以将一部分高温烟气绕过SCR装置，使其不直接进入催化剂反应区域，降低催化剂所受到的温度冲击，并保证催化剂始终处于高效活性温度区间。在锅炉停运阶段，负荷从高到低的迅速下降会导致煤燃烧减弱，烟气温度急剧下降。如果此时烟气直接进入SCR装置，催化剂的活性会降低，脱硝效率也将受到影响。在宽负荷脱硝烟气旁路改造后，可调整烟气旁路的开度，将一部分低温烟气绕过SCR装置，保持催化剂在较高温度下工作[4]。

3 宽负荷脱硝烟气旁路选择与改造

3.1 省煤器烟气旁路

加设包墙弯管和旁路烟道，将高温烟气引入脱硝入口烟道内进行混合。这一改造的目的是提高锅炉的脱硝效率，减少氮氧化物的排放。然而，该方案涉及到锅炉结构的改动，需要谨慎评估其对锅炉安全性和经济性的影响。在包墙上开孔并加设开孔弯管，需要根据锅炉现有燃用煤质、尾部受热面布置结构等因素进行热力计算、烟温计算、烟风阻力计算等，以确保改造后的锅炉能够安全运行。此外，为了防止烟气对开孔管子的磨损，还需要增加相应的防磨措施，这可能会增加改造的成本和复杂性。

增加旁路烟道需要对原钢结构进行重新校核，以确保其能够承受新增的荷载。如果原有钢结构的强度不足，需要进行补强，这会涉及到更多的改造工作和成本。同时，新增烟道的支吊点位置也需要通过计算确认，以保证其稳定性和安全性。同时，为了方便新增加烟道的检修，需要额外增加部分平台和扶梯。一方面增加改造的成本，另一方面影响锅炉的整体美观和紧凑性。因此，在设计和施工过程中，需要综合考虑各种因素，既保证改造后的锅炉既能够满足环保要求，又能够保持较高的经济性和安全性。

3.2 省煤器分级

调整省煤器的布置和分级改造，能够提高SCR反应器入口烟温，使脱硝装置在正常运行的最低稳然负荷以上所有负荷下能够正常工作。根据脱硝装置入口烟气温度的要求，将原有省煤器分成两级并重新进行热力计算，可以更加精确地控制烟气温度，满足脱硝装置的运行需求[5]。部分拆除原省煤器并在SCR反应器后增设一级省煤器，进一步调整烟气的温度分布，让SCR反应器在适宜的温度窗口内运行。给水管道改至位于SCR反应器后的新增省煤器入口处，并采用大口径连接管道进行连接，减少SCR反应器前省煤器的吸热量，提高SCR反应器入口烟温。通常情况下，省煤器分级改造对锅炉效率既不会带来负面影响，也不会带来正面影响，表示改造方案在提高锅炉环保性能的同时，不会对其经济性造成显著影响。

3.3 省煤器水侧旁路系统

省煤器水侧旁路方案系统流程见图1。

通过在自给水管路上接入旁路管道，并将其连接至省煤器出口连接管，实现了对系统的高效调节。这一改造方案配备了控制阀、截止阀等阀门，从而精确控制省煤器的旁路水量，进而调控通过旁路的给水流量。由于旁路工质不再经过炉内烟气的换热过程，因此省煤器的换热量得以降低，这直接导致了省煤器出口烟温的提升。这一改进不仅优化了系统的热效率，还有助于提高整个系统的运行稳定性。旁路水量设置了调节阀，这使其在变负荷工况下灵活调整旁路水量，进一步实现对省煤器出口烟温的精确调控。这样，无论是在满负荷还是部分负荷工况下，都能确保系统的高效、稳定运行，从而延长设备使用寿命，并降低运行成本。

省煤器入口热水再循环方案系统流程如图2所示。在负荷进一步下降的情况下，单纯通过给水旁路已无法满足提高烟温的要求。为了解决这一问题，采用省煤器热水再循环系统成为一种有效的解决方案。这一系统通过引出汽包下降管上合适位置的再循环管路，将热水混合后经过新增加的再循环泵加压，然后引入给水管路，以实现该工况下省煤器入口工质流量的最优化。

热水再循环系统的工作原理是提高省煤器进口水温，减小省煤器水侧与烟气侧的传热温差，从而减少省煤器的吸热量，最终达到提高省煤器出口烟气温度的目的。为了实现这一目标，热水再循环流量需要根据省煤器出口烟温进行精确控制。

4 宽负荷脱硝烟气旁路应用总体预期效果

旁路烟道的调节作用如同一个智能的阀门，根据烟气参数的实时变化，自动调节旁路烟道的开度，确保主烟道的烟气流量和温度稳定在设计范围内。这种调节机制保障了脱硝系统始终在最佳状态下运行，从而显著提高了脱硝效率。在实际应用中，采用旁路烟道技术的脱硝系统展现出了优异的性能，其脱硝效率比传统方法提高了10%以上，这一数据充分证明了旁路烟道技术的有效性。对于任何一项技术，其经济价值都是不可忽视的。旁路烟道技术在这方面同样表现出色。首先，通过智能调节减少不必要的能耗和物耗，实现资源的优化配置。其次，旁路烟道在设计中就考虑到了其作为备用通道的功能。当主烟道出现故障时，旁路烟道可以快速接管烟气流通，避免电厂因维修而停产，从而减少了维修带来的直接和间接经济损失。烟气参数受到燃煤种类、锅炉负荷、环境温度等多种因素的影响。在这样的背景下，一个能够适应各种工况的脱硝系统显得尤为重要。旁路烟道技术的引入正好满足了这一需求。它可以根据烟气参数的变化自动调节，确保在各种工况下，脱硝系统都能保持稳定和高效。这种自适应的特性大大增强了脱硝系统的适应性，使其在各种复杂环境下都能发挥出色。

5 结语

宽负荷脱硝烟气旁路的选择与实践运用，对于火电厂的环保和高效运行具有重要意义。通过选择合适的技术方案，并进行工程实践，发现这种旁路系统能够显著提高锅炉在不同负荷下的脱硝效率，保证烟气温度满足催化剂的要求，同时提高机组的安全稳定运行能力。在未来的工作中，将继续优化旁路设计，提高系统的适应性和经济性，为火电厂的可持续发展做出更大的贡献。总之，宽负荷脱硝烟气旁路的应用是火电厂环保技术的重要突破，将助力我国电力工业实现更高的环保与效率目标。

参考文献

[1]李文成，谭增强，蒙毅，等.火电厂并网脱硝和低负荷脱硝的技术现状[J].江西电力，2021，45（10）：47-49.

[2]李文成，赵越，蒙毅，等.700 MW机组全负荷脱硝烟气旁路系统数值模拟研究[J].江西电力，2023，47（2）： 72-78.

[3]李军，王燕山，姚凯.660 MW超超临界机组给水提温适应宽负荷脱硝运行的可行性研究[J].机电信息， 2022（6）：51-54.

[4]刘生华.5.5 m捣固焦炉烟气脱硫脱硝除尘应用实践[J].煤化工，2023，51（4）：53-57.

[5]徐荣田.全负荷脱硝技术在电力机组的设计应用进展[J].电站系统工程，2023，39（6）：64-68.