燃煤机组灵活调峰烟气脱硝运行技术导则编制说明

燃煤机组灵活调峰烟气脱硝运行技术导则标准编制说明标准编制组2024年10月

目录1标准编制背景 11.1标准来源 11.2主要参加单位及工作过程 12标准编制的必要性 13标准编制的基本原则和依据 24标准主要技术内容说明 34.1范围 34.2规范性引用文件 34.3术语和定义 34.3总则 34.4全负荷动态调控NOx与氨逃逸 34.5低负荷SCR烟气脱硝 44.6运行维护 54.7性能评价（规定、提出、明确、要求、原则、规范、工艺、类型） 54.8附录部分 65计算案例 65.1催化剂宽温运行 65.2提温辅助脱硝催化剂全负荷宽温运行 76与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性 87标准预期达到的效果及贯彻标准的要求和措施建议 98替代或废止现行标准的建议 99采用国际标准和国外先进标准情况 910标准名称变化的主要原因说明 911重要技术内容的解释和其他事项 91标准编制背景1.1标准来源《燃煤机组灵活调峰烟气脱硝运行技术导则》的编制工作是根据《国家能源局综合司关于印发《2022年能源行业标准计划立项指南〉的通知》的要求进行的。经电力行业电站锅炉标准化技术委员会审查，批准立项为行业标准。1.2主要参加单位及工作过程本标准编制主要参加单位包括：西安热工研究院有限公司、国家能源集团科学技术研究院有限公司、东南大学、东方凯特瑞（成都）环保科技有限公司、华电电力科学研究院有限公司。编制组由各单位选派具备SCR烟气脱硝专业运行经验的专业人员组成。2023年11月，西安热工研究院有限公司组织各参编单位在苏州市召开了标准制订工作启动会，成立了由专家和专业技术人员组成的标准制订起草小组，与会人员讨论了标准提纲要点、原则、编制进度及各单位工作分工等。2023年11月~2024年3月，编制组收集了国家和行业关于燃煤发电机组灵活调峰、烟气脱硝工程技术、运行管理及性能试验等相关的技术标准规范，并进行了全面系统的梳理和分析，在此基础上编制完成了标准初稿，并于3月底在苏州市召开了标准第二次讨论会，针对初稿进行了讨论并形成了修改意见。2024年6月28日，编制组在杭州市召开了第三次讨论会，针对各参编单位修改、完善后形成的二次讨论稿进行详细讨论，并确定相关修改意见，重点提出对正文用词统一描述，并对测试内容和运行指导建议等方面进行优化。2024年9月，在第三次讨论会的基础上，经过反复修改和完善，编制组完成标准征求意见稿及编制说明。2标准编制的必要性国内燃煤机组在实施超低/超超低排放和灵活调峰运行模式之后，遭遇了空预器堵塞严重、NOx排放浓度波动大以及烟气脱硝低负荷投运等系列问题，极大地降低了机组节能减排运行水平，其中仅空预器堵塞每年约造成20多亿元的风机电耗损失。燃煤机组灵活调峰引起炉内NOx生成浓度大幅度、快速波动和SCR进口烟温偏低，使原本SCR高脱硝效率运行所引发的问题更为普遍和严重。为从源头解决上述问题，有必要针对超低/超超低排放和灵活调峰运行特点，将锅炉燃烧—SCR脱硝—空预器等上下游设备作为整体，从风烟参数准确测量、炉内风煤协调燃烧、SCR精准喷氨、低负荷脱硝评估与烟气提温路线选择等方面，制定燃煤机组灵活调峰烟气脱硝导则，规范和指导灵活调峰改造。2020年，中电联标准化管理中心组织西安热工研究院有限公司等20多家单位开展煤电机组灵活性改造标准体系预研，发现《OperationandMaintenanceGuidelinesforSCR（EPRI1008345）》和《火电厂烟气脱硝(SCR)系统运行技术规范（DL/T335）》等国内外脱硝相关标准提到了SCR低负荷运行温度，但未涉及SCR投运温度评估、低负荷烟气提温、煤风氨协调等内容，华能集团企标《燃煤机组SCR烟气脱硝低负荷运行导则》也仅涉及提温方案选择，而《燃煤烟气脱硝技术装备（GB/T21509）》等标准还存在与灵活调峰相抵触的内容。相对于现有标准灵活调峰信息的碎片化状态，本项目针对当前形式要求，制定将更具针对性、系统性和实用性，可更好地指导燃煤机组灵活调峰下的烟气脱硝系统完善和相关运行问题的解决，对于提升我国电力行业脱硝系统的运行管理水平、丰富和完善现行脱硝标准体系均具有十分积极的意义。3标准编制的基本原则和依据标准编写依据《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》（GB/T1.1-2020）编制。标准编写充分考虑了燃煤机组灵活调峰烟气脱硝运行技术的实用性和可操作性，遵循完整、规范、简洁的原则，突出了新形势下脱硝运行技术的重点内容和要求。标准编制组按照国家、行业现行的相关法律、法规、标准、规范等要求和规定编制本标准。4标准主要技术内容说明4.1范围本文件规定了燃煤机组NOx控制过程中的风烟参数准确测量、风煤协调均衡燃烧、氨氮均匀混合、喷氨精准调控、烟气提温、催化剂宽温运行、运行维护、性能评价等方面的技术要求。本文件适用于燃煤机组自并网发电起全负荷范围内灵活调峰期间的烟气脱硝运行，其他燃料机组可参照执行。4.2规范性引用文件根据本次标准制订需要，引用了GB/T34339、GB/T10184、DL/T296等标准的内容，对火电厂灵活调峰期间的SCR烟气脱硝运行的技术要求进行规范和规定。4.3术语和定义根据本次标准制订需要，对灵活调峰、风煤均衡燃烧、NOx平衡浓度、动态预测调节、催化剂硫酸氢铵凝聚温度、催化剂硫酸氢铵可逆失活、最低喷氨运行温度、催化剂宽温运行、多点烟气测试等术语进行了定义和解释。4.3总则对燃煤机组灵活调峰下的烟气脱硝运行提出了原则性要求，提出将锅炉燃烧和SCR烟气脱硝作为整体以提升SCR烟气脱硝系统的灵活调峰适应能力、通过锅炉燃烧送风量和脱硝喷氨量的动态预测调节全时段减小过度喷氨造成的过大氨逃逸，以及过烟气提温催化剂无硫酸氢铵运行或者催化剂宽温运行实现全负荷SCR烟气脱硝安全、经济运行。4.4全负荷动态调控NOx与氨逃逸（1）正文5.1规定了磨煤机入口一次风量测量截面、二次风量测量截面、锅炉风箱及其内部燃烧器之间的风量分配技术要求，并提出了实现的技术方式。（2）正文5.2.1提出了采用多点烟气测试以提高烟气NOx在线分析仪表的测量代表性；正文5.2.2明确了氨气供应的压力、流量及调节的技术要求；正文5.2.3规定了SCR入口烟气应满足的参数条件，并提出采用可调型格栅和烟气静态混合器以满足要求；正文5.2.4对SCR入口NOx浓度分布变化较大的锅炉，提出了采用全烟道型静态混合器或分区喷氨自动调节系统以提高脱硝喷氨系统的机组负荷适应性，并提出了分区自动喷氨装置应满足的技术要求；正文5.2.5规定了催化剂上方飞灰分布的技术要求，并提出了实现的技术方式。（3）正文5.3.1明确了SCR脱硝入口烟道截面烟气O2浓度、NOx浓度和出口烟道截面烟气NOx浓度分布均匀性的要求；正文5.3.2提出了炉内NOx生成浓度需接近NOx平衡浓度，主要是考虑低氮控制与高效燃烧相互制约：炉内NOx生成浓度过高会导致喷氨量增加，不仅影响脱硝系统经济性，同时对下游设备造成不利影响，而炉内NOx生成浓度过低会导致腐蚀、腐蚀等问题出现，因此提出NOx平衡浓度进行定义，要求炉内NOx生成浓度应接近NOx平衡浓度；正文5.3.3提出了对燃烧送风总量调节响应速度的技术要求；正文5.3.4提出了喷氨总量相对于锅炉燃烧工况的调节响应速度的技术要求，以适应负荷快速变化。4.5低负荷SCR烟气脱硝（1）正文6.1给出了SCR烟气脱硝运行温度边界的获得方法，这是进行低负荷SCR烟气脱硝评估的边界条件，也是进行提温方案选择的基础。（2）正文6.2将SCR烟气脱硝入口烟气温度与最低喷氨运行温度作比较，以两者差值区分不同的提温运行方案，当两者差值较小时，宜通过调整运行方式，提高SCR烟气脱硝入口烟气温度或者降低最低喷氨运行温度；当两者差值较大时，需合理选择烟气提温方案，并在附录C中进行了不同方案特点的比较，同时对现役机组和新建机组分别提出了推荐方案和技术要求。（3）催化剂宽温运行是指利用催化剂硫酸氢铵可逆失活的特性，结合燃煤机组低负荷烟气温度低、高负荷烟气温度高的特点，允许SCR烟气脱硝第一层催化剂在低负荷适度失活、在高负荷加热恢复的运行模式。正文6.3.1提出了低负荷催化剂硫酸氢铵失活与恢复评估方法，并在附录D中详细阐述了低负荷许可最长失活运行时间和高负荷最短恢复运行时间的评估方法。正文6.3.2~6.3.4明确了催化剂宽温运行的具体运行策略，对失活运行时间和恢复运行时间进行了限制。（4）正文6.4规定了低负荷不同脱硝方案的选择原则，正文6.4.1明确了SCR烟气脱硝入口烟气温度低于250℃时，进行烟气提温改造，防止烟气中的硫酸氢铵凝聚；正文6.4.2~6.4.4提出可让硫酸氢铵失活催化剂完全恢复的机组，宜采用催化剂宽温运行方式，无法让硫酸氢铵失活催化剂完全恢复的连续调峰机组，宜采用提温方案，已完成烟气提温改造的机组，可结合催化剂宽温运行，适当提温，减少烟气提温对锅炉热效率的降低幅度。4.6运行维护正文第7章提出了灵活调峰下，SCR烟气脱硝运行维护过程中需要执行的操作和技术要求，目的是结合超低/超超低排放和灵活调峰运行特点，更好地落实正文第5章、第6章提出的技术要求，全负荷实现SCR烟气脱硝安全、经济运行。主要包括了定期试验、定期催化剂检测、定期仪表校准、定期检查、定期投运等。4.7性能评价（规定、提出、明确、要求、原则、规范、工艺、类型）为了便于用户对脱硝装置进行自我诊断和评估，正文8.1提出了改造前性能评估的主要内容和技术要求，考虑到可操作性，主要是通过统计机组运行数据的方式，评估风量测量的准确性、风煤均衡燃烧程度、脱硝喷氨均匀性、硫酸氢铵堵塞、催化剂宽温运行适应性情况，以发现机组在灵活调峰下，SCR脱硝装置存在的问题。为了便于用户对改造后的脱硝装置进行评价，正文8.2规定了改造后性能评价的总要求、项目、参数、目标值和方法，用户可根据改造内容选择相应的项目进行测试和评价。4.8附录部分4.8.1燃煤种类与锅炉额定负荷下的脱硝入口NOx平衡浓度推荐值和CO推荐值附录A数据来源于数十台机组现场喷氨优化调整试验和燃烧优化调整试验结果，归纳得出的NOx平衡浓度和CO的推荐值。4.8.2硫酸氢铵凝聚温度的经验计算公式附录B中最低喷氨运行温度、催化剂硫酸氢铵凝聚温度、烟气硫酸氢铵凝聚温度和硫酸氢铵失活催化剂恢复温度的计算公式，来源于主流催化剂厂设计资料，并结合现场测试结果调整后得到。4.8.3各种SCR烟气脱硝低负荷烟气提温方案的技术特点附录C对比了不同烟气提温方案的提温幅度、安全可靠性、对锅炉影响、投资费用、适用范围和技术要求，便于用户参考以合理选择烟气提温方案。4.8.4催化剂硫酸氢铵失活与恢复评估方法附录D提出了催化剂硫酸氢铵失活与恢复评估方法，具体地，低负荷下，通过第一层催化剂预设模块的单点烟气采样管进行相关烟气组分的测试，计算第一层催化剂的活性，以试验开始无硫酸氢铵失活的催化剂活性为基准，计算相对活性降幅作为催化剂失活速率，以降低20%-30%为限值，计算对应的最长许可失活运行时间；同理，高负荷下，通过第一层催化剂预设模块的单点烟气采样管进行相关烟气组分的测试，计算第一层催化剂的活性，以该负荷下完全恢复的催化剂活性为基准，计算相对活性增幅作为催化剂恢复速率，估算相对活性恢复到100%所需的最长恢复运行时间。5计算案例5.1催化剂宽温运行某300MW燃煤机组，设计SCR烟气脱硝进口烟气NOx浓度为195.1μL/L、出口NOx排放浓度为19.5μL/L、氨逃逸浓度为3μL/L、SO3浓度为8μL/L。计算SCR最低喷氨运行温度、催化剂ABS凝聚温度、烟气ABS凝聚温度以及ABS失活催化剂恢复温度分别为306.1℃、277.3℃、235.7℃和321.1℃。机组不同负荷下，SCR烟气脱硝进口烟气温度见表1。表1项目单位100%ECR70%ECR50%ECR35%ECR0-35%ECR烟气温度℃352335302272262机组0-40.8%ECR负荷下，SCR烟气脱硝进口烟气温度低于凝聚温度，凝聚温差为-15.3~0℃，实测第一层催化剂参数，进一步计算失活速率，得到许可最长失活运行时间约为21h；机组61.6%ECR及以上高负荷下，SCR进口烟气温度达到恢复温度，恢复温差为15~45.9℃，实测第一层催化剂参数，进一步计算活性恢复速率，得到最短高温恢复运行时间约为10h。机组每次启机在0-40.8%ECR下的运行时间约为4h。常规每天24h运行期间，SCR烟气脱硝进口烟气温度低于催化剂ABS凝聚温度的40.8%ECR及以下负荷运行时间短于8h。SCR烟气脱硝进口烟气温度达到恢复温度的61.6%ECR以上负荷运行时间大于10h。由上可知，该机组低负荷下的烟气SCR脱硝进口烟气温度虽然低于最低运行温度，也低于催化剂ABS凝聚温度，但凝聚温差相对较小，低负荷下运行时间较短，且高负荷下的恢复温差大、运行时间较长，无需进行烟气提温，可利用机组高低负荷下的自身烟气温度调控能力，实现SCR烟气脱硝催化剂全负荷宽温安全运行。5.2提温辅助脱硝催化剂全负荷宽温运行某660MW燃煤机组，设计SCR脱硝进口烟气中NOx浓度为219.5μL/L、出口NOx排放浓度为22μL/L、氨逃逸浓度为3μL/L、SO3浓度约25μL/L。计算SCR最低喷氨运行温度、催化剂ABS凝聚温度、烟气ABS凝聚温度以及ABS失活催化剂恢复温度分别为324.8℃、291.9℃、243.5℃以及334.9℃。机组不同负荷下，SCR烟气脱硝进口烟气温度见表2。表2项目单位100%ECR80%ECR50%ECR40%ECR30%ECR0-30%ECR烟气温度℃374336317309252240机组0-37%ECR负荷下，SCR烟气脱硝进口烟气温度低于催化剂ABS凝聚温度，凝聚温差为-51.9~0℃，在250℃烟气温度下，实测第一层催化剂参数，进一步计算失活速率，得到许可最长失活运行时间约为5h；机组78.3%ECR及以上高负荷下，SCR进口烟气温度达到恢复温度，恢复温差为15~49.2℃，实测第一层催化剂参数，进一步计算活性恢复速率，得到最短高温恢复运行时间约为6h。机组每天24h运行期间，SCR烟气脱硝进口烟气温度低于催化剂ABS凝聚温度的37%ECR负荷以下运行时间约6~8h，高于恢复温度的78.3%ECR负荷以上运行时间只有3~4h。运行过程发现：1）SCR烟气脱硝进口烟气温度约250℃运行5h时，第一层催化剂的差压由171Pa增加到232Pa，烟气温度升高到260℃后，烟气差压逐渐降低到约170Pa，表明发生了烟气ABS凝聚，粘附飞灰堵塞催化剂孔道；2）机组运行3个月后，再次测试的结果显示，第一层催化剂的脱硝效率较初始时的60%降低至39%，且随SCR进口烟气温度逐渐升高到310℃，效率没有提高，表明长期低负荷运行造成的催化剂ABS失活，在高负荷下没有完全恢复。由上可知，该机组低负荷过低温度下的运行时间偏长，而高负荷恢复温度以上的运行时间偏短。为实现SCR烟气脱硝催化剂全负荷宽温安全运行，需要采取烟气提温辅助措施：1）通过省煤器烟气旁路改适度提温，使低负荷下的SCR烟气脱硝进口烟气温度提升到255℃以上，避免发生烟气ABS凝聚堵塞问题；2）在0~37%ECR低负荷运