600 MW超臨界機(jī)組鍋爐寬負(fù)荷脫硝技術(shù)的探索及實(shí)踐

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315722）

600 MW超臨界機(jī)組鍋爐寬負(fù)荷脫硝技術(shù)的探索及實(shí)踐

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315722）

火電機(jī)組深度調(diào)峰期間，由于脫硝系統(tǒng)入口煙溫?zé)o法滿足系統(tǒng)投運(yùn)的最低溫度，煙氣中NOX污染物不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。為了提高機(jī)組調(diào)峰能力，保證環(huán)保指標(biāo)全程達(dá)標(biāo)，某發(fā)電廠在寬負(fù)荷脫硝改造前后，開展了大量的探索和實(shí)踐，并總結(jié)出行之有效的措施，大幅降低了脫硝系統(tǒng)投入的最低負(fù)荷點(diǎn)，為同類型機(jī)組實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)投入提供借鑒。

深度調(diào)峰；寬負(fù)荷；脫硝技術(shù)；脫硝煙氣旁路；靈活性

0 引言

2016年11月7日，國家發(fā)改委、國家能源局對外正式發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（2016—2020年），“十三五”期間中國風(fēng)電、光伏、水電、核電將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。為滿足可再生能源的快速發(fā)展需要，提高可再生能源消納能力，需要大幅提升火電機(jī)組運(yùn)行靈活性，而深度調(diào)峰能力是靈活性的重要能力之一，預(yù)期通過必要的改造，將使純凝機(jī)組增加15%～20%額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到30%～35%額定容量。遠(yuǎn)期通過加強(qiáng)國內(nèi)外技術(shù)交流和合作，部分具備改造條件的發(fā)電廠預(yù)期達(dá)到國際先進(jìn)水平，機(jī)組不投油穩(wěn)燃時(shí)純凝工況最小技術(shù)出力達(dá)到20%～ 25%額定容量。但是，火電機(jī)組深度調(diào)峰期間，由于脫硝入口煙溫?zé)o法滿足脫硝系統(tǒng)投運(yùn)的最低溫度，煙氣中NOX不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，限制了機(jī)組調(diào)峰能力。

以下詳細(xì)介紹了在未開展寬負(fù)荷脫硝改造的鍋爐上，通過優(yōu)化各項(xiàng)調(diào)整措施，實(shí)現(xiàn)了30%額定負(fù)荷以上脫硝系統(tǒng)全程投入。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高機(jī)組調(diào)峰能力，通過脫硝煙氣旁路改造，實(shí)現(xiàn)了鍋爐冷態(tài)啟動10%額定負(fù)荷投入脫硝系統(tǒng)，并能保證停機(jī)過程全程脫硝系統(tǒng)投入，為同類型機(jī)組寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)改造提供借鑒。

1 設(shè)備概述

某發(fā)電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司與MB（三井巴布科克）公司合作設(shè)計(jì)、制造的超臨界Benson（本生）直流鍋爐，型號為HG-1890/25.4 -YM4。一次中間再熱、滑壓運(yùn)行，配內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)，固態(tài)排渣、單爐膛、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒方式、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置。鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換負(fù)荷為40%額定負(fù)荷（240 MW）。

爐膛為單爐膛，斷面尺寸22.18 m×15.63 m，設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為大同塔山煤，最大連續(xù)蒸發(fā)量1 890 t/h，過熱器蒸汽出口溫度571℃，再熱器蒸汽出口溫度569℃，給水溫度283.7℃。

煙氣依次流經(jīng)上爐膛的屏式過熱器、末級過熱器、水平煙道中的高溫再熱器，至尾部雙煙道中分為2路，一路流經(jīng)前部煙道中的立式和水平低溫再熱器、省煤器，另一路流經(jīng)后部煙道的水平低溫過熱器、省煤器，省煤器后的2路煙氣混合后進(jìn)入SCR（選擇性催化還原）系統(tǒng)，最后流經(jīng)布置在下方的2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，不同工況各級受熱面煙溫及工質(zhì)溫度的設(shè)計(jì)值見表1。按照設(shè)計(jì)煙溫，鍋爐在40%BRL（額定工況）工況時(shí)，能滿足SCR入口煙溫不低于300℃。

表1 各級受熱面煙溫及工質(zhì)溫度（設(shè)計(jì)煤種）℃

2 改造前寬負(fù)荷脫硝技術(shù)探索

寬負(fù)荷脫硝改造前，由于受煤種、爐內(nèi)清潔度、燃燒調(diào)整方式等因素的影響，頻繁出現(xiàn)50%額定負(fù)荷工況時(shí)脫硝系統(tǒng)低溫退出情況，嚴(yán)重影響脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率。為了滿足低負(fù)荷環(huán)保達(dá)標(biāo)，以及適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰的需要，在未經(jīng)寬負(fù)荷脫硝改造的機(jī)組，探索出提高SCR入口煙溫的有效措施，進(jìn)一步拓寬了脫硝投入的負(fù)荷區(qū)間：

（1）優(yōu)化摻配煤方案，適當(dāng)降低入爐煤熱值，提高入爐煤水分。

在相同負(fù)荷下，摻燒低熱值、高水分煤種，將使總煤量增加，不僅降低爐膛內(nèi)火焰平均溫度，而且增大了總的煙氣流量，減少爐膛輻射吸熱量以及對流受熱面吸收煙氣熱量的比例，最終提高SCR入口煙溫。

（2）提高低負(fù)荷時(shí)鍋爐運(yùn)行氧量。

深調(diào)時(shí)，鍋爐氧量控制在9%～12%，負(fù)荷越低氧量越大。通常氧量提高1%，脫硝入口煙氣溫度可提高3～5℃。此項(xiàng)措施效果最好，但是對鍋爐效率影響較大，不僅提高了排煙溫度，同時(shí)使得煙氣量大大增加，排煙熱損失急劇增加。

（3）調(diào)整磨煤機(jī)組合方式，優(yōu)化二次風(fēng)配風(fēng)，提高火焰中心位置。

低負(fù)荷時(shí)，停運(yùn)底層磨煤機(jī)，增加上層磨煤機(jī)運(yùn)行臺數(shù)，總體抬高爐內(nèi)火焰中心位置，為保證鍋爐穩(wěn)燃，需要保持等離子磨煤機(jī)運(yùn)行，確保有助燃手段。同時(shí)，優(yōu)化二次風(fēng)配風(fēng)，將主燃燒區(qū)二次風(fēng)門開度適當(dāng)關(guān)小，開大燃燼風(fēng)風(fēng)門，推遲著火，提高爐膛出口煙溫。

（4）盡可能減少過、再熱器減溫水流量，提高主、再熱蒸汽溫度。

過、再熱器減溫水降低了蒸汽溫度，導(dǎo)致過、再熱蒸汽吸熱量增加，SCR系統(tǒng)入口煙溫降低。全關(guān)再熱器減溫水調(diào)門及電動門，在保證屏式過熱器壁溫不超溫的前提下，盡可能關(guān)小甚至全關(guān)一級減溫水調(diào)門，全關(guān)過熱器二級減溫水調(diào)門及電動門。

（5）低負(fù)荷時(shí)關(guān)小過熱器側(cè)煙氣擋板。

尾部煙道為雙煙道布置，前煙道為低溫再熱器和省煤器，后煙道為低溫過熱器及省煤器，前煙道的省煤器后設(shè)計(jì)煙溫高于后煙道。通過調(diào)節(jié)尾部煙氣擋板減少過熱器側(cè)煙氣量，增加再熱器側(cè)煙氣量，進(jìn)一步提高前煙道省煤器后煙溫，從而提高SCR入口煙溫。

（6）調(diào)整吹灰方式。

低負(fù)荷時(shí)停止?fàn)t膛吹灰，使得爐膛吸熱變少，爐膛出口煙溫升高，達(dá)到提高脫硝入口煙溫的目的。低負(fù)荷時(shí)絕對不能進(jìn)行尾部煙道吹灰，該部位吹灰對脫硝入口煙溫影響較大，空氣預(yù)熱器吹灰工作可正常進(jìn)行。

（7）汽輪機(jī)調(diào)門切“單閥”方式運(yùn)行，提高再熱蒸汽溫度。

汽輪機(jī)切單閥運(yùn)行后，較順序閥方式，冷再入口蒸汽溫度提高約10℃，有利于減少再熱器的換熱量，提高SCR入口煙氣溫度。

（8）適當(dāng)降低凝汽器真空，提高主再熱蒸汽流量。

低負(fù)荷時(shí)，將真空系統(tǒng)由并聯(lián)運(yùn)行方式改為串聯(lián)方式，停止1臺真空泵運(yùn)行，僅維持單臺小真空泵運(yùn)行，并保持運(yùn)行真空泵噴射器投入狀態(tài)，適當(dāng)降低凝汽器真空，提高主、再熱蒸汽流量，最終提高SCR入口煙溫。

通過采取以上措施，大幅拓寬了脫硝系統(tǒng)投運(yùn)的負(fù)荷區(qū)間，負(fù)荷最低至30%額定負(fù)荷（180 MW），脫硝入口煙溫仍然不低于300℃。圖1為停機(jī)過程脫硝入口煙溫的趨勢，當(dāng)負(fù)荷174 MW時(shí)，脫硝入口煙溫低于300℃，脫硝系統(tǒng)退出運(yùn)行。圖2為啟動過程脫硝入口煙溫的趨勢，當(dāng)負(fù)荷160 MW時(shí)，脫硝入口煙溫高于300℃，投入脫硝系統(tǒng)運(yùn)行。

圖1 停機(jī)過程SCR入口煙溫變化趨勢（無旁路）

圖2 啟動過程SCR入口煙溫變化趨勢（無旁路）

3 脫硝煙氣旁路改造

為了進(jìn)一步降低脫硝投運(yùn)的負(fù)荷點(diǎn)，綜合考慮各項(xiàng)寬負(fù)荷脫硝改造方案的優(yōu)劣，結(jié)合改造前已實(shí)現(xiàn)30%額定負(fù)荷以上脫硝全程投入的實(shí)際情況，確定采用脫硝煙氣旁路改造方案。通過對水平低溫過熱器入口部位包墻管拉?。ㄔ龃蟀鼔荛g隙），獲得左右2個(gè)對稱的旁路煙道接口，將水平低溫過熱器入口部分高溫?zé)煔獬槌?，通過旁路煙道直接和省煤器出口（過、再熱煙氣調(diào)溫?fù)醢搴螅┑蜏責(zé)煔饣旌?。在旁路煙道水平段設(shè)置非金屬膨脹節(jié)，垂直段設(shè)置非金屬膨脹節(jié)，并在旁路煙道兩膨脹節(jié)中間布置關(guān)斷型、調(diào)節(jié)型擋板各1套，見圖3。

圖3 脫硝煙氣旁路煙道布置示意

脫硝煙氣旁路按最低負(fù)荷30%BMCR（鍋爐最大出力工況）計(jì)算，從水平低溫過熱器入口抽取高溫?zé)煔猓瑢CR入口煙氣溫度加熱到325℃，需熱煙氣總量138.9 t，占總煙氣的12.4%，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

在水產(chǎn)品加工中，常規(guī)的機(jī)械法去皮、脫鱗和脫卵膜等加工過程非常費(fèi)時(shí)，有時(shí)還會對水產(chǎn)品的肌肉組織和營養(yǎng)成分造成損害。生物技術(shù)，特別是酶技術(shù)用于去皮、脫鱗、脫卵膜中，其反應(yīng)溫和，不需使用強(qiáng)機(jī)械力和強(qiáng)酸強(qiáng)堿，可以更好地保存水產(chǎn)組織的原有性狀。

表2 30%BMCR脫硝旁路計(jì)算數(shù)據(jù)

改造后，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)脫硝煙氣旁路調(diào)節(jié)擋板和省煤器出口主煙道原有的過再熱煙氣調(diào)溫?fù)醢?，抽取水平低溫過熱器入口的高溫?zé)煔馀cSCR入口煙道的煙氣進(jìn)行混合，提高SCR入口煙氣的溫度，維持SCR運(yùn)行。

4 改造后全負(fù)荷脫硝技術(shù)的探索

全負(fù)荷脫硝技術(shù)是指發(fā)電機(jī)機(jī)組在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，任何負(fù)荷段，脫硝系統(tǒng)保持全程投入，即并網(wǎng)后立即投入脫硝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)NOX達(dá)標(biāo)排放。由于火電機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，煙溫較低，而脫硝催化劑的運(yùn)行煙溫窗框?yàn)?00～420℃，SCR入口煙溫?zé)o法達(dá)到催化劑的最低使用溫度，因此，不經(jīng)過必要的改造，無法達(dá)到脫硝系統(tǒng)全負(fù)荷投入。

脫硝煙氣旁路改造后，由于抽取了部分高溫?zé)煔馀c省煤器出口煙氣混合，大幅提高了SCR入口煙溫，為全負(fù)荷投脫硝創(chuàng)造了條件。但是，由于脫硝催化劑在超出420℃時(shí)，存在催化劑燒結(jié)問題，且脫硝煙氣旁路存在漏風(fēng)，因此脫硝煙氣旁路取煙氣口煙溫不可能太高，旁路截面積也不能過大，單純依靠脫硝煙氣旁路實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷投脫硝可能性較小。改造后，在合理使用脫硝煙氣旁路的基礎(chǔ)上，探索出了優(yōu)化機(jī)組啟動過程的各項(xiàng)操作，盡可能實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝投入。

4.1 提高鍋爐給水溫度

盡早投入機(jī)側(cè)高、低壓加熱器運(yùn)行，提高鍋爐給水溫度，減少省煤器吸熱量：

（1）鍋爐上水前，開啟除氧器再循環(huán)泵，適當(dāng)開大輔汽供除氧器加熱蒸汽，提高除氧器水溫。

（2）汽輪機(jī)2 000 r/min中速暖機(jī)時(shí)，投入低壓加熱器，稍開1號、3號高壓加熱器抽汽暖管。

（3）汽輪機(jī)定速后，逐漸開大1號、3號高壓加熱器抽汽電動門，提高給水溫度。

（4）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，投入1，2，3號高壓加熱器（投高加時(shí)升溫速率不超3℃/min），并回收高加疏水熱量，除氧器汽源盡快倒換至正式汽源。

4.2 提高過、再熱蒸汽溫度

（1）并網(wǎng)前嚴(yán)禁使用過、再熱減溫水。

（2）并網(wǎng)后，低負(fù)荷時(shí)，盡可能少用甚至不用減溫水，盡量提高過、再熱蒸汽溫度。

（3）并網(wǎng)后，盡快增加燃料量，增加爐內(nèi)熱負(fù)荷，提高各級受熱面蒸汽溫度。

4.3 提高爐內(nèi)煙溫

并網(wǎng)后，盡快增加鍋爐燃料量，適當(dāng)增大一、二次風(fēng)量，增加總煙氣量，提高爐內(nèi)各級受熱面煙溫。

4.4 充分利用脫硝煙氣旁路

（1）鍋爐點(diǎn)火后，全開脫硝煙氣旁路，保持過、再熱煙氣擋板全開。

（2）并網(wǎng)后，逐漸關(guān)小過、再熱煙氣擋板，增加脫硝煙氣旁路高溫?zé)煔饬?，減少主煙道低溫?zé)煔饬浚焖偬岣逽CR入口煙溫。

4.5 提高省煤器入口水溫

鍋爐濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，充分利用鍋爐啟動系統(tǒng)，增加爐水循環(huán)泵流量，提高省煤器入口水溫。鍋爐儲水箱水溫較高，達(dá)到蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度，高于鍋爐給水溫度較多（100℃以上）。當(dāng)提高鍋爐爐水循環(huán)泵流量后，增加了高溫爐水摻入鍋爐低溫給水的比例，提高了省煤器入口給水溫度。采取以上優(yōu)化啟動措施后，冷態(tài)啟動過程中，實(shí)現(xiàn)了10%額定負(fù)荷（60 MW）時(shí)脫硝入口煙溫具備投脫硝條件（見圖4）。同時(shí)，脫硝煙氣旁路改造后，實(shí)現(xiàn)了停機(jī)過程全負(fù)荷脫硝投入（見圖5）。

圖4 啟動過程SCR煙溫變化趨勢（有旁路）

5 結(jié)語

寬負(fù)荷脫硝改造前，采取增加煙氣量、減少各級受熱面吸熱量等措施，大幅拓寬了脫硝投運(yùn)的負(fù)荷區(qū)間，負(fù)荷最低至30%額定負(fù)荷（180 MW），脫硝入口煙溫仍然不低于300℃，效果明顯。

脫硝煙氣旁路改造后，在合理使用脫硝煙氣旁路的基礎(chǔ)上，結(jié)合優(yōu)化機(jī)組啟動過程的各項(xiàng)操作，實(shí)現(xiàn)了冷態(tài)啟動過程中，10%額定負(fù)荷（60 MW）以上脫硝全程投入。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組停機(jī)過程能全負(fù)荷段脫硝不退出。

圖5 停機(jī)過程SCR煙溫變化趨勢（有旁路）

脫硝煙氣旁路改造后，由于抽取了部分高溫?zé)煔馀c省煤器出口煙氣混合，大幅提高了SCR入口煙溫，為全負(fù)荷投脫硝創(chuàng)造了條件。但是，由于脫硝催化劑在超出420℃時(shí)，存在催化劑燒結(jié)問題，且脫硝煙氣旁路存在漏風(fēng)，因此脫硝煙氣旁路取煙氣口煙溫不可能太高，旁路通流面積也不能過大，單純依靠旁路改造實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷投脫硝可能性較小。

脫硝煙氣旁路擋板運(yùn)行溫度較高（500～700℃），存在高溫變形及積灰，旁路漏風(fēng)率隨時(shí)間逐漸增大，不僅影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，而且可能威脅催化劑的安全，因此脫硝煙氣旁路的改造要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。

[1]黃文靜，戴蘇峰，艾春美，等.電站燃煤鍋爐全負(fù)荷SCR脫硝控制技術(shù)探討[J].節(jié)能技術(shù)，2015，33（2）∶189-192.

[2]姜燁，高翔，吳衛(wèi)紅，等.選擇性催化還原脫硝催化劑失活研究綜述[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（14）∶18-31.

[3]馬巧春，雒貴，李陽春，等.燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)全工況脫硝運(yùn)行的改造策略[J].浙江電力，2015，34（1）∶41-43.

[4]王如良，戴成峰，陳黎勇，等.1 000 MW機(jī)組鍋爐啟動階段提高脫硝煙溫的方法[J].浙江電力，2016，35（8）∶46-49.

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（本文編輯：陸瑩）

Exploration and Practice of Wide Load Denitration Technology for 600 MW Supercritical Boiler

WANG Junmin
（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Company，Ningbo Zhejiang 315722，China）

During deep peak regulation of thermal power units，NOXpollutants in flue gas can not meet the discharge standards.The reason is that entrance flue gas temperature at the denitrification system entrance can not meet the minimum temperature for system operation.In order to improve the peakregulation capability of the unit and ensure full compliance with environmental protection indicators in the whole process，a power plant carried out a lot of exploration and practice before and after wide load denitrification plant transformation，and summarized effective measures，by which substantial reduction of the minimum load point of denitration system investment is achieved to provide reference to wide load denitration system investment for units of the same type.

deep peak regulation；wide load；denitrification technology；denitrification flue gas bypass；flexibility

10.19585/j.zjdl.201707006

1007-1881（2017）07-0024-05

X773

B

2017-05-03

王軍民（1980），男，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行管理工作。