发电厂降负荷，发电厂机组负荷

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北极星大气网讯： 为了研究火电厂机组负荷调整对选择性催化还原（SCR）脱硝效果的影响，对SCR脱硝系统进行了研究，并利用控制变量进行了实验。对5个火电厂不同负荷工况下的废气温度、氧含量、污染物含量、脱硝效率、SO2/SO3转化率进行了测量和比较。结果表明，随着负荷的降低，氧含量和NOx质量浓度增加，温度、脱硝效率和SO2/SO3转化率降低；这说明温度对发电量影响较大。它对NOx产生有显着影响，进而对脱硝效率和SO2/SO3转化率产生显着影响。

关键词：NOx，负荷调整，选择性还原法，脱硝效果

氮氧化物是指仅由氮和氧组成的化合物。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）。 NOx作为空气污染物通常指NO和NO2。在全球范围内，人类活动每年向大气中排放约5300 万吨氮氧化物。 NOx对自然环境破坏性极大，是造成酸雨和光化学烟雾的重要物质，也是臭氧层损耗的重要因素。火电厂作为NOx排放的重要来源，每年都会向大气排放大量的NOx，并且随着日本环保政策的加强，NOx排放受到严格监管。目前，国家正在大力推广火电厂超低转化，根据超低排放要求，NOx排放标准为50mg/m3。据生态环境部2018年数据显示，全国超低排放燃煤电厂数量约为8.1109kW，占燃煤发电设施总容量的80%在国内。目前火电厂脱硝措施主要有两种：选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR），脱硝难度较大。满足NOx排放要求大多数火电厂选择脱硝效率较高的SCR脱硝技术来控制NOx。

近年来，日本大力推动清洁能源发展，清洁能源发电比重逐年上升，但受自然条件限制，发电量不稳定，波动较大。社会用电量在一定时期内也会发生显着变化。这些变化因素要求火电机组对其负荷进行调整。机组负荷的变化引起废气温度、氧含量、污染物含量等变化，影响SCR脱硝系统的正常运行。本文以SCR脱硝系统为研究对象，研究机组不同负荷工况下SCR的脱硝效果。

1 方法和装置

1.1 测试方法

试验选取5台燃煤发电机组进行测试，5台发电机组分别编号为1、2、3、4、5号机组。 5台机组燃用煤种主要为东胜、乌海烟煤，脱硝方式为SCR，脱硝还原剂为液氨，催化剂均为（2+1）层模式，后备层为不。外科手术。为保证测试结果仅与负载调整相关，测试采用了控制变量的方法，将各负载段的测试试验集中在固定时间内，以确保负载类型等条件确保填满。机组燃煤量和催化剂量没有明显变化，机组负荷保持稳定。请注意，并非在每个负载段测试中都进行燃烧调节和风量调节。试验主要考察了不同A负荷条件下SCR反应器的进出口NOx、进出口温度、进出口氧含量、NH3/NOx摩尔比、氨释放浓度、脱硝效率和SO2/SO3。转化率。 B面5个单元。

采样点布置采用烟道断面网格法，采用便携式仪器测量进、出口NOx、进、出口温度、进、出口氧含量、进、出口氧含量、入口SO2和氨氮排放浓度，每组平行测量10个样品，测量3分钟；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》的方法测量。组装设备并测量每组中的三个平行样品。每次测量时间为30 分钟。使用Excel2003，将NOx、SO2、SO3浓度换算为标准条件、干标准、6%O2下的浓度，同时计算所有数据的平均值。

1.2 试验设备及设备

测试分析所用仪器仪表包括便携式大流量低浓度烟尘自动测试装置（3012HD）、芬兰GASMT便携式红外多屏障气体分析仪（GASMETDX-4000）、废气分析仪等。德国德图（testO350）、德国德图单点废气温度测量装置（testo925）、德国MC顺磁氧分析仪（PMA10）、加拿大Unisearch便携式氨泄漏浓度分析仪、《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范：DL/T998—2016》 SO3采样设备等。

2 结果与分析

2.1 氧含量与单位负荷的关系

不同负荷条件下氧含量的变化如图1所示。 5台机组SCR进出口氧含量随负荷降低而增加。

图1 氧含量与单位负荷的关系

当负载为50%时，入口氧含量的最大值和最小值分别为5.9%和3.4%；当负载为75%时，入口氧含量的最大值和最小值分别为5.8%和2.5%。 100%负载时，最大值和最小值分别为3.1%和1.1%。 50%负载时的入口氧含量平均是75%负载时的1.4倍，是100%负载时的2.1倍。

出口氧含量在负载为50%时的最大值和最小值分别为6.3%和5.0%，在负载为75%时的最大值和最小值分别为6.1%和3.2%。 100%负载时，最大值和最小值分别为3.3%和1.9%。 50%负载时的出口氧含量平均比75%负载时高1.4倍，比100%负载时高2.1倍。

随着负载降低，氧含量增加。负荷越高，炉膛温度越高，炉内点火条件越好，煤粉与空气的混合条件越好，燃烧越稳定，最佳过量空气比越低。锅炉低负荷运行时，锅炉燃烧所需燃料减少，炉内火球变小，锅炉燃烧范围缩小，锅炉炉膛温度降低，燃烧效率降低。此时需要添加更多的空气来维持燃烧中心的稳定，最佳空气过量系数会更高。因此，高负荷时的最佳氧含量低于低负荷时的最佳氧含量。

2.2 温度与单位负荷的关系

不同负载条件下的温度变化如图2a和2b所示。 5台机组SCR进出口废气温度均随负荷降低而降低。

图2a 入口温度与负荷的关系

图2b 出口温度与单位负荷关系

对于入口温度，当负载为50%时，最大值和最小值分别为340和278；当负载为75%时，最大值和最小值分别为356和287。负载开启时，最大值和最小值分别为356 和287。为100%，最大值和最小值分别为370和313。 100% 负载时的入口温度平均比75% 负载时高6.0%，比50% 负载时高10.7%。

负载为50%时，出口温度最大值和最小值分别为337和275，负载为75%时，最大值和最小值分别为354和283。当负载为100%时，最大值和最小值分别为367和309。 100%负载时的出口温度平均比75%负载时的出口温度高6.1%，比50%负载时的出口温度高10.9%。

随着负载降低，废气温度降低。当锅炉调整负荷时，燃料消耗量发生变化，炉内温度场也随之变化，炉内温度场的变化也使炉内辐射传热量发生变化。但由于燃料消耗引起的热量变化大于炉内辐射传热的变化，因此废气温度的变化主要由燃料消耗决定。减少的负荷减少了燃料消耗并降低了废气温度。

2.3 NOx质量浓度与单位负荷的关系

图3为不同负荷条件下NOx质量浓度的变化。随着负荷的降低，5台SCR进出口NOx质量浓度总体呈上升趋势。

对于入口NOx质量浓度，负荷为50%时，入口NOx质量浓度最大为423，入口NOx质量浓度最小为285mg/m3，负荷为75%时，入口NOx质量浓度最大为372 ，最小入口NOx质量浓度为231mg/m3。 m3；100%负荷时，最大入口NOx质量浓度为358mg/m3，最小入口NOx质量浓度为246mg/m3。 50%负载时的入口NOx质量浓度比75%负载时的入口NOx质量浓度平均高14.4%。比100% 负载时高15.5%。

图3 NOx质量浓度与单位负荷的关系

负荷为50%时，出口NOx质量浓度最大值为67 mg/m3，最小值为48 mg/m3；负荷为75%时，出口NOx质量浓度最大值和最小值质量浓度为54mg/m3.m3，最小值为40mg/m3.m3。 m3；100%负荷时，最大和最小出口NOx质量浓度分别为53和37mg/m3，50%负荷时出口NOx质量浓度平均低于75%负荷时出口NOx质量浓度。17.1 % 更高。比100% 负载高24.2%。

随着负荷的降低，锅炉尾烟道后、SCR反应器前的NOx质量浓度总体呈上升趋势。从NOx的生成机理来看，燃料NOx约占产生的NOx总量的70-80%，热力NOx约占产生的NOx总量的15-25%。炉膛的氧含量和温度影响燃料型NOx和热力型NOx的产生。氧含量对燃料型NOx的形成影响更显着，温度对燃料型NOx的形成影响更显着。热力NOx 生成[10]。当负荷降低时，含氧量增加，空气过剩系数增大，锅炉燃烧区出现过量氧，促进燃油型和热力型NOx的生成，当负荷降低时，温度也降低……，温度降低主要对热力NOx的生成有一定的抑制作用，但由于热力NOx所占比例较小，所以当负荷降低时，整体表现会在NOx质量浓度上有所增加。

2.4 NH3/NOx摩尔比、氨释放浓度、反硝化效率与单位负荷的关系

图4图6显示了改变负荷条件时NH3/NOx摩尔比、氨逃逸浓度和脱硝效率的变化。随着负荷的降低，5台机组的脱硝效率和NH3/NOx摩尔比均呈现下降趋势。氨逃逸浓度均小于2.28mg/m3，满足设计要求。

图4 NH3/NOx摩尔比与单位负荷的关系

图5 氨泄漏浓度与机组负荷关系

当负载为50%时，NH3/NOx摩尔比的最大值和最小值分别为0.864和0.818；当负载为75%时，最大值和最小值分别为0.878和0.826；负载为100%时的最大值，最小值分别为0.893和0.831。 100% 负载时的NH3/NOx 摩尔比平均比75% 负载时高1.0%，比50% 负载时高1.6%。 加载。

图6 反硝化效率与单位负荷的关系

氨泄漏浓度在负荷为50%时的最大值和最小值分别为1.45和0.73mg/m3，在负荷为75%时的最大值和最小值分别为1.56和0.61mg/m3。100%负载时，最大值和最小值分别为1.56和0.61mg/m3。 100% 负载时的氨泄漏浓度比75% 负载时平均低2.0%，高1.1%。 50%负载。

当负载为50%时，最大值和最小值分别为85.6%和80.7%；当负载为75%时，最大值和最小值分别为86.6%和81.2%；当负载为100%，脱硝效率如下，最大值和最小值分别为88.2%和82.4%。 100%负荷时的反硝化效率平均比75%负荷时高1.1%，比50%负荷时高1.5%。

SCR反应器通常置于省煤器和空气预热器之间，SCR反应器最重要的部分是催化剂，主要由载体、活性组分和助催化剂组成。影响脱硝效率的因素主要有温度、废气流量和停留时间、NH3/NOx摩尔比、氨逃逸浓度等。温度对脱硝效率的影响主要体现在当温度低于催化剂的最佳温度时，脱硝还原剂会发生许多副反应，NOx的还原会减少。催化剂的活性组分形成多晶，晶体的比表面积变小，减少了与NOx的接触面积，降低了催化能力，关于废气流量和停留时间，废气越低流量越大，流量越低，停留时间越大、越长，NOx与还原剂的反应越完全，脱硝效率越高。反之亦然。效率会降低。 NH3/NOx 摩尔比和氨释放的影响。浓缩程度对反硝化效率的影响体现在达到最大反硝化效率之前。 NH3/NOx摩尔比越大，反硝化效率越高，氨逃逸浓度越低。一旦达到最大反硝化效率，反硝化效率就会下降。随着NH3/NOx摩尔比的增加，氨逃逸浓度显着增加，因此最佳NH3/NOx摩尔比必须根据氨逃逸浓度来确定。测试结果表明，保证NH3/NOx摩尔比和氨逃逸浓度，负荷由100%降低到50%，温度降低，脱硝效率降低，出口NOx质量浓度升高。降低烟气流量和增加停留时间并不能提高脱硝效率。这表明负荷调节过程中温度对反硝化效率有显着影响。

2.5 SO2/SO3转化率与单位负荷的关系

不同负载条件下的SO2/SO3转化率如图7所示。

图7 SO2/SO3转化率与单位负荷关系

本次测试中，测量了三台机组在50%和100%两个负载段的SO2/SO3转化率。测试结果表明，100%负载时的SO2/SO3转化率高于50%负载时的SO2/SO3转化率。负载为50%时，最大值和最小值分别为0.59%和0.41%，负载为100%时，最大值和最小值分别为0.63%和0.50% 负载系数：100 50% 负载时的% SO2/SO3 平均转化率高出12.9%。

废气中SO3与NH3反应生成NH4HSO4和(NH4)2SO4，对下游设备造成腐蚀、堵塞、磨损，影响设备安全稳定运行。同时，硫酸雾气溶胶也是彩色烟羽的主要原因，因此合理有效地控制SO2/SO3转化率非常重要。影响SO2/SO3转化的因素主要包括废气温度和催化剂中V2O5含量。温度越高，SO2/SO3转化率越大，温度越低，SO2/SO3转化率越小，且SO2/SO3转化率与催化剂中V2O5含量呈线性关系。含量越高，SO2/SO3转化率越高。测试结果表明，随着负荷降低，温度降低，V2O5含量不变，SO2/SO3转化率降低。

3 结论

1）设备进行负荷调节时，氧含量、NOx质量浓度变化与负荷变化呈负相关，而温度、脱硝效率、SO2/SO3转化率与负荷变化呈正相关。随着负荷降低，氧含量和NOx质量浓度增加，从而降低温度、脱硝效率和SO2/SO3转化率。

2）机器调整负荷时，氧气量和温度的变化影响NOx的生成，但氧气量的变化比温度对NOx生成的影响更大。

3）温度是影响催化剂活性的主要因素，催化剂是控制SCR技术脱硝效率和SO2/SO3转化率的重要因素。调节负荷时，温度变化影响催化剂的活性，进而影响脱硝效率和SO2/SO3转化率。因此，温度对反硝化效率和SO2/SO3转化率有显着影响。

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