火电厂机组负荷调整对SCR脱硝效果的影响分析

时间：2023-03-08

太原锅炉集团有限公司（太原锅炉厂）技术宣

为研究火电厂机组负荷调整对选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction，SCR)脱硝效果的影响，试验以SCR脱硝系统为研究对象，采用控制变量的方式，分别对5台火电厂机组在不同负荷条件下的烟气的温度、氧含量、污染物含量、脱硝效率以及SO2/SO3转化率等进行测量比较。结果表明，随着负荷的降低，氧含量以及NOx质量浓度升高，温度、脱硝效率以及SO2/SO3转化率降低；同温度相比，氧含量变化对NOx生成量的影响更大；而温度对于脱硝效率以及SO2/SO3转化率有较为显著的影响。

氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物(NOx)包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化二氮（N2O）和五氧化二氮（N2O5）等。作为空气污染物的NOx常指NO和NO2。**每年因人类活动向大放的NOx约5300万t。NOx对自然环境的破坏力非常大，它是形成酸雨、光化学烟雾的重要物质，同时也是消耗臭氧的一个重要因子。火力发电厂作为NOx的一个重要排放源，每年向大气中排放大量的NOx，随着我国环保政策的日益严格，NOx排放得到了严格控制。目前，国家大力推行火电厂**低改造，依据**低排放的要求，NOx排放标准为50mg/m3。根据生态环境部2018年数据显示，全国实现**低排放的煤电机组约8.1×109kW，占全国煤电总装机容量的80%。目前，火电厂对于NOx的脱除措施主要包括2种：选择性非催化还原法（SelectiveNon-CatalyticReduction，SNCR）和选择性催化还原法（SelectiveCatalyticReduction，SCR），由于SNCR脱硝技术脱硝效率较低，很多时候难以满足NOx的排放要求，大多数火电厂选择了脱硝效率更高的SCR脱硝技术来进行NOx的控制。

近年来，我国大力推行清洁能源发展，清洁能源发电量所占比例逐年升高，但是由于自然条件的限制，其存在发电量不稳定，变化较大的问题。社会用电量在一段时间内也存在着很大的变化。这些变化因素都需要火电机组进行负荷的调整。机组负荷的变化会引起烟气温度、氧含量和污染物含量等的变化，进而影响SCR脱硝系统的正常工作。本文以SCR脱硝系统为研究对象，研究机组不同负荷条件下SCR的脱硝效果。

1 方法及设备

1.1试验方法

试验选取5台燃煤机组，将5台机组按照#1机组、#2机组、#3机组、#4机组和#5机组的方式进行分类编号。5台机组燃烧的煤种主要以东胜和乌海烟煤为主，脱硝方式为SCR，脱硝还原剂均为液氨，催化剂均为（2+1）层模式，备用层均未投运。为保证测试结果仅与负荷调整有关，试验采取控制变量的方式，将各负荷段的测试试验集中在一定时间内完成，保证机组燃烧煤种和催化剂等条件不发生明显变化，保证机组负荷稳定。同时，各负荷段试验期间不进行燃烧调整和风量调整。试验主要测定5台机组A、B侧在不同负荷条件下SCR反应器进出口NOx、进出口温度、进出口氧含量、NH3/NOx摩尔比、氨逃逸浓度、脱硝效率以及SO2/SO3转化率。

采样点布置采用烟道断面网格法，进出口NOx、进出口温度、进出口氧含量，入口SO2以及氨逃逸浓度等采用便携式的仪器设备进行测定，每组测定10个平行样，每次测定3min；SO3按照标准《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范：DL/T998—2016》中的方法拼装仪器进行测定，每组测定3个平行样，每次测定30min。用Excel2003将NOx、SO2以及SO3浓度折算到标准状态、干基、6%O2时的浓度，同时对所有数据进行平均值计算。

1.2试验设备仪器

试验分析的设备仪器包括便携式大流量低浓度烟尘自动测试仪（3012HD）、芬兰GASMT公司的便携式红外多阻气体分析仪（GASMETDX-4000）、德国testo公司的烟气分析仪（testO350）、德国testo公司的单点烟气温度测量仪（testo925）、德国M&C公司的顺磁氧量分析仪（PMA10）、加拿大Unisearch公司的便携式氨逃逸浓度分析仪以及《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范：DL/T998—2016》中的SO3采样设备等。

2 结果与分析

2.1 氧含量与机组负荷的关系

不同负荷条件下的氧含量变化见图1。5台机组SCR入口、出口氧含量均随负荷的降低而增加。

图1 氧含量与机组负荷的关系

对于入口氧含量，负荷为50%时，较大值和较小值分别为5.9%和3.4%；负荷为75%时较大值和较小值分别为5.8%和2.5%；负荷为**时较大值和较小值分别为3.1%和1.1%。50%负荷的入口氧含量平均是75%负荷的1.4倍，是**负荷的2.1倍。

对于出口氧含量，负荷为50%时，较大值和较小值分别为6.3%和5.0%；负荷为75%时较大值和较小值分别为6.1%和3.2%；负荷为**时较大值和较小值分别为3.3%和1.9%。50%负荷的出口氧含量平均是75%负荷的1.4倍，是**负荷的2.1倍。

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