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摘要：電站鍋爐寬負(fù)荷脫硝改造勢(shì)在必行，介紹了現(xiàn)有寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，論述了各自的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，給出了寬負(fù)荷脫硝該造技術(shù)方案選取建議并介紹了我公司的改造方案。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐、超低排放，寬負(fù)荷脫硝，省煤器分級(jí)，增容改造

(本文來(lái)自于“2017年電力行業(yè)節(jié)能環(huán)保創(chuàng)新論壇”論文集，有刪減) 作者：魏愛(ài)勇(河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司)

1引言

目前，應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)為選擇性催化還原法(SCR)。為滿足SCR催化劑的溫度窗口，在SCR反應(yīng)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中一般要求入口煙氣溫度為320℃的設(shè)計(jì)過(guò)程中。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于鍋爐負(fù)荷受電網(wǎng)控制，無(wú)法長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行，部分鍋爐運(yùn)在50%負(fù)荷以下時(shí)，SCR入口煙溫低于320℃，使得SCR無(wú)法正常運(yùn)行，造成NOx排放濃度超低、催化劑失活、氨逃逸增加等。因此，有必要采用寬負(fù)荷脫硝技術(shù)來(lái)滿足NOx排放要求，實(shí)現(xiàn)低技術(shù)出力以上全負(fù)荷、全時(shí)段穩(wěn)定達(dá)到排放要求。

2寬負(fù)荷脫硝技術(shù)

河北西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司為了落實(shí)國(guó)家及地方政策對(duì)火電企業(yè)更高的節(jié)能和環(huán)保要求，計(jì)劃對(duì)#5、#6機(jī)組進(jìn)行增容提效改造，同時(shí)為了適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的要求，滿足燃煤鍋爐寬負(fù)荷氮氧化物達(dá)標(biāo)排放的要求，對(duì)鍋爐進(jìn)行了寬負(fù)荷脫硝改造，通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的寬負(fù)荷脫硝技術(shù)進(jìn)行全方面對(duì)比論證，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況和空間結(jié)構(gòu)，選取了適合本項(xiàng)目的具體改造方案。后結(jié)合增容改造方案提出了本項(xiàng)目改造的范圍。

2.1 鍋爐增容改造的必要性

河北西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司積極執(zhí)行國(guó)家相關(guān)政策，為了降低電廠的供電煤耗，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的節(jié)能和減排相關(guān)指標(biāo)，已經(jīng)確定了汽機(jī)的增容提效改造方案：機(jī)組由600MW增容至640MW，同時(shí)進(jìn)行汽輪機(jī)通流改造。為了確保#5、#6機(jī)組達(dá)到國(guó)家的相關(guān)指標(biāo)并配合汽機(jī)的通流改造，鍋爐必須相應(yīng)進(jìn)行640MW的增容改造。

2.1.1 鍋爐設(shè)備概況

河北西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司#5、#6鍋爐為北京巴威公司按美國(guó)B&W公司SWUP系列鍋爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本工程燃用的設(shè)計(jì)、校核煤質(zhì)特性和自然條件，進(jìn)行性能結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的超臨界參數(shù)SWUP鍋爐。

鍋爐為超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的π型鍋爐，鍋爐配有帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神華煙煤，校核煤種為晉北煙煤。

鍋爐采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，配置B&W公司的DRB-4Z低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及OFA噴口。

尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。

尾部豎井下設(shè)置兩臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

2.2 鍋爐增容后寬負(fù)荷脫硝改造

河北西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司#5、#6鍋爐通過(guò)增容改造可以完全滿足增容到640MW的需求，同時(shí)通過(guò)調(diào)整尾部受熱面的改造方案，能夠有效降低空預(yù)器入口煙溫和排煙溫度，提高鍋爐效率;但是導(dǎo)致低負(fù)荷SCR入口煙溫偏低，不能滿足30%THA工況以下投運(yùn)脫硝的運(yùn)行要求。

河北西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司綜合考慮機(jī)組增容改造和寬負(fù)荷脫硝環(huán)保政策，要求鍋爐增容改造方案既能降低空預(yù)器入口煙溫及排煙溫度、提高爐效，還能滿足寬負(fù)荷脫硝的運(yùn)行要求。因此，此次寬負(fù)荷脫硝改造的方案必須兼顧兩方面的技術(shù)要求。

目前，寬負(fù)荷脫硝改造有多種技術(shù)路線，如煙氣旁路系統(tǒng)、省煤器水側(cè)旁路系統(tǒng)、省煤器出口水再循環(huán)系統(tǒng)、采用0號(hào)高加系統(tǒng)和省煤器分級(jí)布置等技術(shù)，下述內(nèi)容將詳細(xì)介紹各技術(shù)路線的改造方案。

2.2.1 煙氣旁路系統(tǒng)

本技術(shù)的基本原理是：在省煤器進(jìn)口位置的煙道處開(kāi)孔，抽取部分高溫?zé)煔庵罶CR接口處(提高混合效果，可以在尾部后煙道低溫過(guò)熱器管屏中、下層之間抽高溫?zé)煔?，同時(shí)設(shè)置煙氣擋板，增加部分鋼結(jié)構(gòu)和支吊架。在低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)抽取較高溫?zé)煔馀c省煤器出口過(guò)來(lái)的煙氣混合，使低負(fù)荷時(shí)SCR入口處煙氣溫度達(dá)到低噴氨溫度要求。旁路煙道上需要加裝膨脹節(jié)、電動(dòng)關(guān)斷擋板、調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)煙氣流量及溫度調(diào)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)：投資成本相對(duì)較低，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)煙氣流量可使催化劑工作于反應(yīng)溫度范圍。

缺點(diǎn)：對(duì)煙氣擋板的可靠性要求較高，如果煙氣擋板的密封性能變差，或煙氣擋板開(kāi)啟后無(wú)法關(guān)閉，在高負(fù)荷工況下有部分高溫?zé)煔鈴呐月窡煹佬孤叮�直接進(jìn)入SCR裝置，這時(shí)煙氣溫度將會(huì)出現(xiàn)高于催化劑高允許溫度的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)對(duì)催化劑帶來(lái)致命的破壞;如果長(zhǎng)期不在低負(fù)荷運(yùn)行，也就是擋板門(mén)處于常閉狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致積灰、卡澀打不開(kāi)，也可能在長(zhǎng)打開(kāi)的時(shí)候，關(guān)閉時(shí)不能可靠關(guān)閉。此外，電廠實(shí)際運(yùn)行還發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)煙溫混合均勻性較差，可能出現(xiàn)煙溫平均值合適，但是個(gè)別位置很高，個(gè)別位置很低的情況，對(duì)脫硝催化劑壽命產(chǎn)生較大影響，不推薦此方案。

2.2.2 省煤器水側(cè)旁路系統(tǒng)

在省煤器進(jìn)口集箱前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水旁路，減少給水在省煤器中的吸熱量，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。

此方案可調(diào)節(jié)的范圍較小，在脫硝入口煙溫提高要求不是很多時(shí)基本可行，省煤器后煙氣溫度可達(dá)到低噴氨溫度的要求，但在脫硝入口煙溫提高額度要求較多時(shí)，需要旁路的給水量太大，在省煤器中介質(zhì)可能會(huì)產(chǎn)生沸騰汽化現(xiàn)象，汽化率較高或者水側(cè)旁路引入位置不合理時(shí)將直接影響鍋爐水循環(huán)，威脅到機(jī)組的安全性。旁路量不太大時(shí)也有可能發(fā)生汽水兩相混合不均情況。因此，目前利用省煤器水旁路來(lái)提高SCR裝置入口煙氣溫度，煙氣溫度提升幅度較小，并且具有一定的安全隱患，不推薦采用水側(cè)旁路方案。

2.2.3 省煤器出口水再循環(huán)系統(tǒng)

該種方式可以通過(guò)抽水流量的大小進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，煙氣溫度調(diào)節(jié)靈活，不需要對(duì)受熱面做較大改動(dòng)。通過(guò)再循環(huán)省煤器部分工質(zhì)方式，提高和控制省煤器進(jìn)口水溫，減小省煤器傳熱溫差，從而在低負(fù)荷實(shí)現(xiàn)省煤器出口煙溫的提高。需要增加一套再循環(huán)泵、閥門(mén)系統(tǒng)，初期投資大，成本高，循環(huán)泵在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中維護(hù)工作量大;并且再循環(huán)泵采購(gòu)周期長(zhǎng)，泵、閥門(mén)以及旁路的采購(gòu)安裝復(fù)雜，影響項(xiàng)目改造進(jìn)度。

2.2.4 采用0號(hào)高加系統(tǒng)

回?zé)岢槠�補(bǔ)充給水加熱技術(shù)是指從汽輪機(jī)高壓缸上選擇一個(gè)合適的抽汽點(diǎn)，將該抽汽引入一個(gè)抽汽可調(diào)式的給水加熱器(稱之為0號(hào)高加)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)投運(yùn)該路抽汽，來(lái)提高給水溫度，以提高省煤器出口煙氣溫度，保證低負(fù)荷時(shí)SCR催化劑能夠安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝的功能。

該給水加熱器入口設(shè)置了調(diào)節(jié)門(mén)，低負(fù)荷時(shí)可以控制該加熱器入口壓力基本不變，從而能維持給水溫度基本不變。