脫除煙氣SO3實現SCR寬負荷脫硝的可行性分析所屬行業：大氣治理關鍵詞：寬負荷脫硝SCR脫硝脫硝技術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。2017年，全國火電裝備平均利用小時數為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。火電靈活性改造要求機組實現在超低負荷下（負荷下限從原來的45%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。1SCR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，液態人85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）。他鉆劑孔母他鉆劑孔母節「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"（ 液態康霞氫鉞 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液態硫酸氫銨堵塞催化劑微孔機理---0213315獻獻獻獻獻文文文文文.lOOOD---0213315獻獻獻獻獻文文文文文.LOGOIDOIO11492EW詢316AUS冷凝混度/P圖2NH3與SO3積體積分數(10-6)之積對ABS形成溫度的影響研究結果匯總所屬行業：大氣治理關鍵詞：寬負荷脫硝SCR脫硝脫硝技術2SCR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。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30℃。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%負荷時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，但停機改造工期較長，投資大且運行成本較高。美國BGS電廠320MW機組改造后，180MW負荷下正常投運，脫硝入口煙溫達到335℃。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。寬溫度范圍催化劑技術多處于實驗室階段，未見工業化應用案例。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SO3,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SO3高脫除率的同時，未見催化劑和空預器的異常。文獻口4]文獻口|_5xiq2文獻口4]文獻口|_5xiq2制10圖3NH3和SO3體積分數對ABS形成溫度的影響10 15 20 2510 15 20 25 30 35SOs體積分數月厘圖4SCR最低投運溫度與煙氣SO3濃度的關系所屬行業：大氣治理關鍵詞：寬負荷脫硝SCR脫硝脫硝技術 目前，Gibson電廠5臺機組脫除SO3的注射點全部改造至SCR入口。2010年，美國Wansley電廠1073MW機組的SCR入口SO3體積分數從22X10-6降至7X10-6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，圖中縱坐標為一定溫度下催化劑活性(Kt)與382℃下催化劑活性(K382℃)的比值。——蚪態模型（SOj體積分數=1.5K—瞬態模型［SO］悻稅分數=31LH一瞬態模型（SO3體枳分數=10*1g；一瞬志模型舊鼻體積分數=15*1尸］3SG0c 260七 裂00cABS導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。表1某300MW亞臨界機組不同寬負荷脫硝方案技術經濟對比我苴翱歷修機涯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 調節雕，T.哪短 滿糊臉.躺環泵嘛高省牖微 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、尾部煙道增

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花T.瞇.羯條件多治理空相糊照消除前期； 響腳睇.som&舸翻前嬲劑消耗產生-定睚f誠本研羽；熊毓馳:城姆岫水產牛役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。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。寬負荷脫硝技術作為火電靈活性改造重要組成部分，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）SCR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