國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組全負(fù)荷脫硝改造技術(shù)分析

石中喜，張金柱

(華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450046)

國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組全負(fù)荷脫硝改造技術(shù)分析

石中喜，張金柱

(華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450046)

隨著近幾年我國經(jīng)濟(jì)增速放緩，全年的總發(fā)電量逐年下降，全國火電機(jī)組年平均利用小時(shí)逐年減少，火電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷常年處于較低水平，機(jī)組啟停頻繁。面對火電機(jī)組常年低負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀和國家環(huán)保的要求，實(shí)現(xiàn)電廠全負(fù)荷脫硝勢在必行。針對國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組全負(fù)荷脫硝改造進(jìn)行技術(shù)路線分析，通過對比各改造技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)、改造工程費(fèi)用等，推薦適合燃煤機(jī)組全負(fù)荷脫硝改造的指導(dǎo)技術(shù)路線。

600 MW機(jī)組；超臨界機(jī)組；燃煤機(jī)組；全負(fù)荷脫硝改造；省煤器；技術(shù)路線

0 引言

我國是煤炭能源消耗大國，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染日益加劇，已嚴(yán)重影響人民群眾的身體健康，特別是近年來霧霾加劇也促使國家加大環(huán)境保護(hù)的執(zhí)行力度，電力行業(yè)首當(dāng)其沖。

2015年6月19日，環(huán)保部發(fā)布了環(huán)函〔2015〕143號《關(guān)于火電廠SCR脫硝系統(tǒng)在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行情況下NOx排放超標(biāo)有關(guān)問題的復(fù)函》，其中明確指出：“《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》是國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，火電廠在任何運(yùn)行負(fù)荷時(shí)，都必須達(dá)標(biāo)排放。脫硝系統(tǒng)無法運(yùn)行導(dǎo)致的氮氧化物排放濃度高于排放限值要求的，應(yīng)認(rèn)定為超標(biāo)排放，并依法予以處罰。目前全負(fù)荷脫硝技術(shù)已經(jīng)成熟，火電廠現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)與運(yùn)行負(fù)荷變化不匹配、不能正常運(yùn)行、造成超標(biāo)排放的，應(yīng)進(jìn)行改造，提高投運(yùn)率和脫硝效率?！?/p>

本文根據(jù)燃煤電廠實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有寬負(fù)荷脫硝現(xiàn)狀，對寬負(fù)荷脫硝改造路線進(jìn)行技術(shù)方案對比和經(jīng)濟(jì)分析，研究并推薦適合我國燃煤電廠全負(fù)荷脫硝改造的技術(shù)路線。

1 機(jī)組參數(shù)

1.1鍋爐

鍋爐是東方鍋爐集團(tuán)制造的DG2100/25.4-Ⅱ2型國產(chǎn)超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，為一次中間再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，每臺爐配2臺三分倉空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，表中：BMCR為鍋爐連續(xù)最大出力工況；BRL為鍋爐額定負(fù)荷工況。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2脫硝裝置

機(jī)組采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，還原劑采用尿素，3層催化劑。煙氣從鍋爐尾部省煤器后水平煙道引接，脫硝后煙氣返回空預(yù)器入口。

1.3機(jī)組各負(fù)荷鍋爐本體參數(shù)

機(jī)組各負(fù)荷鍋爐本體參數(shù)見表2，表中：低溫再熱器簡稱低再，低溫過熱器簡稱低過，下同。

2 現(xiàn)有技術(shù)介紹

目前，常規(guī)的實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫硝的技術(shù)主要包括以下三大類。

表2 機(jī)組各負(fù)荷鍋爐本體參數(shù) ℃

表3 分級省煤器方案改造效果數(shù)據(jù) ℃

2.1調(diào)整運(yùn)行方式提高脫硝裝置入口煙氣溫度

鍋爐運(yùn)行時(shí)，各參數(shù)受鍋爐運(yùn)行方式影響，通過調(diào)整運(yùn)行方式可適當(dāng)提高SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度，但這些調(diào)整對煙氣溫度升高影響有限，而且有些運(yùn)行方式不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，所以只能作為平時(shí)運(yùn)行時(shí)的輔助手段。

2.2采用特殊催化劑實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷脫硝

目前，由于電廠普遍存在煙氣溫度偏低導(dǎo)致脫硝裝置不能投運(yùn)的問題，所以有很多科研單位、廠家正在研究寬溫差脫硝催化劑。但該催化劑技術(shù)還在研究試驗(yàn)階段，有一些在其他行業(yè)煙氣脫硝中進(jìn)行了試驗(yàn)，有的準(zhǔn)備申請?jiān)陔姀S進(jìn)行試驗(yàn)，但都缺乏在大機(jī)組上成功運(yùn)行的業(yè)績。

2.3煙風(fēng)汽水系統(tǒng)改造提高煙氣溫度

該技術(shù)是目前采用最多的技術(shù)，主要是通過對機(jī)組現(xiàn)有煙風(fēng)汽水系統(tǒng)進(jìn)行改造以提高脫硝反應(yīng)器入口的煙氣溫度，使得在更低的機(jī)組負(fù)荷工況下，能夠達(dá)到脫硝裝置投入運(yùn)行的煙氣溫度要求。主要方案包括省煤器分級方案、省煤器煙氣旁路方案、省煤器給水旁路方案、省煤器給水置換方案、#0高壓加熱器(以下簡稱高加)方案等。

3 主要改造方案

3.1省煤器分級方案

采用分級省煤器的方案，即將原省煤器進(jìn)行分級布置：一部分受熱面移至脫硝裝置后作為第1級省煤器，現(xiàn)有省煤器剩余受熱面作為第2級省煤器，給水先進(jìn)入第1級省煤器加熱，再進(jìn)入第2級省煤器繼續(xù)加熱以提高給水溫度[1]。分級省煤器方案改造效果數(shù)據(jù)見表3，表中：THA為汽輪機(jī)驗(yàn)收工況，下同。

3.2省煤器煙氣旁路方案

在省煤器進(jìn)口位置的煙道上開孔，抽一部分較高溫度的煙氣至SCR入口處，設(shè)置煙氣擋板，增加煙道旁路。在低負(fù)荷時(shí)，抽取高溫?zé)煔饧訜崾∶浩鞒隹谶^來的低溫?zé)煔猓ㄟ^調(diào)整煙氣擋板開度[2]，使SCR入口處煙氣溫度在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到320 ℃以上。煙氣旁路方案改造效果數(shù)據(jù)見表4。

3.3省煤器給水旁路方案

本方案的原理為減少通過省煤器換熱面管內(nèi)的水流量，從而減少省煤器的換熱量，使省煤器出口煙氣溫度提高。未進(jìn)入省煤器受熱面的水量通過旁路管道直接進(jìn)入省煤器出口集箱或管道。省煤器給水旁路方案改造效果數(shù)據(jù)見表5。

表4 煙氣旁路方案改造效果數(shù)據(jù)

表5 省煤器給水旁路方案改造效果數(shù)據(jù)

表6 省煤器給水置換方案改造效果數(shù)據(jù)

3.4省煤器給水置換方案

該方案綜合了省煤器水側(cè)旁路及熱水循環(huán)方案，在省煤器進(jìn)口集箱以前給水管道設(shè)旁路管道和循環(huán)管道。低負(fù)荷時(shí)，一部分水通過旁路管道直接進(jìn)入省煤器出口，同時(shí)循環(huán)泵將省煤器出口大致與旁路水流量相當(dāng)?shù)母邷厮腿胧∶浩鬟M(jìn)口與溫度較低的給水混合，省煤器給水溫度提高，省煤器換熱量減少，從而提高省煤器出口煙溫。省煤器給水置換方案改造效果數(shù)據(jù)見表6。

3.5新增#0高加方案

該方案是在鍋爐給水管道上#1高加之后再增加1級高加，命名為#0高加。#1高加出口給水先進(jìn)過#0高加加熱之后再接入鍋爐省煤器，高加采用取自汽輪機(jī)高壓缸的抽汽，通過抽汽加熱給水以提高給水溫度。新增#0高加方案改造效果數(shù)據(jù)見表7。

表7 新增 #0高加方案改造效果數(shù)據(jù)

3.6方案對比

綜合各方案改造后的參數(shù)進(jìn)行方案對比，具體見表8，表中：SCR入口煙溫在30%THA工況下取得；機(jī)組效率變化量、投資額為約數(shù)。

表8 綜合對比

4 結(jié)論

(1)省煤器分級方案。容易出現(xiàn)脫硝入口煙氣超溫的問題，且改造屬于不可逆的，運(yùn)行不靈活。(2)省煤器煙氣旁路方案、省煤器給水置換方案。在省煤器外部進(jìn)行旁路改造，可以實(shí)現(xiàn)30% THA工況提高SCR入口煙溫的要求，改造是可逆的，高負(fù)荷切除，低負(fù)荷時(shí)投入，運(yùn)行方式靈活。(3)省煤器給水旁路方案。采用的是水側(cè)的調(diào)節(jié)方法，需要旁路調(diào)節(jié)比較大比例的流量才能達(dá)到比較高的煙溫提升效果。而旁路過多流量，有可能導(dǎo)致省煤器內(nèi)汽化，影響安全。(4)新增#0高加方案。通過汽水側(cè)熱力循環(huán)改造實(shí)現(xiàn)脫硝入口提高煙溫，能夠提高機(jī)組整體效率，降低機(jī)組發(fā)電熱耗，但由于提高了鍋爐排煙溫度，鍋爐效率略有下降。綜合分析考慮到各個(gè)技術(shù)方案的投資、實(shí)施效果等方面因素，省煤器煙氣旁路方案、省煤器給水置換方案更適合作為電廠全負(fù)荷脫硝改造指導(dǎo)技術(shù)路線。

[1]夏良偉,武春霖,施愛陽.大容量鍋爐省煤器兩級布置及其應(yīng)用[J].鍋爐制造,2014(3): 1-3.

[2]齊玄,齊繼玄.淺議燃煤機(jī)組低負(fù)荷脫硝改造方案[J].能源與節(jié)能,2016(1):118-119.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2017-06-14；

:2017-08-03

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：1674-1951(2017)09-0054-04

石中喜(1982—)，男，河南洛陽人，工程師，從事火力發(fā)電廠煙氣污染物治理研究方面的工作(E-mail:shizx@chec.com.cn)。