超超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷的改造和優(yōu)化

0 引言

在電力需求增長(zhǎng)放緩、發(fā)電裝機(jī)區(qū)域性過(guò)剩的情況下，行業(yè)投資的效果開始顯現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)火電占比達(dá)71%，因此煤電機(jī)組的達(dá)標(biāo)排放對(duì)環(huán)境改善具有重要的意義。

2014 年9 月12 日發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020 年）》要求現(xiàn)役燃煤機(jī)組需推進(jìn)環(huán)保設(shè)施改造，確保滿足最低技術(shù)出力以上全負(fù)荷、全時(shí)段穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放要求；穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)30 萬(wàn)kW 及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。為此，電廠須進(jìn)行低氮燃燒器的改造、煙氣脫硝裝置的安裝工作等才能滿足上述要求。

通常煙氣脫硝SCR 的最佳反應(yīng)溫度范圍為320～420 ℃。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙氣溫度會(huì)低于該下限值，而目前機(jī)組運(yùn)行在中低負(fù)荷已成新常態(tài)，這對(duì)脫硝帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。

1) 建立信息共享中心?？稍谒_立的海上搜救責(zé)任區(qū)內(nèi)設(shè)立信息共享中心，各救助方共享海上險(xiǎn)情信息，協(xié)調(diào)行動(dòng)，及時(shí)做出應(yīng)急處理。各締約國(guó)可以指定國(guó)內(nèi)相應(yīng)的救助機(jī)構(gòu)作為信息聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，并向海上信息共享中心派駐協(xié)調(diào)員，負(fù)責(zé)與本國(guó)的救助機(jī)構(gòu)聯(lián)系，共同承擔(dān)海上人命救助責(zé)任。

本文以某電廠超超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷改造及優(yōu)化為例，總結(jié)了改造中的問題，并輔以多個(gè)方案進(jìn)行比較，對(duì)同類型電廠脫硝改造提供了參考和借鑒。

1 脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷改造技術(shù)原理及技術(shù)路線

1.1 脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷改造技術(shù)原理及意義

根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)時(shí)變化要求，發(fā)電廠須及時(shí)改變機(jī)組出力以滿足電網(wǎng)的調(diào)度。

根據(jù)發(fā)改委《可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法》（發(fā)改運(yùn)行[2016]1558 號(hào)文件），電廠調(diào)峰區(qū)間和調(diào)峰能力要求如下：

1)單機(jī)容量30 萬(wàn)kW 及以下的常規(guī)煤電機(jī)組，出力至少能降到額定容量50%以下;30 萬(wàn)kW 以上的機(jī)組，出力至少能降到額定容量60%以下，出力低于60%的部分視為可再生能源調(diào)峰的壓減出力部分。

2)在保證運(yùn)行穩(wěn)定和滿足環(huán)保要求的前提下，爭(zhēng)取提升機(jī)組調(diào)峰能力10%～20%。

3)對(duì)于可再生能源調(diào)峰機(jī)組，按照高于上年本地火電平均利用小時(shí)一定水平安排發(fā)電計(jì)劃，增加的利用小時(shí)數(shù)與承諾的調(diào)峰次數(shù)和調(diào)峰深度掛鉤。

針對(duì)該原因，制定了4種優(yōu)化方案，見表7。

鑒于目前已有多臺(tái)超超臨界機(jī)組（660 MW 和1 000 MW），根據(jù)廠家熱平衡圖對(duì)#0高加進(jìn)行過(guò)改造，其中補(bǔ)汽口蒸汽參數(shù)都比較接近，最高溫度均在510～515 ℃間，熱平衡圖參數(shù)一致。故廠家提供的熱平衡圖與汽缸內(nèi)抽出的蒸汽參數(shù)不一致原因可排除。

其中:Ps為地面氣壓(hPa);f(φ,h0)=(0.002 66cos2φ-0.000 28h0),φ為GPS接收站的緯度,h0為相對(duì)于旋轉(zhuǎn)橢球體的地基GPS測(cè)站高度(km)。

1.2 脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷改造技術(shù)路線

根據(jù)廠家提供的熱平衡圖，高壓缸第七級(jí)后（對(duì)應(yīng)補(bǔ)汽口位置）的蒸汽溫度最高應(yīng)為515 ℃，初步判斷0 級(jí)抽汽超溫原因是補(bǔ)汽閥內(nèi)漏導(dǎo)致主蒸汽竄入0 級(jí)抽汽，故在補(bǔ)汽閥前設(shè)置堵板以驗(yàn)證，見圖5。

提升SCR煙溫需引入外部熱源，可通過(guò)省煤器本體改造（改變省煤器管排和流程）、省煤器煙氣側(cè)改造（改變煙氣的流通）和水側(cè)改造（改變水的溫度、流量和流程）完成。各方案詳情見表1，改造流程圖見圖1、2、3。

從施工工期、改造難度、投資規(guī)模、改造效果等衡量，水側(cè)改造方案具有明顯優(yōu)勢(shì)

。

2 改造工程實(shí)踐及遺留問題

2.1 改造方案及效果

基于某臺(tái)660 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)汽缸配有補(bǔ)汽閥，故選擇水側(cè)改造方案中的方法1，即增加#0 高加以提高給水溫度(見流程圖3)，從而提高SCR煙溫。

改造后，機(jī)組運(yùn)行正常。改造前后鍋爐和汽輪機(jī)性能計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2數(shù)據(jù)可見，#0高加的投運(yùn)對(duì)SCR入口煙溫有明顯的提高，機(jī)組工況滿足SCR投運(yùn)要求。

3.1 課前準(zhǔn)備 提前一周建立正、反方各四人的學(xué)生辯論隊(duì)，明確辯題及各方觀點(diǎn)。課前兩天，各方將一辯發(fā)言稿交對(duì)方，據(jù)此有針對(duì)性地準(zhǔn)備駁論和自由辯論。另選出主持人，負(fù)責(zé)流程推進(jìn)和時(shí)間控制。并準(zhǔn)備微辯論的席卡和計(jì)時(shí)器等。布置無(wú)線網(wǎng)以方便現(xiàn)場(chǎng)查閱資料。設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖框架(圖1)，準(zhǔn)備好學(xué)生上課用的帶有預(yù)設(shè)內(nèi)容的不干膠貼紙(圖2)。

2.2 工程實(shí)踐中存在的問題及原因分析

本次改造是通過(guò)增加一臺(tái)高壓加熱器來(lái)提高給水溫度從而提高SCR 煙溫的方法。改造后的前期，#0高壓加熱器運(yùn)行在安全范圍內(nèi)，但不久發(fā)現(xiàn)0級(jí)抽汽調(diào)閥前溫度高于設(shè)計(jì)值，且超過(guò)許用極限。

實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷最高達(dá)665.68 MW時(shí)，0 級(jí)抽汽調(diào)閥前蒸汽壓力高達(dá)16.38 MPa，溫度558.45 ℃（設(shè)計(jì)參數(shù)為16.786 MPa/520 ℃），運(yùn)行溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值。而0 級(jí)抽汽調(diào)閥后管道壓力和溫度均未超限，可安全運(yùn)行，具體運(yùn)行參數(shù)見圖4。

將運(yùn)行參數(shù)與0級(jí)抽汽調(diào)閥前各種管道和閥門參數(shù)比較（見表3 至表5），發(fā)現(xiàn)部分管道和閥門已接近或超過(guò)許用極限。

針對(duì)我們職業(yè)學(xué)校學(xué)生的現(xiàn)狀，教師應(yīng)該在平時(shí)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。我們可以從這幾個(gè)方面入手：①培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；②教會(huì)學(xué)生多種自主學(xué)習(xí)的方法；③在教學(xué)中營(yíng)造民主和諧的學(xué)習(xí)氛圍；④施行分層教學(xué)模式，⑤讓學(xué)生學(xué)會(huì)總結(jié)、自我評(píng)價(jià)。

1）補(bǔ)汽閥內(nèi)漏排查

要解決低煙溫狀態(tài)下催化劑活性降低問題，有催化劑改型和低負(fù)荷狀態(tài)下SCR 煙溫提升兩種辦法。但實(shí)際應(yīng)用中，催化劑改型很難解決硫酸氫銨問題，因此提升SCR 煙溫是更實(shí)際的解決辦法。

封堵前后0級(jí)抽汽溫度對(duì)比表見表6。

劉海16歲時(shí)到揚(yáng)州學(xué)習(xí)玉石雕刻，拜揚(yáng)壽寶和戴微微兩位頗有名氣的寶石雕刻大師學(xué)習(xí)技藝，最初從雕刻中國(guó)元素龍開始，再到后來(lái)學(xué)習(xí)雕刻人物，劉海通過(guò)刻苦鉆研，形成自己的風(fēng)格。但玉石和藍(lán)寶石的硬度存在巨大差異，這對(duì)劉海的雕刻技藝是一個(gè)挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)多次琢磨和反復(fù)研究，劉海完全掌握了藍(lán)寶石雕刻要領(lǐng)，并在近幾年的寶石博覽會(huì)和國(guó)內(nèi)一些大賽中多次獲獎(jiǎng)。劉海直言，開放、創(chuàng)新的發(fā)展環(huán)境使得他有了更加細(xì)致的雕刻技術(shù)，更有了繼續(xù)從事藍(lán)寶石雕刻的底氣。

從上述定義可以看出，這里的樣本值與隨機(jī)試驗(yàn)的樣本點(diǎn)有關(guān)但又有所不同，從隨機(jī)試驗(yàn)的角度看，所謂總體實(shí)際上是隨機(jī)試驗(yàn)所有可能的結(jié)果，也就是樣本空間，由于隨機(jī)變量是樣本空間到實(shí)數(shù)域的映射，所以也把隨機(jī)變量稱為總體．這里的隨機(jī)樣本指的是n個(gè)隨機(jī)變量的笛卡爾積，所以也可以說(shuō)隨機(jī)樣本是一個(gè)隨機(jī)向量(X1, X2, …, Xn)，且每一個(gè)隨機(jī)分量都有相同的分布函數(shù)．這樣說(shuō)可能會(huì)讓人難以理解，通俗地說(shuō)，所謂隨機(jī)樣本就是從總體中隨機(jī)抽取n個(gè)樣本點(diǎn)構(gòu)成的集合．

2）熱平衡圖與抽汽參數(shù)不一致問題的排查

從表6 可看出，封堵前低負(fù)荷段（436 MW）溫度為555.2 ℃，封堵后高負(fù)荷段（628 MW）溫度為548.4 ℃，對(duì)超溫問題未產(chǎn)生重要影響，故補(bǔ)汽閥內(nèi)漏的可能性被排除。

低負(fù)荷狀態(tài)下，SCR 脫硝設(shè)備運(yùn)行在低煙溫區(qū)，此時(shí)脫硝裝置內(nèi)的催化劑活性降低并產(chǎn)生硫酸氫銨，造成堵塞，致使催化劑的活性不能完全恢復(fù)。因此，脫硝系統(tǒng)寬負(fù)荷改造迫在眉睫。

3）高壓缸級(jí)間漏汽原因排除

該機(jī)組性能試驗(yàn)汽機(jī)效率符合設(shè)計(jì)，故該問題不存在。

(1)地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性是煤礦地質(zhì)測(cè)量的基礎(chǔ)和保障，也是煤礦安全生產(chǎn)有效的預(yù)防工具。煤礦資源處于地下比較深的地方，因此地質(zhì)條件和環(huán)境條件比較復(fù)雜，情況多變。在開采和挖掘的過(guò)程中會(huì)碰到諸多變化因素，影響對(duì)煤礦地質(zhì)的測(cè)量工作以及下一步的安全生產(chǎn)。因此，地質(zhì)勘測(cè)人員在進(jìn)行工作之前要搜集和準(zhǔn)備好充分的地質(zhì)資料，比如相關(guān)的解析數(shù)學(xué)知識(shí)以及煤層底板等高線知識(shí)內(nèi)容，工作人員可以根據(jù)這些地質(zhì)資料，推測(cè)出鉆孔在煤層底板上的偏離曲線，并且在曲線兩側(cè)設(shè)置保護(hù)煤柱，這樣一來(lái)工作人員在對(duì)煤礦進(jìn)行掘進(jìn)和回采的過(guò)程中就可以進(jìn)入保護(hù)煤柱范圍內(nèi)。下一步可根據(jù)地質(zhì)資料使用先挖后掘的理念，使地質(zhì)測(cè)量為煤礦的掘進(jìn)和回采工作提供參考。

4）以上問題一一排除后，只剩下汽缸內(nèi)部高溫蒸汽進(jìn)入抽汽口造成超溫的可能性。通過(guò)對(duì)廠家和部分改造電廠的調(diào)研，決定對(duì)該原因進(jìn)行優(yōu)化。

3 優(yōu)化方案及實(shí)施后的運(yùn)行效果

3.1 優(yōu)化方案

如何滿足上述要求，確保低負(fù)荷狀態(tài)下脫硝系統(tǒng)的安全運(yùn)行是燃煤電廠需要重點(diǎn)解決的問題

。

經(jīng)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，決定采用旁路改造方案對(duì)#0 高加進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)配合“熱態(tài)高退低投”運(yùn)行方式。

（1）沉樁過(guò)程中，開口樁樁端部分土不可避免的將涌入管樁內(nèi)壁形成土塞，土塞的形成、閉塞程度與樁端土性（應(yīng)力狀態(tài)和密實(shí)度）、樁基的幾何特征（如樁徑、壁厚、樁靴類型等）、成樁方法（打入樁或靜壓樁）、樁基入土深度及進(jìn)入樁端持力層深度等諸多因素有關(guān)。土塞效應(yīng)影響因素復(fù)雜，尚缺乏完善的理論與方法，建議從細(xì)觀力學(xué)機(jī)制出發(fā)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析與數(shù)值模擬各方面因素，研究土塞效應(yīng)力學(xué)機(jī)制，全面指導(dǎo)工程應(yīng)用。

1986年1月7日，在710所正式開始了“系統(tǒng)學(xué)討論班”學(xué)術(shù)活動(dòng)（研究會(huì)是重要組織者和參與者）。在這次討論班上，錢學(xué)森親自作了關(guān)于建立系統(tǒng)學(xué)的學(xué)術(shù)報(bào)告。從1986年到1992年的7年時(shí)間里，每次討論班錢學(xué)森都親自參加，和大家一起進(jìn)行深入研討，最后錢學(xué)森還進(jìn)行總結(jié)。每次錢學(xué)森的總結(jié)，都能使研討結(jié)果得到升華，與會(huì)專家學(xué)者及青年學(xué)子都能感到錢學(xué)森的淵博學(xué)識(shí)和超人智慧。

3.2 優(yōu)化改造后運(yùn)行效果

綜合計(jì)算分析認(rèn)為，#0 高加系統(tǒng)優(yōu)化改造后，機(jī)組在70%以上負(fù)荷運(yùn)行時(shí)發(fā)電煤耗基本不變，60%以下時(shí)可降低發(fā)電煤耗約1.0 g/kWh。

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行后，初步性能試驗(yàn)結(jié)果與綜合計(jì)算分析一致。

我國(guó)中南地區(qū)土壤重金屬污染狀況及其空間分布研究……………………………………… 徐啟勝，李雨晴，陳 燕，馬秀花（93）

3.3 優(yōu)化改造后的運(yùn)行控制

優(yōu)化改造后，#0高加采用“熱態(tài)高退低投”的方式運(yùn)行，即負(fù)荷低于60%時(shí)投入，高于60%時(shí)切除，全負(fù)荷時(shí)小旁路開啟。

其它子系統(tǒng)可能是一個(gè)也可能是幾個(gè)，如人員考勤系統(tǒng)等，是留給未來(lái)拓展使用的?，F(xiàn)階段并不重點(diǎn)建設(shè)，或者較少涉及，未來(lái)有需要再進(jìn)行補(bǔ)充。

#0 高加切除或投運(yùn)時(shí)，由于給水正常投運(yùn)，管板溫度仍維持在#1 高加出口水溫。隨著汽側(cè)的切除和投運(yùn)，殼程飽和溫度緩慢波動(dòng)20 ℃左右，蒸汽入口管接頭溫度在280～520 ℃之間緩慢波動(dòng)，因此，管板及蒸汽入口管接頭基本不受熱沖擊影響。

4 總結(jié)

超超臨界機(jī)組通過(guò)增加#0 高加系統(tǒng)來(lái)提高給水溫度從而提高脫硝溫度的方法，解決了燃煤機(jī)組低負(fù)荷工況時(shí)脫硝系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的問題，提高了機(jī)組循環(huán)效率，降低了汽輪機(jī)熱耗。

本文通過(guò)排故分析，比較多種可行性方案，選擇了適用現(xiàn)有系統(tǒng)的改造，并優(yōu)化了運(yùn)行策略，使經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果最大化，對(duì)同類電廠的脫硝改造及優(yōu)化控制有一定參考和借鑒意義。

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