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火電機(jī)組寬負(fù)荷脫硝技術(shù)探討
利用幾種提高省煤器入口煙氣溫度或者提高省煤器進(jìn)入水溫的方案，可以有效提高進(jìn)入SCR入口煙氣溫度，使得SCR在寬負(fù)荷下正常投運(yùn)，確保氮氧化物排放達(dá)到環(huán)保要求。
1.引言
近年來(lái)隨著環(huán)境的惡化，國(guó)家越來(lái)越重視對(duì)于環(huán)境的保護(hù)，隨著國(guó)家頒布GB13223-2011并實(shí)施后，大量的火電鍋爐都配有脫硝（SCR）裝置，而SCR催化劑的正常運(yùn)行對(duì)進(jìn)口煙氣溫度具有一定要求（310～420℃），對(duì)于特定的裝置，催化劑的設(shè)計(jì)溫度范圍稍有變化，通常按照鍋爐正常負(fù)荷的省煤器出口煙溫設(shè)計(jì)，當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙氣溫度會(huì)低于下限值，無(wú)法滿足脫硝裝置的溫度要求。
目前，火電機(jī)組基本參與調(diào)峰，這就造成鍋爐經(jīng)常會(huì)運(yùn)行在低負(fù)荷段，而鍋爐在低負(fù)荷階段，省煤器出口煙氣溫度偏低，過(guò)低的煙氣溫度不能滿足脫硝系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定的投運(yùn)要求，所以解決低負(fù)荷時(shí)脫硝入口煙氣溫度偏低的問(wèn)題成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
2.機(jī)組運(yùn)行主要問(wèn)題
目前降低氮氧化物主要方式是采用低氮燃燒器并加裝脫硝裝置。采用的低氮燃燒器一般能保證脫硝入口氮氧化物濃度在120-250mg/Nm3，然后通過(guò)加裝脫硝裝置將氮氧化物降至100mg/Nm3以下。
實(shí)際運(yùn)行中，由于負(fù)荷低，造成脫硝入口溫度低，脫硝裝置被迫處于退出狀態(tài)。表1分別為300MW亞臨界、600MW超臨界以及1000MW超超臨界機(jī)組省煤器入口溫度與負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
表1機(jī)組省煤器出口煙氣溫度和負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系
從上表可以看出，600MW及以下機(jī)組負(fù)荷低于50%時(shí)就就存在脫硝入口溫度低，脫硝設(shè)備退出問(wèn)題。2014年7月1日新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，這對(duì)一些機(jī)組運(yùn)行提出了更高的要求。
3.寬負(fù)荷脫硝主要技術(shù)手段
3.1新建機(jī)組
3.1.1設(shè)置多級(jí)省煤器，增加空預(yù)器熱負(fù)荷
對(duì)于新建機(jī)組，在設(shè)計(jì)初可以采用重新分配受熱面，如采用多級(jí)省煤器技術(shù)，將SCR放在二級(jí)省煤器之間，同時(shí)可以從新考慮空預(yù)器換熱量，將部分熱負(fù)荷放置在空預(yù)器，增加空氣預(yù)熱器換熱面積，提高省煤器出口煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。
3.1.2設(shè)置零號(hào)高加，提高給水溫度
增加一級(jí)加熱器，利用主汽或者三抽高溫?zé)嵩醇訜峤o水，通過(guò)提高給水溫度達(dá)到使得省煤器出口溫度升高。
3.2現(xiàn)有機(jī)組
對(duì)于現(xiàn)有機(jī)組，要實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝，必須進(jìn)行相關(guān)設(shè)備改造，主要技術(shù)路線有以下幾種。
3.2.1方案一：分級(jí)省煤器布置
在原有省煤器基礎(chǔ)上，重新布置省煤器管組。如拆除原有省煤器下部部分管組，在脫硝SCR出口煙道內(nèi)增設(shè)一定量的省煤器受熱面，通過(guò)減少脫硝SCR反應(yīng)器前省煤器的吸熱量，提高了脫硝SCR反應(yīng)器入口煙溫，達(dá)到脫硝反應(yīng)器溫度下限值以上的目的。煙氣通過(guò)SCR反應(yīng)器脫氮之后，進(jìn)一步通過(guò)SCR反應(yīng)器后的省煤器來(lái)吸收煙氣中的熱量，以保證空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙溫基本不變。其布置示意圖如圖1所示。
主要問(wèn)題：投資成本相對(duì)較高，受空間位置限制，具體布置方案需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)在于不影響鍋爐整體效率的情況下提高SCR入口煙溫，同時(shí)還能降低排煙溫度，提高鍋爐效率。
3.2.2方案二：設(shè)置省煤器給水旁路
設(shè)置省煤器給水大旁路，機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，部分省煤器給水直接在旁路調(diào)節(jié)門的控制下通過(guò)大旁路直接到達(dá)省煤器出口集箱，通過(guò)減少通過(guò)省煤器給水量，實(shí)現(xiàn)提升煙溫的目的。此方案需要配置旁路省煤器的閥門和相應(yīng)的旁路管道。其布置示意圖如圖2所示。
主要問(wèn)題：由于水側(cè)傳熱系數(shù)極大，如減少少量工質(zhì)流量無(wú)法有效降低出口煙溫，即減少水流量，省煤器的總換熱量基本不變，出口煙溫也基本不變，只是提高了省煤器出口水溫。該方案需要將旁路流量選取到50%以上效果才顯著，同時(shí)從省煤器抽出大量的工質(zhì)后會(huì)造成省煤器出口水欠焓降低，需根據(jù)流量進(jìn)行核算。
圖2省煤器給水旁路布置
3.2.3方案三：設(shè)置煙氣旁路
在省煤器進(jìn)口位置的煙道上開(kāi)孔設(shè)置煙氣旁路，在旁通煙道上設(shè)置煙氣擋板門，在高負(fù)荷時(shí)，通過(guò)關(guān)閉煙氣擋板門使旁通煙道隔離，在低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)調(diào)整煙氣擋板門的開(kāi)度而引出部分中溫?zé)煔馀c省煤器出口煙氣混合，提高脫硝SCR裝置入口煙氣溫度，達(dá)到脫硝反應(yīng)器溫度下限值以上的目的。其布置示意圖如圖3所示。
主要問(wèn)題：穩(wěn)定性較差，擋板容易發(fā)生卡澀，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。如果長(zhǎng)期不在低負(fù)荷運(yùn)行，也就是擋板門處于常閉狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致積灰、卡澀。如果機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，該方法有一定優(yōu)勢(shì)。
圖3設(shè)置煙氣旁路
3.2.4方案四：省煤器加裝中間集箱
原省煤器受熱面面積不變，把省煤器分成高溫段和低溫段，在兩級(jí)省煤器中間增加一個(gè)中間集箱和一套流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)控制低溫段省煤器的流量可以達(dá)到減小低溫段省煤器受熱面吸熱的目的。此方案與省煤器設(shè)置旁路較類似，目的都是通過(guò)減少省煤器進(jìn)水量來(lái)提高出口煙氣溫度。
3.2.5方案五：省煤器加裝循環(huán)泵
增加循環(huán)泵，對(duì)現(xiàn)有的鍋爐水系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用水泵將省煤器出口或汽包下降管高溫?zé)崴腿胧∶浩鬟M(jìn)口，通過(guò)再循環(huán)省煤器部分工質(zhì)的方式，提高和控制省煤器入口水溫，減小省煤器傳熱溫差，間接提高省煤器出口煙氣溫度，達(dá)到脫硝反應(yīng)器溫度下限值以上的目的。
本煙氣升溫系統(tǒng)適用于亞臨界和超高壓的汽包鍋爐，包括自然循環(huán)汽包爐和強(qiáng)迫循環(huán)汽包爐。該方案主要問(wèn)題是增加了循環(huán)泵，該泵的可靠性要求比較高，同時(shí)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所下降。其布置示意圖如圖4所示。
圖4省煤器加裝循環(huán)泵
3.3上述技術(shù)方案比較
表2對(duì)寬負(fù)荷脫硝幾種方案在經(jīng)濟(jì)性、改造難度、費(fèi)用等方面進(jìn)行了比較。
表2寬負(fù)荷脫硝方案比較
4.結(jié)論
以上幾種技術(shù)方案原理上都是通過(guò)提高省煤器入口煙氣溫度或者是提高省煤器入口水溫來(lái)zui終達(dá)到省煤器出口煙氣溫度升高的效果。幾種改造方案都能在一定程度上提高SCR入口溫度，保證機(jī)組低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝裝置正常運(yùn)行。新建電廠可以在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化即可完成寬負(fù)荷脫硝，運(yùn)行電廠在改造實(shí)施過(guò)程中需要根據(jù)本廠低負(fù)荷運(yùn)行情況、現(xiàn)場(chǎng)空間布置情況及設(shè)計(jì)參數(shù)等綜合判斷選取合適的方案，以達(dá)到寬負(fù)荷脫硝的目的。