一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法转让专利
申请号 : CN202011246938.3
文献号 : CN112717690B
文献日 : 2023-02-21
发明人 : 何金亮 , 卢承政 , 谢新华 , 周健 , 梁俊杰 , 宋玉宝 , 金理鹏 , 方朝君 , 黄飞 , 赵宁波 , 朱德力 , 王建阳 , 张庚 , 李明磊 , 韦振祖 , 陈嵩涛
申请人 : 苏州西热节能环保技术有限公司 , 西安热工研究院有限公司
摘要 :
本发明涉及一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，包括收集包括机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数、深度调峰时长、机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数；采集SCR催化剂测试元件，模拟机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下催化剂的活性，观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况，灵活调整机组深度调峰工况下SCR脱硝的正常投运。本发明基于SCR催化剂MOT与烟气条件密切相关、催化剂硫酸氢铵中毒后性能可恢复的特性，挖掘催化剂低负荷运行性能、调整入炉煤，在不进行设备提温改造的情况下，实现燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝系统正常投运，节省改造投资、减少后期设备运行维护工作量。
权利要求 :
1.一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，其特征在于：包括：
S1：（1）、收集包括机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数、深度调峰时长t、机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数，所述的深度调峰工况下SCR入口烟气参数包括烟气温度Ttag，所述的机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数包括烟气温度Tmin；
（2）、采集SCR催化剂测试元件，
S2、模拟机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下所述的催化剂测试元件的活性，观察所述的催化剂测试元件的活性随通烟气时间的变化情况：当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后，活性不下降，机组深度调峰工况下保持当前运行方式；当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后，活性下降，切换至机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数条件，观察催化剂测试元件的活性随通烟气时间的变化情况：当所述的催化剂测试元件在Tmin下运行时长t后，活性恢复至初始值，机组深度调峰工况下保持当前运行方式；当所述的催化剂测试元件在Tmin下运行时长t后，活性不能恢复至初始值，切换至机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，降低SCR入口烟气中含硫量的浓度，测试催化剂测试元件的活性：当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后活性下降，继续降低SCR入口烟气中含硫量的浓度，直至所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后活性停止下降，确定烟气中临界含硫量浓度。
2.根据权利要求1所述的燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，其特征在于：确定烟气中临界含硫量浓度时：根据该临界含硫量浓度及炉膛SO2/SO3转化率，计算烟气中的SO2浓度，进而反算入炉煤含硫量。
3.根据权利要求1所述的燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，其特征在于：所述的SCR催化剂测试元件采集自现场SCR脱硝装置的顶层。
4.根据权利要求1所述的燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，其特征在于：进行S2时，均在实验室条件下进行。
5.根据权利要求1所述的燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，其特征在于：所述的机组常规运行最低负荷下为除深度调峰以外的日常调度最低负荷。
说明书 :
一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法
技术领域
[0001] 本发明属于SCR脱硝技术领域，具体涉及一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法。
背景技术
[0002] 近年来国内风电、太阳能等新能源装机容量快速上升，但弃风、弃光现象都比较严重，为提高新能源消纳能力，当前存在多项要求火电机组参与深度调峰的相关规定。对于燃煤火电机组来说，无论是从满足相关规定还是从提高自身盈利角度考虑，参与深度调峰已成为必然趋势。
[0003] 根据目前的相关规定，现役主力燃煤机组深度调峰能力需达到40%以下额定出力，现代大型燃煤锅炉最低不投油稳燃负荷基本能达到该要求。然而，随机组运行负荷降低，SCR脱硝装置入口烟温降低，当烟温低于催化剂设计MOT（Minimum Operating Temperature，指的是催化剂不发生硫酸氢铵中毒的最低连续运行烟气温度）时，为防止催化剂发生硫酸氢铵中毒，运行人员将不得不停止喷氨、退出脱硝，造成NOx排放超标。从目前诸多参与深度调峰的机组来看，低负荷下SCR脱硝装置无法正常投运、NOx排放超标已成为制约机组深度调峰的关键因素。
[0004] 目前国内燃煤机组通常通过实施设备提温改造、提高深度调峰工况下SCR入口烟温至催化剂设计MOT之上，实现SCR正常投运，常用的改造方案包括加装高温烟气调温旁路、加装烟气加热装置、实施省煤器分级改造等，往往要求提温幅度较大，改造工作量大、投资费用高，设备运维工作量也较大。
[0005] 催化剂MOT与烟气条件密切相关，而在一定条件下催化剂硫酸氢铵中毒后性能也是可恢复的。因此，针对不同催化剂，结合其实际运行烟气条件，制定机组深度调峰工况下SCR脱硝灵活投运方法，可避免不必要的设备改造，减少投资和设备运维工作量。
[0006] 参见公开号为CN111649349A的专利公开了一种用于锅炉深度调峰的全负荷脱硝系统及其操作方法，该方案在锅炉转向室引出高温烟气旁路接至SCR入口烟道，通过高温烟气加热SCR入口烟气；同时在省煤器给水管道上增设一台零号高压加热器，提高省煤器入口水温，减少省煤器吸热量，提高SCR入口烟温。当机组启停或低负荷运行时，通过耦合调节旁路烟道调节门以及零号高加抽气管道调节阀开度，实现SCR入口烟温的调控和全负荷脱硝。
[0007] 参见公开号为CN208320482U的专利公开了一种深度调峰机组超低负荷下烟气脱硝辅助加热系统，该方案在SCR入口烟道内加装燃气燃烧器，在机组超低负荷（30%下）工况下，通过燃气燃烧提高SCR入口烟温至设定的高低限(320～400℃)之间，使得燃煤机组在超低负荷工况下依然可以投用SCR脱硝装置。
[0008] 参见公开号为CN 205299462U的专利公开了一种省煤器分段锅炉全负荷低NOx装置，该方案将锅炉省煤器分段布置，在SCR反应器区上方安装高温段和中温段省煤器，在SCR反应器下方安装低温段省煤器，通过减少SCR反应器区上游省煤器吸热量，提高SCR入口烟气温度，实现锅炉最低稳燃负荷 BMCR负荷下SCR脱硝系统正常投运。~
[0009] 上述方案都是通过设备提温的改造方法，将SCR入口烟气温度提升至催化剂设计MOT温度之上，实现机组深度调峰乃至全负荷范围内SCR脱硝正常投运。但三种方案都忽视了催化剂MOT是与SCR入口烟气条件相关的，由于催化剂设计MOT一般是按照SCR入口较恶劣的烟气条件计算得到，在实际运行烟气条件下通常都有一定裕量。因此，按照催化剂设计MOT进行设备提温改造，往往改造工作量大、投资费用高。另外，方案一投运时会降低锅炉效率，方案二投运时需要消耗大量燃气，都会增加机组运行成本。
[0010] 参见公开号为CN108051117A的专利公开了一种SCR脱硝连续喷氨温度在线监测及控制系统和方法，该方案通过在SCR脱硝反应器入口设置烟气流量、SO3浓度、烟气温度、烟气压力、氨流量测量装置，根据测量数据计算最低连续喷氨温度，当SCR入口烟气温度低于最低连续喷氨温度时，关闭氨关断阀，退出脱硝。该方案针对催化剂MOT与SCR入口烟气条件相关这一特性，通过测量烟气流量、烟气成分等参数来在线监测催化剂MOT，存在的主要问题包括：1）测量设备的准确性，尤其是SO3；2）利用监测数据计算催化剂MOT的准确性和通用性；3）安装多个测量设备，费用较高；4）当SCR入口烟温低于计算的MOT时，即退出脱硝，未考虑催化剂硫酸氢铵中毒后性能恢复特性，导致NOx排放超标时段变长。
发明内容
[0011] 本发明的目的是提供一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法。
[0012] SCR催化剂在MOT以下温度运行时，烟气中的NH3与SO3反应生成液态的硫酸氢铵渗入催化剂毛细微孔，阻碍烟气中NH3与NO扩散到催化剂活性表面进行还原反应，造成催化剂活性下降。在一定条件下，通过提升机组负荷提高SCR入口烟温，可使催化剂微孔中的硫酸氢铵气化析出，催化剂活性得以恢复。因此，催化剂低负荷运行性能与实际烟气条件（如烟气中的NH3、SO3浓度）等密切相关，而采取适当的运行方式能使硫酸氢铵中毒的催化剂恢复活性。
[0013] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0014] 一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，包括：
[0015] S1：（1）、收集包括机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数、深度调峰时长t、机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数，所述的深度调峰工况下SCR入口烟气参数包括烟气温度Ttag，所述的机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数包括烟气温度Tmin；
[0016] （2）、采集SCR催化剂测试元件，
[0017] S2、模拟机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下所述的催化剂测试元件的活性，观察所述的催化剂测试元件的活性随通烟气时间的变化情况：
[0018] 当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后，活性不下降，机组深度调峰工况下保持当前运行方式；当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后，活性下降，切换至机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数条件，观察催化剂测试元件的活性随通烟气时间的变化情况：
[0019] 当所述的催化剂测试元件在Tmin下运行时长t后，活性恢复至初始值，机组深度调峰工况下保持当前运行方式；当所述的催化剂测试元件在Tmin下运行时长t后，活性不能恢复至初始值，切换至机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，降低入炉煤含硫量。
[0020] 优选地，在S2中：确定入炉煤含硫量包括：在机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件下，降低SCR入口烟气中含硫量的浓度，测试所述的催化剂测试元件的活性：
[0021] 当所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后活性下降，继续降低SCR入口烟气中含硫量的浓度，直至所述的催化剂测试元件在Ttag下运行时长t后活性停止下降，确定烟气中临界含硫量浓度。
[0022] 进一步优选地，确定烟气中临界含硫量浓度时：根据该临界SO3浓度及炉膛SO2/SO3转化率，计算烟气中的SO2浓度，进而反算入炉煤含硫量。
[0023] 优选地，所述的深度调峰工况下SCR入口烟气参数、机组常规运行最低负荷下SCR入口烟气参数还包括NH3、SO2、SO3、H2O浓度、烟气流量。
[0024] 优选地，所述的SCR催化剂测试元件采集自现场SCR脱硝装置的顶层。
[0025] 优选地，进行S2时，均在实验室条件下进行。
[0026] 优选地，所述的机组常规运行最低负荷下为除深度调峰以外的日常调度最低负荷。
[0027] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0028] 本发明基于SCR催化剂MOT与烟气条件密切相关、在一定条件下催化剂硫酸氢铵中毒后性能可恢复的特性，充分挖掘催化剂低负荷运行性能、调整入炉煤等运行方式，在不进行设备提温改造的情况下，实现燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝系统正常投运，节省改造投资、减少后期设备运行维护工作量。
附图说明
[0029] 附图1为本实施例的方法流程图。
具体实施方式
[0030] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 如图1所示的一种燃煤机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法，包括：
[0032] 收集资料：包括机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数（NH3、SO2、SO3、H2O浓度，烟气流量，烟气温度Ttag），深度调峰时长t；机组常规运行最低负荷（除深度调峰以外的日常调度最低负荷）下SCR入口烟气参数（NH3、SO3、H2O浓度，烟气流量，烟气温度Tmin）。
[0033] 现场采集SCR脱硝装置顶层的催化剂测试元件（以下简称催化剂）。
[0034] 在实验室条件下，模拟机组深度调峰工况下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1），观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况，制定相应的机组深度调峰工况下SCR脱硝投运方法：
[0035] 当催化剂在Ttag下运行时长t后，活性不下降，表明机组深度调峰工况下SCR入口烟气温度Ttag高于催化剂MOT，因此SCR可正常喷氨运行，机组维持常规运行方式即可；
[0036] 当催化剂在Ttag下运行时长t后，活性下降，表明机组深度调峰工况下SCR入口烟气温度Ttag低于催化剂MOT，在此温度下运行催化剂发生了硫酸氢铵中毒，此时应考察催化剂硫酸氢铵中毒后活性恢复特性，催化剂入口切换至机组常规运行最低负荷下的烟气参数条件，观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况：
[0037] 当催化剂在Tmin下运行时长t后，活性恢复至初始值，表明机组负荷上升至常规运行最低负荷后，随SCR入口烟温上升，催化剂硫酸氢铵中毒可恢复，因此深度调峰工况下SCR可正常喷氨运行，机组维持常规运行方式即可；
[0038] 当催化剂在Tmin下运行时长t后，活性不能恢复至初始值，表明即使机组负荷上升至常规运行最低负荷、 SCR入口烟温上升，催化剂硫酸氢铵中毒也不可恢复，此时应优先考虑采取降低催化剂MOT的方法来保证深度调峰工况下SCR正常投运，由于催化剂MOT与烟气条件、特别是SO3浓度有关，因此采用降低入炉煤含硫量的方法最为有效。
[0039] 在本实施例中：入炉煤含硫量的确定方法如下：
[0040] 将催化剂入口切换至机组深度调峰工况下的NH3、H2O浓度及烟气流量、烟气温度Ttag，降低SO3浓度，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1）：
[0041] 当催化剂在Ttag下运行时长t后活性下降，继续降低SCR入口烟气中SO3浓度，直至催化剂在Ttag下运行时长t后活性不下降，从而确定烟气中的临界SO3浓度。根据该临界SO3浓度及炉膛SO2/SO3转化率（按深度调峰工况下SCR入口烟气中SO2、SO3浓度推算），计算烟气中的SO2浓度，进而反算入炉煤含硫量。
[0042] 实施例一：
[0043] 某320MW机组，SCR脱硝装置按入口NOx浓度为350mg/m3、出口NOx浓度为50mg/m3设计，催化剂设计MOT为300℃。机组深度调峰目标负荷为96MW，调峰时间主要为10:00 14:00，~每次约4h；机组常规运行最低负荷为130MW。
[0044] S1：（1）、收集资料：机组96MW负荷下SCR入口烟气温度约292℃，烟气中NH3、SO2、3
SO3、H2O浓度分别约80μL/L、239μL/L、2.6μL/L、7.89%，烟气流量约280000m/h；机组130MW负荷下SCR入口烟气温度约308℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约106μL/L、239μL/L、2.6μ
3
L/L、7.89%，烟气流量约380000m/h。
SO3、H2O浓度分别约80μL/L、239μL/L、2.6μL/L、7.89%，烟气流量约280000m/h；机组130MW负荷下SCR入口烟气温度约308℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约106μL/L、239μL/L、2.6μ
3
L/L、7.89%，烟气流量约380000m/h。
[0045] （2）、抽取SCR顶层催化剂测试元件。
[0046] S2：在实验室条件下进行活性测试，模拟机组96MW负荷下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1），观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况。实验室测试结果显示催化剂在292℃下运行4h，活性不下降，表明该机组在深度调峰工况下（30%负荷）SCR脱硝可正常喷氨投运，机组保持当前的运行方式即可。
[0047] 实施例二：
[0048] 某330MW机组，SCR脱硝装置按入口NOx浓度为400mg/m3、出口NOx浓度为80mg/m3设计，催化剂设计MOT为300℃。机组深度调峰目标负荷为99MW，调峰时间主要为11:00 14:00，~每次约3h；机组常规运行最低负荷为160MW。
[0049] S1：（1）、收集资料：机组99MW负荷下SCR入口烟气温度约280℃，烟气中NH3、SO2、3
SO3、H2O浓度分别约54μL/L、393μL/L、3.9μL/L、8.54%，烟气流量约294000m/h；机组160MW负荷下SCR入口烟气温度约310℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约57μL/L、393μL/L、3.9μ
3
L/L、8.54%，烟气流量约475000m/h。
SO3、H2O浓度分别约54μL/L、393μL/L、3.9μL/L、8.54%，烟气流量约294000m/h；机组160MW负荷下SCR入口烟气温度约310℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约57μL/L、393μL/L、3.9μ
3
L/L、8.54%，烟气流量约475000m/h。
[0050] （2）、抽取SCR顶层催化剂测试元件。
[0051] S2：在实验室条件下进行活性测试，模拟机组99MW负荷下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1），观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况，测试结果显示催化剂在280℃下运行3h，活性下降了12%。
[0052] 将催化剂入口切换至机组160MW负荷下的烟气参数条件，继续测试催化剂活性，观察催活性随通烟气时间的变化情况，测试结果显示催化剂在310℃下运行3h，活性恢复至初始值。
[0053] 分析结果表明催化剂在机组深度调峰工况下（30%负荷）运行发生了硫酸氢铵中毒，但深度调峰结束后机组负荷上升至日常运行最低负荷（约50%负荷），随SCR入口烟温上升，催化剂硫酸氢铵中毒得以恢复，因此该机组在深度调峰工况下SCR脱硝也可正常喷氨运行，机组维持常规运行方式即可。
[0054] 实施例三：
[0055] 某1000MW机组，SCR脱硝装置按入口NOx浓度为240mg/m3、出口NOx浓度未48mg/m3设计，催化剂设计MOT为317℃。机组深度调峰目标负荷为300MW，调峰时间主要为晚间，每次约4h；机组常规运行最低负荷为400MW。
[0056] S1：（1）、收集资料：机组300MW负荷下SCR入口烟气温度约285℃，烟气中NH3、SO2、3
SO3、H2O浓度分别约163μL/L、1503μL/L、15μL/L、8.6%，烟气流量约904000m/h；机组400MW负荷下SCR入口烟气温度约303℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约174μL/L、1503μL/L、15μ
3
L/L、8.6%，烟气流量约1210000m/h。
SO3、H2O浓度分别约163μL/L、1503μL/L、15μL/L、8.6%，烟气流量约904000m/h；机组400MW负荷下SCR入口烟气温度约303℃，烟气中NH3、SO2、SO3、H2O浓度分别约174μL/L、1503μL/L、15μ
3
L/L、8.6%，烟气流量约1210000m/h。
[0057] （2）、抽取SCR顶层催化剂测试元件。
[0058] S2：在实验室条件下进行活性测试，模拟机组300MW负荷下SCR入口烟气参数条件，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1），观察催化剂活性随通烟气时间的变化情况，测试结果显示催化剂在285℃下运行4h，活性下降了约20%。
[0059] 将催化剂入口切换至机组400MW负荷下的烟气参数条件，继续测试催化剂活性，观察催活性随通烟气时间的变化情况。测试结果显示催化剂在303℃下运行4h，活性只能恢复至90%。
[0060] 将催化剂入口切换至机组300MW工况下的NH3、H2O浓度及烟气流量、烟气温度条件，降低SO3浓度，测试该烟气参数条件下的催化剂活性（MR=1），如催化剂在285℃下运行4h活性下降，继续降低SCR入口烟气中SO3浓度，直至催化剂在在285℃下运行4h活性不下降，此时烟气中的SO3浓度为7μL/L，即为临界SO3浓度，据此反算入炉煤含硫量约0.8%。
[0061] 分析结果表明催化剂在机组深度调峰工况下（30%负荷）下运行发生了硫酸氢铵中毒，且机组负荷上升至日常运行最低负荷（约50%负荷）后中毒也难以完全恢复，该机组在深度调峰工况下可通过降低入炉煤含硫量至0.8%以下，实现SCR脱硝正常喷氨运行。
[0062] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。