廣州發(fā)電廠脫硝工程技術(shù)改造對鍋爐的影響及運行優(yōu)化

葉常勇

(廣州發(fā)電廠有限公司，廣東 廣州 510160)

1 概況

為了滿足環(huán)境保護要求，達到廣州市政府提出的排放指標，廣州發(fā)電廠有限公司于2010年7～9月份對5 臺鍋爐實施了脫硝工程技術(shù)改造。改造工程主要分為兩個部分:一是低NOx燃燒系統(tǒng)改造;二是尾部受熱面改造，即在尾部煙道上安裝單層SCR(選擇性催化還原技術(shù))處理工藝，對鍋爐煙氣進行脫硝處理。

2 低NOx 燃燒系統(tǒng)改造

2.1 工程改造思路

低NOx燃燒系統(tǒng)改造為整體改造。本次燃燒器改造目的:在保持鍋爐較高的燃燒效率情況下，防止結(jié)渣，爐膛出口NOx得到較大幅度地削減。

改造采用了煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司的雙尺度燃燒技術(shù)，雙尺度燃燒技術(shù)是一種低NOx燃燒技術(shù)，同時兼顧防渣及鍋爐效率，煤種適應(yīng)性更寬。雙尺度燃燒技術(shù)簡單講是爐內(nèi)燃燒過程的空間尺度與過程尺度全方位優(yōu)化的復(fù)合燃燒技術(shù)?？臻g尺度:是指將爐內(nèi)燃燒的三維空間在水平方向上分為近壁區(qū)和中心區(qū)兩個區(qū)域，同時在垂直方向上分為兩個氧化還原區(qū)。過程尺度:強調(diào)的是爐內(nèi)燃燒過?？諝庀禂?shù)α 分布的差異化，使整個爐內(nèi)的燃燒由集中擴散燃燒向分散、還原擴散燃燒方向優(yōu)化。

2.2 改造范圍及布置特點

本次燃燒系統(tǒng)改造范圍主要包括主燃燒器部分和燃盡風部分。改造前各爐一次風均采用直流燃燒器，四角布置，如圖1所示。

圖1 改造前直流燃煤器

改造后在水平斷面上，一次風射流在爐內(nèi)形成直徑300 mm 順時針切園，二次風射流在爐內(nèi)形成直徑608 mm 逆時針切園，防結(jié)渣及降低NOx排放。

2.3 低氮燃燒器各部件特點

改造后低氮燃燒器設(shè)2 層一次風、3 層二次風和2 層三次風噴嘴，并增加了高位燃盡風。

(1)高位燃盡風SOFA。噴口由汽缸驅(qū)動，可整組上下±20°擺動，用來調(diào)節(jié)汽溫、飛灰及NOx;水平方向上可左右±10°擺動，全部噴口就地手動操作，起到消旋作用，防止煙氣出口造成過大的偏差。

(2)一次風。采用上下濃淡的射流形式，濃淡分離采取分離式擋片裝置，一次風噴口加裝波紋形穩(wěn)燃頓體，后縮60 mm，加大煙氣回流量。

(3)上、中二次風增設(shè)貼避風，在不影響主氣流的情況下，起到防渣、降氮的目的。

(4)三次風與改造前比，新增一層三次風噴口。在原三次風管上加裝分叉管，三次風一層變兩層，降低了原較高的三次風速。三次風噴口加裝內(nèi)縮式穩(wěn)燃波紋頓體，起到加強燃燒的目的，這樣既不會對主燃燒器煤粉氣流的燃燒造成明顯影響，又可起到壓火作用，延長煤粉氣流在爐內(nèi)的燃燒時間。

3 尾部受熱面改造

3.1 改造的目的及方案

結(jié)合鍋爐與SCR 工藝特點，在保證鍋爐安全經(jīng)濟運行的前提下，在高溫省煤器與高溫空氣預(yù)熱器之間布置一層SCR 裝置對煙氣進行進一步脫硝。

3.2 SCR 煙氣脫硝工作原理

選擇性催化還原(Selctive Catalytic Reduction，SCR)煙氣脫硝技術(shù)是基于在金屬催化劑的作用下，向來自鍋爐高溫省煤器出口的煙氣噴入還原劑氨，NH3在一定溫度和催化劑的作用下，有選擇地把煙氣中的NOx還原成N2和H2O，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。表面化學(xué)反應(yīng)為:

該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度為320～420 ℃，相當于高溫省煤器出口至空氣預(yù)熱器入口處的煙氣溫度。

4 脫硝工程改造對鍋爐運行的影響

4.1 低氮燃燒器改造給鍋爐運行帶來的影響

低氮燃燒器改造后，給鍋爐運行帶來的影響較大，主要表現(xiàn)在煤粉燃燒過程拉長、爐膛出口煙溫升高、三次風噴燃器的使用壽命縮短、過熱器結(jié)焦、積灰加劇以及飛灰可燃物增大。

(1)煤粉燃燒過程拉長，爐膛出口煙溫升高。因增加了高位燃盡風，在總風量不變的情況下，二次風量減小，導(dǎo)致煤粉缺氧燃燒;同時二次風速有所降低，上二次風的壓粉作用減弱;又三次風由原來一個噴口改為上下兩個噴口，造成三次風速降低。這些使得爐內(nèi)煤粉燃燒過程拉長，相應(yīng)爐膛出口煙溫升高。這雖然有利于鍋爐在低負荷下維持較高主汽溫度，但也容易引起過熱器超溫、結(jié)焦和積灰。

(2)三次風噴燃器的使用壽命縮短。由于各風速的降低和為保證SCR 進口NOx濃度不超規(guī)定值(370 mg/m3)，運行人員在低負荷或雙磨運行時，需對各次風進行進一步調(diào)整，未能燃燒的成分隨氣流上升到三次風區(qū)域與三次風強烈混合，在此區(qū)域開始劇烈燃燒，造成此區(qū)域溫度高，易發(fā)生局部結(jié)焦。同時三次風噴口采用大鈍體，卷吸高溫煙氣能力強，也易燒三次風噴口。另外三次風由原來一個噴口改為上下兩個噴口，流通面積增大，三次風速降低，使結(jié)焦加劇。不到一年時間，多臺爐相繼出現(xiàn)三次風噴燃器燒爛的情況。

(3)過熱器結(jié)焦、積灰加劇。低氮燃燒器改造后，煤粉燃燒過程拉長，相應(yīng)爐膛出口煙溫有所提高。同時為了保證SCR 反應(yīng)器進口NOx濃度不超過規(guī)定值(370 mg/m3)，就要對各次風進行調(diào)整以控制爐膛出口煙氣含氧量，從而導(dǎo)致爐膛上部過熱器結(jié)焦、積灰情況嚴重。

(4)飛灰可燃物增大。低氮燃燒器改造后，雖然NOx降幅很大，但發(fā)現(xiàn)燒同一煤種，飛灰可燃物升幅也較高。原因主要有兩個:一是煤粉燃燒過程拉長;二是為保證SCR 進口NOx不超規(guī)定值，要控制爐膛出口煙氣含氧量。

4.2 加裝SCR 對鍋爐運行帶來的影響

(1)NH3逃逸對下游設(shè)備的影響。在NH3與NOx的反應(yīng)過程中，會有少量的NH3隨煙氣一起逃逸出反應(yīng)器，并與SO3發(fā)生反應(yīng)，生成NH4HSO4與(NH4)2SO4，沉積在催化劑表面和空氣預(yù)熱器換熱管上，冷凝析出晶體物質(zhì)，與煙塵粘結(jié)一起沉積，降低了催化劑的活性，增大了空預(yù)器的換熱阻力和空預(yù)器堵塞、腐蝕的風險，造成飛灰、空預(yù)器清洗水、FGD 廢水中含NH3。

(2)SCR 對鍋爐經(jīng)濟性的影響。SCR 脫硝裝置需要安裝反應(yīng)器及連接煙道，增大了鍋爐的散熱面積，鍋爐的散熱損失增加。SCR 脫硝裝置也使鍋爐煙氣側(cè)阻力增加，增加了引風機的功率和電耗，鍋爐運行成本增加。

(3)SCR 改造對鍋爐安全的影響。由于改造需要，增加了高溫省煤器吸熱面積，導(dǎo)致省煤器出口水溫相比改造前升高了約25～29 ℃。改造后的省煤器出口水溫接近飽和溫度，危及到鍋爐的自然水循環(huán)和汽包出口蒸汽的品質(zhì)。

(4)SCR 對制粉出力的影響。尾部受熱面改造后，在額定負荷下，高溫省煤器出口煙溫比改造前低了40 ℃左右(見表1)。改造后磨煤機入口風溫降低了30～40℃，風溫的降低，使制粉干燥出力不足。另外為使SCR 進口NOx不超規(guī)定值，雙制粉系統(tǒng)運行時，需要關(guān)小排粉機入口風門，這進一步減小了制粉系統(tǒng)的通風量。這些都影響了制粉系統(tǒng)的出力，使得制粉出力下降了約6%。

表1 廣州發(fā)電廠SCR 改造前后參數(shù)對比

(5)SCR 對鍋爐燃燒的影響。為保證煙囪出口NOx不超標，需要對SCR 進口NOx做限制，這樣就要減小一、二、三次風量、開大燃盡風等措施來減少爐膛氧量，以使SCR 進口NOx不超規(guī)定值。然而從運行情況來看，這樣的調(diào)節(jié)會帶來飛灰的增加和爐內(nèi)結(jié)焦的加劇。特別在低負荷、雙磨運行和滿負荷時，調(diào)整難度加大，甚至影響到鍋爐的安全運行。

5 運行管理及優(yōu)化建議

(1)爐膛出口NOx及飛灰可燃物的控制。為控制爐膛出口NOx，需要減少爐膛氧量，然而這樣會帶來飛灰可燃物的增加。故在保證NOx排放量不超標的情況下，應(yīng)設(shè)法降低飛灰可燃物。根據(jù)試驗總結(jié)出以下措施:將1、2、3號爐氧量控制在2%～3%之間，4、5號爐氧量控制在2.5%～3.5%之間，以控制爐膛出口NOx排放量不超370 mg/m3;上層燃盡風應(yīng)全開，下層燃盡風視情況開20%～30%;一次風速根據(jù)給粉機轉(zhuǎn)速來定;二次風對爐內(nèi)燃燒起擾動、加強燃燒等作用，其風量的大小直接影響飛灰可燃物的大小。單制粉系統(tǒng)運行時上中下二次風門開度依次為100%、30%～50%、100%;雙制粉系統(tǒng)時，上二次風可關(guān)至70%運行，以保證足夠的一次風速;為了使NOx排放不超標，同一煙囪各爐之間應(yīng)盡量避免同一時間雙制粉系統(tǒng)運行。

(2)提高制粉系統(tǒng)干燥出力的措施?？刹扇￡P(guān)小再循環(huán)風門、開大熱風門、適當開大排粉機入口風門等措施。經(jīng)過運行調(diào)整，制粉出力可以增加近2%～4%，同時排粉機電流下降。

(3)防止省煤器出口水溫超溫的措施。運行中，如果高溫省煤器出口水溫超過305 ℃，應(yīng)及時采取吹灰等措施進行控制;如果高溫省煤器出口水溫超過315 ℃，應(yīng)及時進行燃燒調(diào)整，必要時停止汽機的高溫加熱器運行。

(4)防止過熱器結(jié)焦、積灰加劇的措施。煤種摻燒、煤中添加除焦劑、合理配風、在保證SCR 進口NOx不超標的情況下，適當?shù)脑龃鬆t膛出口氧量、定期吹灰、減少雙制粉系統(tǒng)運行時間、同一煙囪的各臺爐之間避免同一時間雙制粉系統(tǒng)運行等。

(5)NH3逃逸的解決措施。通過對噴氨系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整以改善SCR 反應(yīng)器出口的NOx和NH3的濃度分布;運行中嚴格控制SCR 進口煙氣溫度在320～420 ℃之間;運行中加強尾部煙道和SCR 反應(yīng)器的吹灰工作;鍋爐啟動至正常運行后投入SCR 反應(yīng)器運行，停爐前退出運行;在保證煙囪出口NOx不超標的前提下，可以減少噴入尿素熱解反應(yīng)器的尿素溶液量，同時也節(jié)約了尿素使用量;做好脫硝設(shè)備的日常維護工作。

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