660MW超超臨界機組SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐運行影響的分析

摘 要：目前國內(nèi)環(huán)保形勢嚴峻，火電機組紛紛進行脫硝改造，大唐信陽電廠660MW超超臨界燃煤機組經(jīng)脫硝改造后，對超超臨界鍋爐運行產(chǎn)生諸多影響如燃燒穩(wěn)定、鍋爐內(nèi)爆、空預(yù)器堵塞、煙道阻力等進行討論和分析，為保證鍋爐安全運行提出了相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：超超臨界鍋爐；脫硝SCR裝置；空預(yù)器；燃燒穩(wěn)定；影響

前言

當(dāng)前根據(jù)我國環(huán)境保護的要求，國內(nèi)各大燃煤電廠的鍋爐為控制鍋爐燃燒生成的煙氣中的氮氧化物，防止其排入大氣污染環(huán)境，均進行改造安裝了技術(shù)成熟且運行穩(wěn)定利用催化還原原理設(shè)計的SCR脫硝裝置，SCR脫硝裝置改造安裝后對鍋爐的安全和經(jīng)濟的運行產(chǎn)生了較多的影響，目前超超臨界鍋爐在進行脫硝改造后對鍋爐運行的經(jīng)驗還不太成熟和豐富，文章以大唐信陽華豫電廠的煙氣脫硝工程為例，分析和討論了SCR脫硝裝置的加裝對超超臨界鍋爐系統(tǒng)的影響，為保證鍋爐安全運行提出了相應(yīng)的防范措施。

1 機組概況

大唐信陽華豫發(fā)電有限責(zé)任公司二期2×660MW超超臨界燃煤發(fā)電#3、4機組分別于2009年3月、10月投產(chǎn)。兩臺爐均是東方鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界變壓運行、一次中間再熱帶內(nèi)置式啟動旁路系統(tǒng)的本生直流鍋爐，型號為DG2000/26.15-II2型，鍋爐結(jié)構(gòu)是單爐膛、尾部煙道為雙煙道結(jié)構(gòu)、前后墻對沖燃燒方式。鍋爐采用中速磨煤機一次風(fēng)正壓直吹式系統(tǒng)，每臺爐配6臺中速磨煤機。B-MCR工況燃燒設(shè)計煤種時，5運1備，煤粉細度R90=16%，煤粉均勻性系數(shù)為1.05。每臺磨煤機為一層6臺燃燒器供應(yīng)氣粉混合物。鍋爐前、后墻各布置3層DBC-OPCC-Ⅰ型燃燒器，每層6只，共計36只燃燒器（后墻最下層F層為小油槍燃燒器）。每臺爐各安裝兩臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器，后期安裝SCR脫硝裝置，脫硝裝置采用尿素?zé)峤猱a(chǎn)生氨氣制備還原劑，選擇性催化還原法（SCR）的煙氣脫硝工藝，尿素在熱解爐中熱解成氨氣還原劑與熱一次風(fēng)混成空氣/氨氣混合氣體噴入煙道內(nèi)與煙氣充分混合，流入催化反應(yīng)器，當(dāng)達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的煙氣氣流流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時，氨氣與NOX發(fā)生催化還原反應(yīng)，將NOX還原為無害的N2和H2O，每臺脫硝裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐ECR工況時的100%煙氣量，脫硝裝置入口NOX含量≤450mg/Nm3時，保證脫硝效率≥80%；NOX排放濃度不超過100mg/Nm3，能在國家排放標(biāo)準(zhǔn)下穩(wěn)定運行，但是SCR脫硝裝置安裝后對我廠兩臺超超臨界鍋爐的安全和經(jīng)濟運行均產(chǎn)生了較大的影響。

2 SCR脫硝裝置安裝后對我廠超超臨界鍋爐安全和經(jīng)濟運行的影響分析

2.1 增加了風(fēng)煙系統(tǒng)阻力

SCR裝置安裝后鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)增加了風(fēng)煙系統(tǒng)煙道阻力、SCR反應(yīng)器的阻力和因為氨逃逸導(dǎo)致生成的硫酸氫氨沉積在空預(yù)器及催化劑而增加的阻力。我廠鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)在安裝脫硝裝置前50%負荷330MW至額定負荷660MW整個風(fēng)煙阻力范圍是2000～3000Pa，而安裝后SCR反應(yīng)器的阻力有500Pa，空預(yù)器又增加了200Pa左右的阻力，這樣就可以看出SCR裝置對風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力特性起到比較大的作用。

圖1中，橫縱坐標(biāo)分別為負荷和風(fēng)煙系統(tǒng)煙道阻力，曲線1、2分別為安裝脫硝裝置前、后的風(fēng)煙系統(tǒng)煙道阻力特性曲線。當(dāng)鍋爐負荷從A點調(diào)整到B點，安裝脫硝裝置前鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)工況點就從a1點調(diào)整到b1點，這樣縱坐標(biāo)的壓力差△P1即為其壓力調(diào)節(jié)幅度。同樣安裝脫硝裝置后鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的工況點從a2調(diào)整到b2點.其縱坐標(biāo)壓力差△P2為其壓力調(diào)節(jié)幅度。將曲線1向上平移至曲線3后可看出△P2-△P1即為安裝SCR裝置后鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)煙氣增加的阻力。

由于氨與NOx的不完全反應(yīng)，會有少量的氨與煙氣一道逃逸出反應(yīng)器，逃逸出的氨氣與SO3和水蒸氣會反應(yīng)生成硫酸氫氨，硫酸氫銨具有極強的腐蝕性和粘結(jié)性，附著在飛灰表面粘附上脫硝催化劑和空預(yù)器的高溫和低溫段并逐漸沉積，隨著運行時間的增長，導(dǎo)致空預(yù)器和催化劑阻力越來越大，我廠兩臺超超臨界鍋爐在SCR裝置投運半年后空氣預(yù)熱器阻力差壓均較剛投入時又增加30%，約500Pa而且有繼續(xù)增加的趨勢，A、B引風(fēng)機電流均增加有30A，這樣就導(dǎo)致鍋爐低負荷時負壓波動較大，影響了鍋爐的燃燒穩(wěn)定。

2.2 降低了鍋爐的熱效率

（1）我廠SCR脫硝裝置的反應(yīng)器和其連接煙道布置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間，增加了尾部煙道的散熱面積，進而增大了鍋爐的散熱損失，煙氣經(jīng)過脫硝反應(yīng)器后煙溫降低了5℃左右，降低了鍋爐的熱效率。（2）氨逃逸生成的硫酸氫氨沉積在空預(yù)器上并與空預(yù)器煙氣中的灰塵粘合引起空預(yù)器換熱元件的堵塞，導(dǎo)致空預(yù)器換熱效率下降出口排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降。（3）省煤器出口煙氣通過SCR裝置后壓降增加了500Pa左右，SCR裝置投運半年后因硫酸氫氨引起的空預(yù)器堵塞，煙氣通過空預(yù)器又增加阻力500Pa左右，A、B引風(fēng)機出力增大電流均增加30A，導(dǎo)致空預(yù)器風(fēng)煙側(cè)壓差增大，空預(yù)器漏風(fēng)率增大，降低了鍋爐熱效率。

2.3 堵塞并腐蝕空預(yù)器

安裝脫硝裝置后，由于氨與NOx的不完全反應(yīng)導(dǎo)致的氨逃逸生成硫酸氫氨不僅會與煙氣中的灰塵粘合沉積在空預(yù)器上堵塞空預(yù)器，而且硫酸氫氨還有腐蝕性會對空預(yù)器低溫段產(chǎn)生低溫腐蝕。

另外，鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水分，同時氨氣和NOx反應(yīng)產(chǎn)物為氮氣和水，當(dāng)入爐煤硫份較高時，鍋爐燃燒的煙氣中含有較高的SO3，因為煙氣中如果含有0.005%的SO3可提高煙氣的露點至150℃往上，這時會有硫酸溶液凝結(jié)在空預(yù)器的冷端產(chǎn)生低溫腐蝕。

防止空預(yù)器堵塞應(yīng)采取以下措施：（1）加強省煤器輸灰系統(tǒng)綜合治理，防止大量的灰塵進入空預(yù)器與硫酸氫銨粘合導(dǎo)致空預(yù)器積灰堵塞。（2）提高空預(yù)器吹灰次數(shù)，嚴格控制吹灰參數(shù)，運行每班均要對空預(yù)期冷、熱端各進行吹灰，控制吹灰參數(shù)，吹灰前應(yīng)充分暖管，吹灰停止期間要關(guān)閉吹灰電動門，打開疏水門。（3）嚴格控制脫硝出口氨逃逸率，氨逃逸率不允許超過3ppm。（4）控制機組負荷，提高負荷可以使排煙溫度得到適當(dāng)?shù)纳仙?，另外冬天?yīng)及時投運二次風(fēng)暖風(fēng)器以提高排煙溫度，可有效降低空預(yù)器低溫區(qū)露點溫度以下腐蝕情況的程度。（5）啟動和運行中加強對燃油控制，優(yōu)化制粉系統(tǒng)的啟動條件，盡量使用熱值高、揮發(fā)份較高的煤種，同時提高一二次風(fēng)溫，以減少啟動初期大量不完全燃燒產(chǎn)物的生成，從而抑止空預(yù)器堵灰的發(fā)生。（6）降低入爐煤硫份，控制入爐煤硫份盡量在鍋爐設(shè)計值以下，降低煙氣酸露點溫度，減少NH4HSO4生成，減少空預(yù)器的腐蝕及堵塞。

2.4 降低了鍋爐低負荷燃燒的穩(wěn)定性

脫硝裝置安裝投運后增大了風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力，由鍋爐壓力波動圖所示，增設(shè)SCR裝置后，當(dāng)出現(xiàn)鍋爐負荷變動等情況時，風(fēng)機將產(chǎn)生比未安裝SCR裝置多（△P2-△P1）的壓力波動。而且隨著鍋爐運行時間的增加，硫酸氫氨和灰塵粘附在空預(yù)器上導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，引起空預(yù)器阻力逐漸增大，使引風(fēng)機出力逐漸增大，導(dǎo)致鍋爐在低負荷及燃燒不穩(wěn)定時負壓波動范圍增大。

鍋爐低負荷運行時爐膛溫度較低，煤粉著火不穩(wěn)定，一旦發(fā)生斷煤、鍋爐掉焦等擾動時鍋爐容易發(fā)生滅火，我廠#4爐在增設(shè)SCR裝置連續(xù)運行一年后，在50%負荷工況下爐膛負壓波動增大至±400Pa，鍋爐燃燒不穩(wěn)，需對空預(yù)器進行連續(xù)吹灰可降低負壓波動范圍在±250Pa。

2.5 增大了鍋爐內(nèi)爆的可能性

當(dāng)鍋爐因風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機、空預(yù)器跳閘或人員誤操作以及鍋爐滅火等原因?qū)е聽t膛負壓突降時，爐膛或鍋爐煙道系統(tǒng)從外向內(nèi)的壓力差突增引起爐膛或煙道壓塌變形的事故叫鍋爐內(nèi)爆。

我廠#3鍋爐裝設(shè)SCR系統(tǒng)后，在一次滅火時因為鍋爐內(nèi)爆導(dǎo)致了電除塵內(nèi)部及出口喇叭嚴重損壞，原因是空預(yù)器堵塞差壓增大，導(dǎo)致機組高負荷運行時，引風(fēng)機入口負壓一直保持較高負壓，當(dāng)時引風(fēng)機入口負壓在-6000PA以上（引風(fēng)機入口煙道設(shè)計壓力為±5800Pa），此時遇到爐膛滅火，爐膛內(nèi)負壓急劇下降，在爐膛負壓和引風(fēng)機入口負壓的疊加之下，引風(fēng)機入口段煙道承受負壓遠大于設(shè)計瞬爆壓力值，造成煙道薄弱之處承受力過大損壞，電除塵出口的槽板、框架，極板，極線受到嚴重的撞擊，遭受嚴重破壞。

因此鍋爐在設(shè)計時或增設(shè)脫硝裝置技改時應(yīng)該充分考慮到加裝脫硝裝置后對鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)阻力的改變可能會引起鍋爐內(nèi)爆的可能性：（1）要把鍋爐爐膛及煙道支撐結(jié)構(gòu)的強度提高，確保其有充分的裕度，能夠避免產(chǎn)生內(nèi)爆。（2）完善引風(fēng)機入口負壓的監(jiān)控和保護：引風(fēng)機入口的負壓是產(chǎn)生爐膛內(nèi)負壓的源動力，是風(fēng)道系統(tǒng)中負壓最大的地方，加強對此位置的監(jiān)控，掌握系統(tǒng)中負壓的變化情況，可有效跟蹤煙風(fēng)道系統(tǒng)中的運行情況?？稍黾右L(fēng)機入口煙氣壓力測點，并根據(jù)引風(fēng)機入口負壓值增設(shè)報警提醒運行人員及增設(shè)閉鎖引風(fēng)機加負荷的保護，當(dāng)鍋爐MFT后，當(dāng)引風(fēng)機入口負壓達到危險值時，可增設(shè)聯(lián)跳引風(fēng)機的保護。（3）優(yōu)化鍋爐MFT后爐膛壓力控制策略：增加MFT后引風(fēng)機超馳動作條件，及修改MFT后爐膛壓力低三值聯(lián)跳引風(fēng)機的定值。（4）引風(fēng)機的選型應(yīng)合適，要選用運行區(qū)能遠離喘振區(qū)的風(fēng)機，引風(fēng)機的出力能夠滿足鍋爐阻力的需求，引風(fēng)機能在鍋爐正常負荷區(qū)間處于高效工作區(qū)內(nèi)。

3 結(jié)束語

SCR脫硝裝置安裝后對鍋爐的安全和經(jīng)濟的運行產(chǎn)生了較多不利的影響，我們在脫硝裝置設(shè)計時，就需要充分考慮其對鍋爐運行的影響，確保設(shè)計滿足安全的規(guī)范，并盡可能地減少經(jīng)濟性的降低。文章以大唐信陽華豫電廠的煙氣脫硝工程為例，分析和討論了SCR脫硝裝置的加裝對超超臨界鍋爐系統(tǒng)的影響，并提出了相應(yīng)的運行防范措施和解決這些問題的有效途徑。

參考文獻

[1]大唐信陽發(fā)電有限責(zé)任公司2×660MW機組脫硝運行規(guī)程[S].

作者簡介：涂云濤，工程師，從事發(fā)電廠集控運行。