如何保證機(jī)組低負(fù)荷時(shí)脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

摘 要： 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，防止大氣污染已成為世界范圍內(nèi)的難題。國(guó)家環(huán)保要求日益嚴(yán)格，特別是針對(duì)燃煤機(jī)組，但國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組都參與調(diào)峰，經(jīng)常低負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組而在低負(fù)荷時(shí)由于各種原因?qū)е聶C(jī)組脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，致使氮氧化物排放超標(biāo)，難以滿足國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

本文在研究機(jī)組低負(fù)荷時(shí)脫硝系統(tǒng)退出原因的基礎(chǔ)上，提出了解決機(jī)組低負(fù)荷時(shí)如何防止脫硝系統(tǒng)退出的技術(shù)措施和技術(shù)改造。最后，引用實(shí)例說(shuō)明了措施的有效性。

關(guān)鍵詞：低負(fù)荷 脫硝系統(tǒng) 原因 措施 技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）09-0277-02

前言

隨著新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271—2014）的正式實(shí)施，由燃煤產(chǎn)生的NOx作為當(dāng)今環(huán)境污染的重要來(lái)源之一，我國(guó)對(duì)燃煤發(fā)電廠NOx排放量提出了更加苛刻的要求。目前我們國(guó)家燃煤發(fā)電廠應(yīng)用最多且較成熟的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性催化還原（SCR）技術(shù)，大唐國(guó)際托克托電廠6號(hào)鍋爐就采用了該技術(shù)，在省煤器出口和空預(yù)器之間安裝SCR煙氣脫硝裝置，SCR煙氣脫硝裝置就是利用催化劑，在一定溫度下，使未經(jīng)脫硝的煙氣與NH3混合后通過(guò)安裝催化劑的區(qū)域產(chǎn)生反應(yīng)，生成N2和水，達(dá)到脫硝的目的。我國(guó)燃煤機(jī)組作為電網(wǎng)的主要組成部分，因此燃煤機(jī)組經(jīng)常要參與調(diào)峰，在夜間負(fù)荷較低時(shí)，機(jī)組經(jīng)常在低負(fù)荷，甚至在50%負(fù)荷以下運(yùn)行，使脫硝系統(tǒng)無(wú)法安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，如何保證機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行非常迫切和必要。

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大唐國(guó)際托克托發(fā)電廠6號(hào)鍋爐由東方鍋爐公司制造；型號(hào)為DG2070/17.5-∏4。爐膛輻射區(qū)域的水冷壁采用內(nèi)螺紋管膜式水冷壁。爐膛上部布置有屏過(guò)、高過(guò)；折焰角后方水平煙道布置高再；后豎井雙煙道分別布置低過(guò)、低再和省煤器。煙道下部布置有兩臺(tái)豪頓華公司生產(chǎn)的型號(hào)為32VNT1830三分倉(cāng)容克式回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器。在省煤器出口與空預(yù)器入口之間布置SCR脫硝裝置。

爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對(duì)沖燃燒，前墻下層5只低氮軸向旋流燃燒器（LNASB），其他25只燃燒器為中心給粉旋流煤粉燃燒器，前后墻各布置兩層燃燼風(fēng)，以減少氮氧化物的排放。在A、C層裝設(shè)了等離子點(diǎn)火裝置。制粉系統(tǒng)配置6臺(tái)中速?gòu)椈杉虞d磨煤機(jī)，鍋爐滿負(fù)荷時(shí)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行一臺(tái)磨煤機(jī)備用，鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷為30%額定負(fù)荷。

二、脫硝流程

SCR脫硝工藝系統(tǒng)可分為液氨儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)、液氨氣化系統(tǒng)、氨氣的供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣/空氣混合系統(tǒng)、氨空混合氣體噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)裝置系統(tǒng)等。

其中由液氨由槽車運(yùn)送液氨進(jìn)入氨區(qū)，再用壓縮機(jī)將液氨由氨槽車輸送到儲(chǔ)氨罐內(nèi)，氨區(qū)將儲(chǔ)氨罐中的液氨在蒸發(fā)槽內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，并提供給機(jī)組SCR脫硝裝置，輸送到機(jī)組SCR脫硝裝置處的氨氣與稀釋風(fēng)機(jī)鼓入的稀釋風(fēng)在氨/空混合器中混合均勻后，經(jīng)氨空混合氣體噴射系統(tǒng)，噴入到SCR脫硝裝置入口，噴射出的氨氣和鍋爐省煤器出口的煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，通過(guò)催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將煙氣中NOx轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退?，達(dá)到脫硝的目的。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入廢水池。

三、機(jī)組低負(fù)荷時(shí)脫硝退出運(yùn)行原因

1.機(jī)組低負(fù)荷時(shí)SCR反應(yīng)器的脫硝入口煙氣溫度，當(dāng)脫硝入口煙氣溫度低于保護(hù)值310℃時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，從而使脫硝出口氮氧化物超標(biāo)。

2.機(jī)組低負(fù)荷時(shí)會(huì)導(dǎo)致脫硝入口氮氧化物急劇升高，為了調(diào)整脫硝出口氮氧化物不超標(biāo)，脫硝系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加噴氨量，致使脫硝系統(tǒng)氨空比超標(biāo)，或者氨逃逸超標(biāo)導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，從而使脫硝出口氮氧化物超標(biāo)。

四、針對(duì)脫硝退出原因采取的措施

1.針對(duì)機(jī)組低負(fù)荷時(shí)脫硝入口煙氣溫度低采取的措施

1.1機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，需要停止磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，可以考慮停止下層磨煤機(jī)運(yùn)行或者增加上層磨煤機(jī)煤量，使火焰中心上移從而提高SCR反應(yīng)器的脫硝入口煙氣溫度。

1.2機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，在爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定的前提下，可以適當(dāng)提高一次風(fēng)壓力，同時(shí)降低磨煤機(jī)出口溫度5-10℃，這樣燃燒推遲，使火焰中心上移。

1.3機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，可以根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，適當(dāng)開大底層二次風(fēng)擋板，關(guān)小上層二次風(fēng)和燃盡風(fēng)擋板，提高火焰中心的位置。

1.4機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，可以根據(jù)磨煤機(jī)的運(yùn)行情況，適當(dāng)降低磨煤機(jī)加載壓力、開大磨煤機(jī)分離器擋板，提高煤粉顆粒度，太高爐膛火焰中心。

1.5機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，由于再熱汽溫可能低于設(shè)定值，為了提高再熱汽溫而開大再熱煙氣擋板，從而使蒸汽吸熱量增加，排煙溫度降低，因此機(jī)組低負(fù)荷時(shí)調(diào)整再熱煙氣擋板時(shí)應(yīng)注意排煙溫度，或者對(duì)再熱煙氣擋板的調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化，例如增加脫硝入口煙氣溫度低于315℃閉鎖開大再熱煙氣擋板。

1.6對(duì)機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造，提高SCR反應(yīng)器的脫硝入口煙氣溫度。

1.6.1設(shè)置省煤器煙氣旁路

該方案是在鍋爐省煤器入口處或者省煤器中間處的煙道上開孔，抽取部分較高溫?zé)煔庵罶CR入口處。在旁路煙道上加裝調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)煙氣流量及溫度。在低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)抽取的高溫?zé)煔饬?，再將這部分高溫?zé)煔馑偷绞∶浩鞒隹谂c該處的煙氣進(jìn)行混合[1]，從而提高省煤器出口的煙氣溫度，使機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝系統(tǒng)入口煙溫達(dá)到310℃以上，保證機(jī)組低負(fù)荷時(shí)脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

托電1、2號(hào)機(jī)組就是利用這項(xiàng)技術(shù)在鍋爐煤器入口處的煙道上開孔，加裝省煤器煙氣旁路，抽取部分較高溫?zé)煔庵罶CR入口處，并在省煤器煙氣旁路設(shè)置煙氣擋板。在低負(fù)荷時(shí)，開啟省煤器煙氣旁路擋板，使較省煤器入口的高溫?zé)煔庵苯油ㄟ^(guò)省煤器煙氣旁路與省煤器出口的煙氣混合，使低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝入口煙溫達(dá)到310℃以上。

1.6.2設(shè)置省煤器給水旁路

該方案是在鍋爐省煤器入口聯(lián)箱與出口聯(lián)箱之間設(shè)置給水旁路管道，并在管道上設(shè)置給水旁路調(diào)門，將部分給水不經(jīng)過(guò)省煤器，直接通過(guò)省煤器給水旁路，由省煤器入口聯(lián)箱引至省煤器出口聯(lián)箱，從而減少流經(jīng)省煤器的給水量，使給水通過(guò)省煤器從煙氣中吸收的熱量減少，以達(dá)到提高SCR脫硝入口煙溫的目的。

1.6.3省煤器分級(jí)改造

該方案是根據(jù)熱力計(jì)算將鍋爐原有省煤器受熱面按面積和比例拆分，保留一部分省煤器受熱面在SCR脫硝裝置的前面，在SCR脫硝裝置的后面繼續(xù)加裝一部分省煤器受熱面，這樣就將鍋爐原有省煤器受熱面進(jìn)行分級(jí)改造。省煤器通過(guò)分級(jí)改造后，給水先通過(guò)SCR脫硝裝置后面的省煤器受熱面，再通過(guò)SCR脫硝裝置前面的省煤器，這樣給水從進(jìn)入SCR脫硝裝置前的煙氣中吸熱量減少，從而提高了SCR脫硝裝置入口的煙氣溫度，使其達(dá)到SCR脫硝裝置最低要求310℃以上。浙江北侖第一發(fā)電公司2號(hào)600MW燃煤機(jī)組就是利用該省煤器分級(jí)改造技術(shù)，使機(jī)組在50%負(fù)荷時(shí)脫硝入口煙溫達(dá)到315℃[2]，保證機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1.6.4回?zé)岢槠a(bǔ)充給水加熱技術(shù)

該技術(shù)是從汽輪機(jī)高壓缸上選擇一個(gè)合適的抽汽點(diǎn)，將該抽汽引入一高加，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)開啟該路抽汽，從而提高給水在該高加的溫升，使進(jìn)入省煤器的給水溫度得到提高，從而減少給水在省煤器受熱面中的換熱，進(jìn)而提高省煤器出口煙氣溫度，以保證機(jī)組低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。外高橋第三發(fā)電廠就是利用這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的“彈性回?zé)峒夹g(shù)”[3]，設(shè)置一個(gè)可調(diào)的給水加熱器，并從高壓缸上引一路合適的供氣進(jìn)入該加熱器，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入該加熱器的抽汽量，維持省煤器入口的給水溫度基本不變，從而提高了進(jìn)入SCR反應(yīng)器的脫硝入口煙氣溫度。

1.7機(jī)組低負(fù)荷時(shí)由于SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度降低，經(jīng)過(guò)研究表明當(dāng)煙氣溫度在290℃以上時(shí)，就不會(huì)影響催化劑的活性，因此在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，我們可以將SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度保護(hù)值改為295℃，這樣可以保證脫硝系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.針對(duì)氨空比、氨逃逸超標(biāo)采取的措施

2.1為防止由于空氨比大造成脫硝跳閘，增加在空氨比大于5%時(shí)聯(lián)啟備用稀釋風(fēng)機(jī)；稀釋風(fēng)量低于一定值時(shí)聯(lián)啟備用稀釋風(fēng)機(jī)，在空氨比大于4.5%時(shí)禁止開啟噴氨調(diào)門；

2.2為防止氨氣逃逸率高，增加氨氣逃逸率大于5ppm，延時(shí)10分鐘聯(lián)關(guān)同側(cè)噴氨調(diào)門和噴氨快關(guān)閥；氨逃逸率大于4.5ppm，禁開噴氨調(diào)門并預(yù)關(guān)10%聯(lián)鎖保護(hù)。

2.3為了防止由于測(cè)點(diǎn)故障，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行，將脫硝系統(tǒng)保護(hù)投退權(quán)限設(shè)在DCS盤上，這樣如果測(cè)點(diǎn)故障可以及時(shí)退出相關(guān)保護(hù)，從而保證脫硝系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

五、結(jié)束

本文通過(guò)對(duì)機(jī)組低負(fù)荷時(shí)SCR脫硝系統(tǒng)退出原因進(jìn)行分析，并且提出防止SCR脫硝系統(tǒng)退出的技術(shù)措施，以及通過(guò)技術(shù)改造，脫硝系統(tǒng)的進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，保證了脫硝系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷下安全運(yùn)行，提高脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]王潔，騰農(nóng)，張文杰，等.機(jī)組負(fù)荷對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行影響研究[J].電力科技與環(huán)保，2011，27（3）：16-18

[2]徐昶，徐良，胡杰，等.國(guó)內(nèi)首臺(tái)火電機(jī)組省煤器分級(jí)改造提高SCR入口煙溫實(shí)踐[J].鍋爐制造，2014（6）：42-45.

[3]杜洋洋，馮偉忠.基于彈性回?zé)峒夹g(shù)的調(diào)頻性能研究[J].華東電力，2014，42（9）：1944-1948.

作者簡(jiǎn)介：張海明（1988-），男（漢族），助理工程師，現(xiàn)從事火電廠集控運(yùn)行工作。