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[摘 要]随着国家有关部门对环保力度的不断加大，燃煤电厂脱硝系统、脱硫系统、除尘系统也不断受到环保部门的关注，本文重点介绍了燃煤电厂脱硝系统的加装对锅炉运行的影响，分别从对锅炉效率的影响、对省煤器的影响、对空预器的影响、以及对其他锅炉辅助设备的影响。并对锅炉进行热力分析，对SCR脱硝系统对锅炉影响进行了定量分析。对锅炉运行及相似工程提供了参考和借鉴。
[关键词]脱硝系统；锅炉；运行
中图分类号：TU87 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0382-01
0 前言
目前燃煤电厂SCR脱硝系统在我国的应用已数十年，对该系统的研究工作已经全面展开。对SCR脱硝系统进行数值模拟研究就是一个非常重要的研究内容，因为它将有助于设计更为合理的烟气脱硝系统，并为系统调节建立理论依据，从而降低工程风险。我国面临安装SCR脱硝系统的锅炉，分为新机组的预留安装和老机组的改造安装两种，其中老机组的改造安装占大多数，这就使安装SCR后对新老锅炉机组的影响成为新的研究课题，本文将用具体数据说明对老机组安装SCR脱硝系统后锅炉运行方面的影响，为我国燃煤电厂安装SCR脱硝系统的经济性研究提供指导。
1 对锅炉效率的影响
氨气与空气的混合气喷入锅炉省煤器后的出口的烟气中，从以下几方面影响烟气的传热及热效率：影响烟气的辐射特性；影响烟气的热物理性质；增加烟气的流量；吸收烟气的热量。
喷入烟气中的还原剂会吸收一部份烟气的热量，并且混有还原剂的烟气在通过反应器后，由于化学反应会降低烟气的体积，从而影响下游受热面的换热。氨气的加入量与烟气中氮氧化物（NOx）流量呈正比，在采用低NOx燃烧技术后，烟气中NOx的体积浓度为200ppm左右，即0.2‰左右，而氨氣在烟气中的体积浓度与此相当，由于浓度很低，不会显著影响烟气的辐射传热，不会显著改变烟气的热物理性质和增加烟气的流量，因此不会显著影响对流传热。
烟气脱硝装置的安装，使锅炉尾部烟道增加，会使烟气的散热损失增加，锅炉烟气散热损失的增加，导致锅炉煤耗的增加。同时由于氨气的引入而导致的蒸发会吸收一些烟气热量，从而增加热损失，使锅炉效率有小量的降低。但一般烟气温度降低的幅度很小，对空气预热器的换热和锅炉排烟温度影响很小。
2 对省煤器的影响
虽然SCR反应的最佳温度范围为280～400℃，但对于某个特定的装置，其催化剂的设计温度范围会窄一些，通常是按锅炉正常运行状态下的省煤器出口烟气温度范围设计。保持烟气温度在设计温度范围内，对于优化脱硝反应是非常重要的。当锅炉低负荷运行时，省煤器出口烟气温度下降，这时可以采用省煤器旁路来提SCR入口烟气温度。
对于安装省煤器旁路的SCR脱硝系统来说，当锅炉负荷降低而需要开启此旁路时，会有一部分的烟气不经过省煤器而直接进入SCR脱硝系统。虽然此时进入SCR反应器的烟气温度达到催化剂的反应温度范围，但这是以降低省煤器出口给水温度为代价的。旁路的烟气越多，省煤器出口给水温度降低越多。
3 对空气预热器的影响
当采用了SCR设备之后，SO2在催化剂和一定温度下能被空气中的O2所氧化，即在催化剂的作用下，SO2向SO3的转换率会相应增加，SO3与烟气中的水份生成硫酸，逃逸（逸出）氨与硫酸反应生成硫酸氢铵或硫酸铵。在空气预热器区域，由于SO3的浓度要远大于漏氨的浓度，二者反应生成的铵盐基本上都是硫酸氢氨。硫酸氢氨大约在150～200℃会发生沉积，变成一种很粘稠的物质，易造成空气预热器的堵灰，而且硫酸氢氨导致的积灰清除比较困难。某燃煤电厂中来自SCR设备的逃逸氨有代表性，有20%的逃逸氨在空预器处形成了铵盐。
同时，安装SCR后，空气预热器段烟气负压增加较多，空气预热器风侧和烟气侧压差值增加，压差的增加通常会使空气预热器漏风率也有所增加。
4 对锅炉辅助设备的影响
4.1 对除尘系统的影响
烟气中的硫化物对除尘系统的除尘效率有一定影响，烟气经过脱硝系统后，烟气中SO3浓度提高，对于低硫煤，SO3对灰尘没有负面影响，对于高硫煤具有一定的影响。
4.2 对FGD系统的影响
经过脱硝系统后，烟气中SO3浓度提高，由于FGD系统对SO3的脱除率仅有50%，所以对烟囱是有明显的危害的，特别是装设湿法脱硫装置以后，所以对于既安装脱硝系统，又安装湿法FGD系统的电厂，烟囱的防腐应当慎重考虑。
经过脱硝系统未反应的氨，主要被灰尘吸附，大部分被除尘系统清除，少量灰尘会进入FGD系统，极少量的氨会随烟气排放，大部份溶解于循环浆液中，长时间运行后，吸收塔循环浆池内氨的含量灰越来越高，這对废水系统存在一定的影响。
4.3 对引风机的影响
加装SCR后，SCR阻力、烟道阻力和空气预热器阻力有所增加，将引起引风机压头增大。烟气侧的阻力将大约增加1kPa左右，同时由于加入NH3和稀释风，引风机流量也略有增加，因此需要对引风机进行改造，这将增加引风机的电耗。
5 对锅炉省煤器影响的热力分析
对某燃煤电厂运行机组进行热力分析，定量分析低负荷下开启SCR旁路省煤器对省煤器出口水温产生的影响。锅炉负荷与主烟道烟气份额的关系曲线，随着锅炉负荷的逐渐增加，主烟道的烟气份额逐渐降低。随着负荷的增加主省煤器的出口烟气温度逐渐减小，而旁烟道省煤器的出口烟温呈现出增加趋势，原因是随着负荷的增加为了调节再热器的温度，必须调节烟气挡板使得通过主烟道省煤器的烟气量减少，这样主烟道内烟气流动速度大大减少，对流换热系数减少，使得烟气侧和水侧之间的传热的热阻增加，传热量减少，所以主烟道内省煤器出口水温呈现出减少趋势。相反，由于通过旁路烟道的烟气量增加，使得烟气流动速度加快，对流换热系数增加，烟气传到水侧的热量增加，所以旁路烟道内省煤器出口处水温逐渐增加。当从省煤器入口处抽烟气时，随着抽烟气的份额的增加，由于进入省煤器的烟气量逐渐减少，省煤器内的烟气流动速度也逐渐减少，对流换热系数逐渐减小，对流换热热阻变大，所以烟气放出的热量减少，水侧吸收的热量减少。
随着抽烟气份额的增加，进入SCR烟气的温度呈现出增加趋势，原因是当从省煤器前抽的烟气越多时，进入主烟道省煤器和旁烟道省煤器的烟气量越少，这样主烟道和旁烟道内烟气对流换热系数也都减少，因此所抽烟气份额越多，进入SCR的烟气温度越高。
总之要达到NOx的高脱除率和氨的低逃逸率要求，在进入催化剂之前的烟气不仅需要具有和氨良好的混合情况，而且需要有较均匀的流场分布情况。通过对SCR系统内导流板的模拟分析，并对其进行优化设计，使催化剂入口处的速度分布趋于均匀
6 结语
通过省煤器的烟气量直接影响到省煤器的出口处水温。当主烟道省煤器和旁烟道省煤器的烟气份额变化时，省煤器的出口水温也不断变化。从省煤器进口抽的烟气份额直接影响到SCR的进口烟气温度。当抽气的份额越多时，相当于省煤器出口烟气温度越高，SCR的烟气入口温度就越高。
参考文献
[1] 管一明，胡宇峰.火电厂高飞灰布置SCR系统的主要组成和设备[J].电力环境保护，2004，20（4）：25-27.
[2] 徐妍.脱硫脱硝系统计算机模拟及关键技术开发[D].保定：华北电力大学，2008.
[3] 徐妍，李文艳.SCR脱硝反应器入口段流场的数值模拟[J].热力发电，2007，39（11）：77-81.
作者简介
游艳华，男，助理工程师，现任大唐临清热电集控运行主值。
[关键词]脱硝系统；锅炉；运行
中图分类号：TU87 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0382-01
0 前言
目前燃煤电厂SCR脱硝系统在我国的应用已数十年，对该系统的研究工作已经全面展开。对SCR脱硝系统进行数值模拟研究就是一个非常重要的研究内容，因为它将有助于设计更为合理的烟气脱硝系统，并为系统调节建立理论依据，从而降低工程风险。我国面临安装SCR脱硝系统的锅炉，分为新机组的预留安装和老机组的改造安装两种，其中老机组的改造安装占大多数，这就使安装SCR后对新老锅炉机组的影响成为新的研究课题，本文将用具体数据说明对老机组安装SCR脱硝系统后锅炉运行方面的影响，为我国燃煤电厂安装SCR脱硝系统的经济性研究提供指导。
1 对锅炉效率的影响
氨气与空气的混合气喷入锅炉省煤器后的出口的烟气中，从以下几方面影响烟气的传热及热效率：影响烟气的辐射特性；影响烟气的热物理性质；增加烟气的流量；吸收烟气的热量。
喷入烟气中的还原剂会吸收一部份烟气的热量，并且混有还原剂的烟气在通过反应器后，由于化学反应会降低烟气的体积，从而影响下游受热面的换热。氨气的加入量与烟气中氮氧化物（NOx）流量呈正比，在采用低NOx燃烧技术后，烟气中NOx的体积浓度为200ppm左右，即0.2‰左右，而氨氣在烟气中的体积浓度与此相当，由于浓度很低，不会显著影响烟气的辐射传热，不会显著改变烟气的热物理性质和增加烟气的流量，因此不会显著影响对流传热。
烟气脱硝装置的安装，使锅炉尾部烟道增加，会使烟气的散热损失增加，锅炉烟气散热损失的增加，导致锅炉煤耗的增加。同时由于氨气的引入而导致的蒸发会吸收一些烟气热量，从而增加热损失，使锅炉效率有小量的降低。但一般烟气温度降低的幅度很小，对空气预热器的换热和锅炉排烟温度影响很小。
2 对省煤器的影响
虽然SCR反应的最佳温度范围为280～400℃，但对于某个特定的装置，其催化剂的设计温度范围会窄一些，通常是按锅炉正常运行状态下的省煤器出口烟气温度范围设计。保持烟气温度在设计温度范围内，对于优化脱硝反应是非常重要的。当锅炉低负荷运行时，省煤器出口烟气温度下降，这时可以采用省煤器旁路来提SCR入口烟气温度。
对于安装省煤器旁路的SCR脱硝系统来说，当锅炉负荷降低而需要开启此旁路时，会有一部分的烟气不经过省煤器而直接进入SCR脱硝系统。虽然此时进入SCR反应器的烟气温度达到催化剂的反应温度范围，但这是以降低省煤器出口给水温度为代价的。旁路的烟气越多，省煤器出口给水温度降低越多。
3 对空气预热器的影响
当采用了SCR设备之后，SO2在催化剂和一定温度下能被空气中的O2所氧化，即在催化剂的作用下，SO2向SO3的转换率会相应增加，SO3与烟气中的水份生成硫酸，逃逸（逸出）氨与硫酸反应生成硫酸氢铵或硫酸铵。在空气预热器区域，由于SO3的浓度要远大于漏氨的浓度，二者反应生成的铵盐基本上都是硫酸氢氨。硫酸氢氨大约在150～200℃会发生沉积，变成一种很粘稠的物质，易造成空气预热器的堵灰，而且硫酸氢氨导致的积灰清除比较困难。某燃煤电厂中来自SCR设备的逃逸氨有代表性，有20%的逃逸氨在空预器处形成了铵盐。
同时，安装SCR后，空气预热器段烟气负压增加较多，空气预热器风侧和烟气侧压差值增加，压差的增加通常会使空气预热器漏风率也有所增加。
4 对锅炉辅助设备的影响
4.1 对除尘系统的影响
烟气中的硫化物对除尘系统的除尘效率有一定影响，烟气经过脱硝系统后，烟气中SO3浓度提高，对于低硫煤，SO3对灰尘没有负面影响，对于高硫煤具有一定的影响。
4.2 对FGD系统的影响
经过脱硝系统后，烟气中SO3浓度提高，由于FGD系统对SO3的脱除率仅有50%，所以对烟囱是有明显的危害的，特别是装设湿法脱硫装置以后，所以对于既安装脱硝系统，又安装湿法FGD系统的电厂，烟囱的防腐应当慎重考虑。
经过脱硝系统未反应的氨，主要被灰尘吸附，大部分被除尘系统清除，少量灰尘会进入FGD系统，极少量的氨会随烟气排放，大部份溶解于循环浆液中，长时间运行后，吸收塔循环浆池内氨的含量灰越来越高，這对废水系统存在一定的影响。
4.3 对引风机的影响
加装SCR后，SCR阻力、烟道阻力和空气预热器阻力有所增加，将引起引风机压头增大。烟气侧的阻力将大约增加1kPa左右，同时由于加入NH3和稀释风，引风机流量也略有增加，因此需要对引风机进行改造，这将增加引风机的电耗。
5 对锅炉省煤器影响的热力分析
对某燃煤电厂运行机组进行热力分析，定量分析低负荷下开启SCR旁路省煤器对省煤器出口水温产生的影响。锅炉负荷与主烟道烟气份额的关系曲线，随着锅炉负荷的逐渐增加，主烟道的烟气份额逐渐降低。随着负荷的增加主省煤器的出口烟气温度逐渐减小，而旁烟道省煤器的出口烟温呈现出增加趋势，原因是随着负荷的增加为了调节再热器的温度，必须调节烟气挡板使得通过主烟道省煤器的烟气量减少，这样主烟道内烟气流动速度大大减少，对流换热系数减少，使得烟气侧和水侧之间的传热的热阻增加，传热量减少，所以主烟道内省煤器出口水温呈现出减少趋势。相反，由于通过旁路烟道的烟气量增加，使得烟气流动速度加快，对流换热系数增加，烟气传到水侧的热量增加，所以旁路烟道内省煤器出口处水温逐渐增加。当从省煤器入口处抽烟气时，随着抽烟气的份额的增加，由于进入省煤器的烟气量逐渐减少，省煤器内的烟气流动速度也逐渐减少，对流换热系数逐渐减小，对流换热热阻变大，所以烟气放出的热量减少，水侧吸收的热量减少。
随着抽烟气份额的增加，进入SCR烟气的温度呈现出增加趋势，原因是当从省煤器前抽的烟气越多时，进入主烟道省煤器和旁烟道省煤器的烟气量越少，这样主烟道和旁烟道内烟气对流换热系数也都减少，因此所抽烟气份额越多，进入SCR的烟气温度越高。
总之要达到NOx的高脱除率和氨的低逃逸率要求，在进入催化剂之前的烟气不仅需要具有和氨良好的混合情况，而且需要有较均匀的流场分布情况。通过对SCR系统内导流板的模拟分析，并对其进行优化设计，使催化剂入口处的速度分布趋于均匀
6 结语
通过省煤器的烟气量直接影响到省煤器的出口处水温。当主烟道省煤器和旁烟道省煤器的烟气份额变化时，省煤器的出口水温也不断变化。从省煤器进口抽的烟气份额直接影响到SCR的进口烟气温度。当抽气的份额越多时，相当于省煤器出口烟气温度越高，SCR的烟气入口温度就越高。
参考文献
[1] 管一明，胡宇峰.火电厂高飞灰布置SCR系统的主要组成和设备[J].电力环境保护，2004，20（4）：25-27.
[2] 徐妍.脱硫脱硝系统计算机模拟及关键技术开发[D].保定：华北电力大学，2008.
[3] 徐妍，李文艳.SCR脱硝反应器入口段流场的数值模拟[J].热力发电，2007，39（11）：77-81.
作者简介
游艳华，男，助理工程师，现任大唐临清热电集控运行主值。