燃煤機組靈活調(diào)峰煙氣脫硝運行技術(shù)導(dǎo)則編制說明

燃煤機組靈活調(diào)峰煙氣脫硝運行技術(shù)導(dǎo)則標準編制說明標準編制組2024年10月

目錄1標準編制背景 11.1標準來源 11.2主要參加單位及工作過程 12標準編制的必要性 13標準編制的基本原則和依據(jù) 24標準主要技術(shù)內(nèi)容說明 34.1范圍 34.2規(guī)范性引用文件 34.3術(shù)語和定義 34.3總則 34.4全負荷動態(tài)調(diào)控NOx與氨逃逸 34.5低負荷SCR煙氣脫硝 44.6運行維護 54.7性能評價（規(guī)定、提出、明確、要求、原則、規(guī)范、工藝、類型） 54.8附錄部分 65計算案例 65.1催化劑寬溫運行 65.2提溫輔助脫硝催化劑全負荷寬溫運行 76與現(xiàn)行法律、法規(guī)、政策及相關(guān)標準的協(xié)調(diào)性 87標準預(yù)期達到的效果及貫徹標準的要求和措施建議 98替代或廢止現(xiàn)行標準的建議 99采用國際標準和國外先進標準情況 910標準名稱變化的主要原因說明 911重要技術(shù)內(nèi)容的解釋和其他事項 91標準編制背景1.1標準來源《燃煤機組靈活調(diào)峰煙氣脫硝運行技術(shù)導(dǎo)則》的編制工作是根據(jù)《國家能源局綜合司關(guān)于印發(fā)《2022年能源行業(yè)標準計劃立項指南〉的通知》的要求進行的。經(jīng)電力行業(yè)電站鍋爐標準化技術(shù)委員會審查，批準立項為行業(yè)標準。1.2主要參加單位及工作過程本標準編制主要參加單位包括：西安熱工研究院有限公司、國家能源集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、東南大學(xué)、東方凱特瑞（成都）環(huán)?？萍加邢薰?、華電電力科學(xué)研究院有限公司。編制組由各單位選派具備SCR煙氣脫硝專業(yè)運行經(jīng)驗的專業(yè)人員組成。2023年11月，西安熱工研究院有限公司組織各參編單位在蘇州市召開了標準制訂工作啟動會，成立了由專家和專業(yè)技術(shù)人員組成的標準制訂起草小組，與會人員討論了標準提綱要點、原則、編制進度及各單位工作分工等。2023年11月~2024年3月，編制組收集了國家和行業(yè)關(guān)于燃煤發(fā)電機組靈活調(diào)峰、煙氣脫硝工程技術(shù)、運行管理及性能試驗等相關(guān)的技術(shù)標準規(guī)范，并進行了全面系統(tǒng)的梳理和分析，在此基礎(chǔ)上編制完成了標準初稿，并于3月底在蘇州市召開了標準第二次討論會，針對初稿進行了討論并形成了修改意見。2024年6月28日，編制組在杭州市召開了第三次討論會，針對各參編單位修改、完善后形成的二次討論稿進行詳細討論，并確定相關(guān)修改意見，重點提出對正文用詞統(tǒng)一描述，并對測試內(nèi)容和運行指導(dǎo)建議等方面進行優(yōu)化。2024年9月，在第三次討論會的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)修改和完善，編制組完成標準征求意見稿及編制說明。2標準編制的必要性國內(nèi)燃煤機組在實施超低/超超低排放和靈活調(diào)峰運行模式之后，遭遇了空預(yù)器堵塞嚴重、NOx排放濃度波動大以及煙氣脫硝低負荷投運等系列問題，極大地降低了機組節(jié)能減排運行水平，其中僅空預(yù)器堵塞每年約造成20多億元的風(fēng)機電耗損失。燃煤機組靈活調(diào)峰引起爐內(nèi)NOx生成濃度大幅度、快速波動和SCR進口煙溫偏低，使原本SCR高脫硝效率運行所引發(fā)的問題更為普遍和嚴重。為從源頭解決上述問題，有必要針對超低/超超低排放和靈活調(diào)峰運行特點，將鍋爐燃燒—SCR脫硝—空預(yù)器等上下游設(shè)備作為整體，從風(fēng)煙參數(shù)準確測量、爐內(nèi)風(fēng)煤協(xié)調(diào)燃燒、SCR精準噴氨、低負荷脫硝評估與煙氣提溫路線選擇等方面，制定燃煤機組靈活調(diào)峰煙氣脫硝導(dǎo)則，規(guī)范和指導(dǎo)靈活調(diào)峰改造。2020年，中電聯(lián)標準化管理中心組織西安熱工研究院有限公司等20多家單位開展煤電機組靈活性改造標準體系預(yù)研，發(fā)現(xiàn)《OperationandMaintenanceGuidelinesforSCR（EPRI1008345）》和《火電廠煙氣脫硝(SCR)系統(tǒng)運行技術(shù)規(guī)范（DL/T335）》等國內(nèi)外脫硝相關(guān)標準提到了SCR低負荷運行溫度，但未涉及SCR投運溫度評估、低負荷煙氣提溫、煤風(fēng)氨協(xié)調(diào)等內(nèi)容，華能集團企標《燃煤機組SCR煙氣脫硝低負荷運行導(dǎo)則》也僅涉及提溫方案選擇，而《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備（GB/T21509）》等標準還存在與靈活調(diào)峰相抵觸的內(nèi)容。相對于現(xiàn)有標準靈活調(diào)峰信息的碎片化狀態(tài)，本項目針對當前形式要求，制定將更具針對性、系統(tǒng)性和實用性，可更好地指導(dǎo)燃煤機組靈活調(diào)峰下的煙氣脫硝系統(tǒng)完善和相關(guān)運行問題的解決，對于提升我國電力行業(yè)脫硝系統(tǒng)的運行管理水平、豐富和完善現(xiàn)行脫硝標準體系均具有十分積極的意義。3標準編制的基本原則和依據(jù)標準編寫依據(jù)《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》（GB/T1.1-2020）編制。標準編寫充分考慮了燃煤機組靈活調(diào)峰煙氣脫硝運行技術(shù)的實用性和可操作性，遵循完整、規(guī)范、簡潔的原則，突出了新形勢下脫硝運行技術(shù)的重點內(nèi)容和要求。標準編制組按照國家、行業(yè)現(xiàn)行的相關(guān)法律、法規(guī)、標準、規(guī)范等要求和規(guī)定編制本標準。4標準主要技術(shù)內(nèi)容說明4.1范圍本文件規(guī)定了燃煤機組NOx控制過程中的風(fēng)煙參數(shù)準確測量、風(fēng)煤協(xié)調(diào)均衡燃燒、氨氮均勻混合、噴氨精準調(diào)控、煙氣提溫、催化劑寬溫運行、運行維護、性能評價等方面的技術(shù)要求。本文件適用于燃煤機組自并網(wǎng)發(fā)電起全負荷范圍內(nèi)靈活調(diào)峰期間的煙氣脫硝運行，其他燃料機組可參照執(zhí)行。4.2規(guī)范性引用文件根據(jù)本次標準制訂需要，引用了GB/T34339、GB/T10184、DL/T296等標準的內(nèi)容，對火電廠靈活調(diào)峰期間的SCR煙氣脫硝運行的技術(shù)要求進行規(guī)范和規(guī)定。4.3術(shù)語和定義根據(jù)本次標準制訂需要，對靈活調(diào)峰、風(fēng)煤均衡燃燒、NOx平衡濃度、動態(tài)預(yù)測調(diào)節(jié)、催化劑硫酸氫銨凝聚溫度、催化劑硫酸氫銨可逆失活、最低噴氨運行溫度、催化劑寬溫運行、多點煙氣測試等術(shù)語進行了定義和解釋。4.3總則對燃煤機組靈活調(diào)峰下的煙氣脫硝運行提出了原則性要求，提出將鍋爐燃燒和SCR煙氣脫硝作為整體以提升SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的靈活調(diào)峰適應(yīng)能力、通過鍋爐燃燒送風(fēng)量和脫硝噴氨量的動態(tài)預(yù)測調(diào)節(jié)全時段減小過度噴氨造成的過大氨逃逸，以及過煙氣提溫催化劑無硫酸氫銨運行或者催化劑寬溫運行實現(xiàn)全負荷SCR煙氣脫硝安全、經(jīng)濟運行。4.4全負荷動態(tài)調(diào)控NOx與氨逃逸（1）正文5.1規(guī)定了磨煤機入口一次風(fēng)量測量截面、二次風(fēng)量測量截面、鍋爐風(fēng)箱及其內(nèi)部燃燒器之間的風(fēng)量分配技術(shù)要求，并提出了實現(xiàn)的技術(shù)方式。（2）正文5.2.1提出了采用多點煙氣測試以提高煙氣NOx在線分析儀表的測量代表性；正文5.2.2明確了氨氣供應(yīng)的壓力、流量及調(diào)節(jié)的技術(shù)要求；正文5.2.3規(guī)定了SCR入口煙氣應(yīng)滿足的參數(shù)條件，并提出采用可調(diào)型格柵和煙氣靜態(tài)混合器以滿足要求；正文5.2.4對SCR入口NOx濃度分布變化較大的鍋爐，提出了采用全煙道型靜態(tài)混合器或分區(qū)噴氨自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)以提高脫硝噴氨系統(tǒng)的機組負荷適應(yīng)性，并提出了分區(qū)自動噴氨裝置應(yīng)滿足的技術(shù)要求；正文5.2.5規(guī)定了催化劑上方飛灰分布的技術(shù)要求，并提出了實現(xiàn)的技術(shù)方式。（3）正文5.3.1明確了SCR脫硝入口煙道截面煙氣O2濃度、NOx濃度和出口煙道截面煙氣NOx濃度分布均勻性的要求；正文5.3.2提出了爐內(nèi)NOx生成濃度需接近NOx平衡濃度，主要是考慮低氮控制與高效燃燒相互制約：爐內(nèi)NOx生成濃度過高會導(dǎo)致噴氨量增加，不僅影響脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟性，同時對下游設(shè)備造成不利影響，而爐內(nèi)NOx生成濃度過低會導(dǎo)致腐蝕、腐蝕等問題出現(xiàn)，因此提出NOx平衡濃度進行定義，要求爐內(nèi)NOx生成濃度應(yīng)接近NOx平衡濃度；正文5.3.3提出了對燃燒送風(fēng)總量調(diào)節(jié)響應(yīng)速度的技術(shù)要求；正文5.3.4提出了噴氨總量相對于鍋爐燃燒工況的調(diào)節(jié)響應(yīng)速度的技術(shù)要求，以適應(yīng)負荷快速變化。4.5低負荷SCR煙氣脫硝（1）正文6.1給出了SCR煙氣脫硝運行溫度邊界的獲得方法，這是進行低負荷SCR煙氣脫硝評估的邊界條件，也是進行提溫方案選擇的基礎(chǔ)。（2）正文6.2將SCR煙氣脫硝入口煙氣溫度與最低噴氨運行溫度作比較，以兩者差值區(qū)分不同的提溫運行方案，當兩者差值較小時，宜通過調(diào)整運行方式，提高SCR煙氣脫硝入口煙氣溫度或者降低最低噴氨運行溫度；當兩者差值較大時，需合理選擇煙氣提溫方案，并在附錄C中進行了不同方案特點的比較，同時對現(xiàn)役機組和新建機組分別提出了推薦方案和技術(shù)要求。（3）催化劑寬溫運行是指利用催化劑硫酸氫銨可逆失活的特性，結(jié)合燃煤機組低負荷煙氣溫度低、高負荷煙氣溫度高的特點，允許SCR煙氣脫硝第一層催化劑在低負荷適度失活、在高負荷加熱恢復(fù)的運行模式。正文6.3.1提出了低負荷催化劑硫酸氫銨失活與恢復(fù)評估方法，并在附錄D中詳細闡述了低負荷許可最長失活運行時間和高負荷最短恢復(fù)運行時間的評估方法。正文6.3.2~6.3.4明確了催化劑寬溫運行的具體運行策略，對失活運行時間和恢復(fù)運行時間進行了限制。（4）正文6.4規(guī)定了低負荷不同脫硝方案的選擇原則，正文6.4.1明確了SCR煙氣脫硝入口煙氣溫度低于250℃時，進行煙氣提溫改造，防止煙氣中的硫酸氫銨凝聚；正文6.4.2~6.4.4提出可讓硫酸氫銨失活催化劑完全恢復(fù)的機組，宜采用催化劑寬溫運行方式，無法讓硫酸氫銨失活催化劑完全恢復(fù)的連續(xù)調(diào)峰機組，宜采用提溫方案，已完成煙氣提溫改造的機組，可結(jié)合催化劑寬溫運行，適當提溫，減少煙氣提溫對鍋爐熱效率的降低幅度。4.6運行維護正文第7章提出了靈活調(diào)峰下，SCR煙氣脫硝運行維護過程中需要執(zhí)行的操作和技術(shù)要求，目的是結(jié)合超低/超超低排放和靈活調(diào)峰運行特點，更好地落實正文第5章、第6章提出的技術(shù)要求，全負荷實現(xiàn)SCR煙氣脫硝安全、經(jīng)濟運行。主要包括了定期試驗、定期催化劑檢測、定期儀表校準、定期檢查、定期投運等。4.7性能評價（規(guī)定、提出、明確、要求、原則、規(guī)范、工藝、類型）為了便于用戶對脫硝裝置進行自我診斷和評估，正文8.1提出了改造前性能評估的主要內(nèi)容和技術(shù)要求，考慮到可操作性，主要是通過統(tǒng)計機組運行數(shù)據(jù)的方式，評估風(fēng)量測量的準確性、風(fēng)煤均衡燃燒程度、脫硝噴氨均勻性、硫酸氫銨堵塞、催化劑寬溫運行適應(yīng)性情況，以發(fā)現(xiàn)機組在靈活調(diào)峰下，SCR脫硝裝置存在的問題。為了便于用戶對改造后的脫硝裝置進行評價，正文8.2規(guī)定了改造后性能評價的總要求、項目、參數(shù)、目標值和方法，用戶可根據(jù)改造內(nèi)容選擇相應(yīng)的項目進行測試和評價。4.8附錄部分4.8.1燃煤種類與鍋爐額定負荷下的脫硝入口NOx平衡濃度推薦值和CO推薦值附錄A數(shù)據(jù)來源于數(shù)十臺機組現(xiàn)場噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗和燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗結(jié)果，歸納得出的NOx平衡濃度和CO的推薦值。4.8.2硫酸氫銨凝聚溫度的經(jīng)驗計算公式附錄B中最低噴氨運行溫度、催化劑硫酸氫銨凝聚溫度、煙氣硫酸氫銨凝聚溫度和硫酸氫銨失活催化劑恢復(fù)溫度的計算公式，來源于主流催化劑廠設(shè)計資料，并結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果調(diào)整后得到。4.8.3各種SCR煙氣脫硝低負荷煙氣提溫方案的技術(shù)特點附錄C對比了不同煙氣提溫方案的提溫幅度、安全可靠性、對鍋爐影響、投資費用、適用范圍和技術(shù)要求，便于用戶參考以合理選擇煙氣提溫方案。4.8.4催化劑硫酸氫銨失活與恢復(fù)評估方法附錄D提出了催化劑硫酸氫銨失活與恢復(fù)評估方法，具體地，低負荷下，通過第一層催化劑預(yù)設(shè)模塊的單點煙氣采樣管進行相關(guān)煙氣組分的測試，計算第一層催化劑的活性，以試驗開始無硫酸氫銨失活的催化劑活性為基準，計算相對活性降幅作為催化劑失活速率，以降低20%-30%為限值，計算對應(yīng)的最長許可失活運行時間；同理，高負荷下，通過第一層催化劑預(yù)設(shè)模塊的單點煙氣采樣管進行相關(guān)煙氣組分的測試，計算第一層催化劑的活性，以該負荷下完全恢復(fù)的催化劑活性為基準，計算相對活性增幅作為催化劑恢復(fù)速率，估算相對活性恢復(fù)到100%所需的最長恢復(fù)運行時間。5計算案例5.1催化劑寬溫運行某300MW燃煤機組，設(shè)計SCR煙氣脫硝進口煙氣NOx濃度為195.1μL/L、出口NOx排放濃度為19.5μL/L、氨逃逸濃度為3μL/L、SO3濃度為8μL/L。計算SCR最低噴氨運行溫度、催化劑ABS凝聚溫度、煙氣ABS凝聚溫度以及ABS失活催化劑恢復(fù)溫度分別為306.1℃、277.3℃、235.7℃和321.1℃。機組不同負荷下，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度見表1。表1項目單位100%ECR70%ECR50%ECR35%ECR0-35%ECR煙氣溫度℃352335302272262機組0-40.8%ECR負荷下，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度低于凝聚溫度，凝聚溫差為-15.3~0℃，實測第一層催化劑參數(shù)，進一步計算失活速率，得到許可最長失活運行時間約為21h；機組61.6%ECR及以上高負荷下，SCR進口煙氣溫度達到恢復(fù)溫度，恢復(fù)溫差為15~45.9℃，實測第一層催化劑參數(shù)，進一步計算活性恢復(fù)速率，得到最短高溫恢復(fù)運行時間約為10h。機組每次啟機在0-40.8%ECR下的運行時間約為4h。常規(guī)每天24h運行期間，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度低于催化劑ABS凝聚溫度的40.8%ECR及以下負荷運行時間短于8h。SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度達到恢復(fù)溫度的61.6%ECR以上負荷運行時間大于10h。由上可知，該機組低負荷下的煙氣SCR脫硝進口煙氣溫度雖然低于最低運行溫度，也低于催化劑ABS凝聚溫度，但凝聚溫差相對較小，低負荷下運行時間較短，且高負荷下的恢復(fù)溫差大、運行時間較長，無需進行煙氣提溫，可利用機組高低負荷下的自身煙氣溫度調(diào)控能力，實現(xiàn)SCR煙氣脫硝催化劑全負荷寬溫安全運行。5.2提溫輔助脫硝催化劑全負荷寬溫運行某660MW燃煤機組，設(shè)計SCR脫硝進口煙氣中NOx濃度為219.5μL/L、出口NOx排放濃度為22μL/L、氨逃逸濃度為3μL/L、SO3濃度約25μL/L。計算SCR最低噴氨運行溫度、催化劑ABS凝聚溫度、煙氣ABS凝聚溫度以及ABS失活催化劑恢復(fù)溫度分別為324.8℃、291.9℃、243.5℃以及334.9℃。機組不同負荷下，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度見表2。表2項目單位100%ECR80%ECR50%ECR40%ECR30%ECR0-30%ECR煙氣溫度℃374336317309252240機組0-37%ECR負荷下，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度低于催化劑ABS凝聚溫度，凝聚溫差為-51.9~0℃，在250℃煙氣溫度下，實測第一層催化劑參數(shù)，進一步計算失活速率，得到許可最長失活運行時間約為5h；機組78.3%ECR及以上高負荷下，SCR進口煙氣溫度達到恢復(fù)溫度，恢復(fù)溫差為15~49.2℃，實測第一層催化劑參數(shù)，進一步計算活性恢復(fù)速率，得到最短高溫恢復(fù)運行時間約為6h。機組每天24h運行期間，SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度低于催化劑ABS凝聚溫度的37%ECR負荷以下運行時間約6~8h，高于恢復(fù)溫度的78.3%ECR負荷以上運行時間只有3~4h。運行過程發(fā)現(xiàn)：1）SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度約250℃運行5h時，第一層催化劑的差壓由171Pa增加到232Pa，煙氣溫度升高到260℃后，煙氣差壓逐漸降低到約170Pa，表明發(fā)生了煙氣ABS凝聚，粘附飛灰堵塞催化劑孔道；2）機組運行3個月后，再次測試的結(jié)果顯示，第一層催化劑的脫硝效率較初始時的60%降低至39%，且隨SCR進口煙氣溫度逐漸升高到310℃，效率沒有提高，表明長期低負荷運行造成的催化劑ABS失活，在高負荷下沒有完全恢復(fù)。由上可知，該機組低負荷過低溫度下的運行時間偏長，而高負荷恢復(fù)溫度以上的運行時間偏短。為實現(xiàn)SCR煙氣脫硝催化劑全負荷寬溫安全運行，需要采取煙氣提溫輔助措施：1）通過省煤器煙氣旁路改適度提溫，使低負荷下的SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度提升到255℃以上，避免發(fā)生煙氣ABS凝聚堵塞問題；2）在0~37%ECR低負荷運