解決SCR煙溫偏高問(wèn)題的H型鰭片省煤器的應(yīng)用

李曉暉

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江臺(tái)州318016）

解決SCR煙溫偏高問(wèn)題的H型鰭片省煤器的應(yīng)用

李曉暉

（臺(tái)州發(fā)電廠，浙江臺(tái)州318016）

某300MW機(jī)組進(jìn)行低NOX燃燒器和汽輪機(jī)擴(kuò)容改造（330MW）后，SCR煙溫超過(guò)了400℃的安全限值，利用H型鰭片管省煤器代替原有的光管省煤器，在330 MW工況下，SCR最高煙溫降低到了386.6℃的安全溫度，同時(shí)也降低了排煙溫度，使發(fā)電標(biāo)煤耗降低約1.16 g/kWh。

省煤器；H型鰭片管；SCR煙溫；排煙溫度

隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電裝機(jī)容量逐年增長(zhǎng)，大氣污染也日漸突出，NOX是繼SO2之后燃煤電站環(huán)保治理的重點(diǎn)對(duì)象，其主要控制手段是低NOX燃燒器改造和加裝SCR脫硝系統(tǒng)[1]。由于低NOX燃燒器改造是將燃燒區(qū)域分成主燃區(qū)和再燃區(qū)，使?fàn)t膛火焰中心上移，從而導(dǎo)致爐膛出口煙溫以及后續(xù)受熱面煙溫升高[2，3]。SCR（選擇性催化還原）反應(yīng)器進(jìn)口煙溫是SCR系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)之一，其最佳反應(yīng)溫度在340~380℃[4，5]之間，若SCR進(jìn)口煙溫過(guò)高，將會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致催化劑的中毒，從而大大降低脫硝效率[6，7]。

針對(duì)1臺(tái)存在SCR煙溫偏高問(wèn)題的前后墻燃燒300MW機(jī)組鍋爐，優(yōu)化省煤器受熱面布置，以降低SCR反應(yīng)器的進(jìn)口煙溫，為SCR運(yùn)行提供最佳的運(yùn)行溫度，使得鍋爐在大部分運(yùn)行工況下均能夠滿足SCR催化劑高效安全運(yùn)行的需求。

1 鍋爐概況

300 MW機(jī)組的鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的1 025 t/h亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，正壓直吹MPS型中速磨系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式。

鍋爐總體采用倒“U”型露天布置，系單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣全懸吊結(jié)構(gòu)，尾部分煙道倒L型布置。換熱面布置如圖1所示，尾部豎井由隔墻分成前后2個(gè)通道，前部布置水平低溫再熱器，后部為一級(jí)過(guò)熱器和省煤器，通過(guò)分煙道底部的煙氣擋板，調(diào)節(jié)再熱蒸汽出口溫度。

為了增加機(jī)組出力和降低NOX排放，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行了擴(kuò)容改造使機(jī)組銘牌出力達(dá)到了330 MW，并進(jìn)行了空氣分級(jí)低NOX燃燒和SCR脫硝改造。SCR反應(yīng)器位于省煤器和空預(yù)器之間。

圖1 鍋爐換熱面布置示意

增容改造前后鍋爐的熱力參數(shù)見表1（未考慮脫硝工況）。根據(jù)熱力計(jì)算結(jié)果，在原始設(shè)計(jì)條件下，額定負(fù)荷時(shí)，空預(yù)器進(jìn)口煙溫已達(dá)到了402℃（實(shí)際運(yùn)行時(shí)最高在390℃左右），增容改造后空預(yù)器進(jìn)口煙溫達(dá)到了408℃。同時(shí)，低NOX燃燒改造也會(huì)使得尾部煙溫有一定程度的升高。

因此系列改造實(shí)施后，SCR實(shí)際運(yùn)行煙溫（脫硝改造前的空預(yù)器進(jìn)口煙溫）經(jīng)常超過(guò)400℃，超過(guò)了SCR催化劑的上限，給SCR脫硝系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)不利影響，同時(shí)增加了鍋爐排煙損失。

表1 機(jī)組增容前后鍋爐尾部受熱面煙溫

2 改造方案分析與設(shè)計(jì)

2.1 改造方案的可行性分析

省煤器屬于氣液換熱，影響省煤器換熱效率的主要因素是煙氣側(cè)換熱系數(shù)k和換熱面積F。因此，可以通過(guò)提高k或F來(lái)增加煙氣側(cè)放熱量Q，實(shí)現(xiàn)省煤器出口煙溫的降低，同時(shí)省煤器出口水溫也會(huì)有所提高。針對(duì)既有設(shè)備，單純提高換熱系數(shù)有較大的難度，一般考慮采用增加換熱面積來(lái)增加換熱量。

增加省煤器面積可以有增加管排數(shù)或采用擴(kuò)展受熱面2種方式。根據(jù)熱力計(jì)算，如果采用增加省煤器管排數(shù)來(lái)降低煙溫，將SCR進(jìn)口煙溫下降20℃，則需要增加近60%的原省煤器面積，由于場(chǎng)地布置空間限制，增加60%省煤器面積不具有可實(shí)施性，因此只有選用擴(kuò)展換熱面。

擴(kuò)展換熱面的形式常用的一般有螺旋肋片管和H型鰭片管。在省煤器位置的煙氣屬于高塵煙氣，一般來(lái)說(shuō)H型鰭片管更適合作為該位置的擴(kuò)展受熱面[8]。H型鰭片管是在矩形鰭片的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其強(qiáng)化傳熱以及不易積灰的特性正逐步受重視，在換熱設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用前景[9-11]。

光管與H型鰭片管的換熱性能比較如表2所示，在運(yùn)行狀況不變時(shí)（相同換熱量），H型鰭片管的總管排數(shù)（125 mm×5.7 mm）也明顯小于光管省煤器（125mm×16.6mm）。在相同布置空間中，假設(shè)采用相同的管節(jié)距，則H型鰭片管可實(shí)現(xiàn)約2.9倍的換熱量，而實(shí)現(xiàn)20℃的煙溫降幅需要增加約60%的換熱量，因此，采用H型鰭片管省煤器，完全可以替代原省煤器的作用，且具有足夠的布置空間。

表2 光管與H型鰭片管換熱參數(shù)比較

2.2 省煤器改造設(shè)計(jì)

為了使SCR催化劑既能安全運(yùn)行，又能處于高效運(yùn)行溫度窗口，以在全負(fù)荷范圍內(nèi)合理控制氨逃逸率，并具適當(dāng)提升節(jié)能效果，SCR煙溫降幅的設(shè)計(jì)目標(biāo)值是15℃。

根據(jù)熱力計(jì)算，SCR煙溫降低15℃，則省煤器出口煙溫下降約23℃，省煤器出口水溫升高約4℃，達(dá)到約277℃，對(duì)省煤器運(yùn)行影響不大（飽和溫度363.2℃）。

在可行性分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)省煤器的實(shí)際布置條件等多方面因素，進(jìn)行了H型鰭片管省煤器的工程設(shè)計(jì)與改造，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 H型鰭片管省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改造后省煤器接口與原省煤器一致，不改變給水管路，對(duì)給水系統(tǒng)無(wú)明顯影響。

增加省煤器面積使得省煤器重量增加，通過(guò)荷載校核，原支吊結(jié)構(gòu)能夠滿足承重需求。

3 應(yīng)用效果及效益分析

為了對(duì)比分析H型鰭片管省煤器的應(yīng)用效果，省煤器改造前在330 MW負(fù)荷下進(jìn)行了煙溫測(cè)試，SCR煙溫為400.2℃，改造后在相同煤種和負(fù)荷條件下，SCR煙溫下降到了386.6℃，下降了13.6℃，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

由于H型鰭片管省煤器改造降低了SCR煙溫，即降低了空預(yù)器進(jìn)口煙溫，從而也降低了排煙溫度。試驗(yàn)表明，排煙溫度（修正到20℃）由改造前的132.3℃降低到改造后的123.3℃，修正排煙溫度降低了9.0℃，排煙熱損失下降了38%。僅計(jì)排煙溫度降低帶來(lái)的鍋爐效率提升可降低發(fā)電標(biāo)煤耗約1.16 g/kWh。

省煤器的改造不僅提升了SCR運(yùn)行的安全性，具有一定的環(huán)保效益，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)約1年的運(yùn)行實(shí)踐，H型鰭片管省煤器運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)積灰堵塞情況。

[1]王書肖，于超，郝吉明.電廠NOX控制政策與技術(shù)∶美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)我國(guó)的啟示[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（6）∶1213-1220.

[2]田軍，唐亞平，楊立中.低NOX燃燒技術(shù)探討[J].能源研究與管理，2013（2）∶32-36.

[3]周俊虎，趙琛杰，許建華，等.電站鍋爐空氣分級(jí)低NOX燃燒技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（23）∶19-23.

[4]周響球，楊晨.選擇性催化還原脫硝反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型及仿真[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，30（6）∶39-43.

[5]SCHAUB G，UNRUH D，WANG J，et al.Kinetic analysis of selective catalytic NOXreduction（SCR）in a catalytic filter[J].Chemical Engineering and Processing，2003，42（5）∶365-371.

[6]曹志勇，秦逸軒，陳聰.SCR煙氣脫硝催化劑失活機(jī)理綜述[J].浙江電力，2010，29（12）∶35-37.

[7]李磊.SCR催化劑失活機(jī)理及壽命管理[J].全面腐蝕控制，2014（11）∶82-88.

[8]趙虹，周靄琳，施浩勛，等.不同擴(kuò)展換熱面?zhèn)鳠?、積灰、磨損特性對(duì)比[J].熱力發(fā)電，2015，44（4）∶33-38.

[9]何雁飛.H型鰭片管省煤器在熱電站煤粉鍋爐上的應(yīng)用[J].鍋爐技術(shù)，2013，44（3）∶76-80.

[10]吳艷艷，孫奉仲，李飛，等.H型翅片管束空氣流動(dòng)及換熱特性[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2014，44（6）∶90-94.

[11]牛天況，王振濱.H型鰭片管傳熱的分析和計(jì)算[J].鍋爐技術(shù)，2012，43（1）∶1-5.

（本文編輯：陸瑩）（本文編輯：陸瑩）

Application of H-type Finned Tube Econom izer for Flue Gas Temperature Decrease in SCR

LIXiaohui
（Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318016，China）

The flue gas temperature in SCR（Selective Catalytic Reduction）exceeds the safety threshold limit value of 400℃after low NOXburner and steam turbine capacity increase transformations（330 MW）of 300 MW units.The H-type finned tube economizer is used to replace the original plain tube economizer.In the operating condition of 330MW,the highest flue gas temperature in SCR decreases to the safety temperature of 386.6℃and in the meantime discharged flue gas temperature also decreases,which enables standard coal consumption rate for power generation to approximately decrease by 1.16 g/kWh.

economizer；H-type finned tube；flue gas temperature in SCR；discharged flue gas temperature

TK223.3+3

B

1007-1881（2016）01-0050-03

2015-07-17

李曉暉（1978），男，工程師，主要從事發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。