600MW火电机组提高SCR入口烟温方案研究.pdf

第 4 6卷第 1 期 2 0 1 5 年 1月 锅 炉技术 BOI L ER TE CHN0L0GY Vo 1 ． 4 6，NO ．1 J a n ．，2 0 1 5 6 0 0 MW 火 电机组提 高 S CR入 口烟温方案研究 徐 昶 ，徐 良 ，胡 杰 ，甄 志 1 ．国电浙江北仑第一发 电有 限公 司，浙 江 宁波3 1 5 8 0 0 ； 2 ．北京 国电龙源环保工程有限公司 ，北京1 0 0 0 0 0 摘要 国电浙江北仑第一发 电有 限公 司 2号锅炉 低负荷 时省煤 器出 口烟温过 低 ， 为 保证低 负荷时 机组的 脱硝投运率 ， 需提高脱硝 S C R人 口烟温。论 述提高 S C R人 口烟温几种方法 的原理及 利弊 ， 并对省煤 器分级改 造 的方案进行 了介绍 ， 为 国内同类机组脱 硝改造提供了借鉴 。 关键词 S C R；脱 硝 ；烟温 ；烟道旁路 ；给水旁路 ；分级省煤器 中图分 类号 X 5 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 5 0 1 0 0 6 1 0 4 0 前 言 国电浙江北仑第一发 电有 限公司 以下简称 “ 北仑 电厂” 2 号锅炉为 6 0 0 Mw 前后墙对冲燃 烧 亚 临界 汽包 锅 炉 ， 脱 硝 改 造 工程 由 北京 国 电龙 源环 保工 程有 限公 司总承包 ， 计 划 于 2 0 1 4年 5 月 份投 运 。为减 少锅 炉 运 行 中 污染 物 的排 放 ， 满 足 国家的环保要求 ， 脱硝装置应能适应锅炉 5 O 9 ／ 6 ～ 1 0 0 V o B MC R工况之间的任何负荷 ， 以减少烟气 中氮氧化物 的排 放量 ， 当锅 炉低负荷运 行， 省煤 器 出 口即 S C R 脱 硝 装 置 入 口烟 气 温 度 较 低 时 ， ～方 面催 化剂 活性 会 较 低 ， 氨 逃 逸 率 加 大 ， 增 加空气预热器 硫酸氢氨堵塞 的风险 ； 另一方面 ， 还原 剂 氨与 烟 气 中 的 S O 。反 应 生 成 的硫 酸 氢 氨 和硫 酸 氨会沉 积 在催 化 剂 上 ， 进 一 步 降 低催 化 剂 的活 性 ， 甚 至 造 成 催 化 剂 不 可 逆 转 的 失 活 。 因 此 ， ～般要求 S C R脱硝装置最低喷氨温度要大于 3 1 0℃。而北仑 电厂 2号锅炉省煤 器在 5 0 负 荷时 ， 烟 温仅 为 2 9 5℃ 左 右 ， 最低 达 到 2 8 8℃ ， 无 法满 足催 化 剂对 于 最低 喷 氨 温 度 的要 求 ， 因此 提 高 S C R 入 口烟温 势在 必 行 。本 文 论 述提 高 S C R 入 口烟 温几 种方 法 的原 理 及 利 弊 ， 并 提 出了最 优 的解 决 方案 。 1 提 高 S CR入 口烟温方法介绍 提高 S C R入 口烟温主要是要减少 S C R前烟 气的放热量 ， 以提高进入 S C R反应器 的烟温 ， 目 前在 国 内应 用 的方 法 主 要 是设 置 省 煤 器 的烟 气 旁路或者设置省煤器给水旁路 ， 但是这两种方法 都有明显的缺点， 上海锅炉厂有 限公司提出的省 煤器的分级改造模 型既可满 足烟温的要求又不 影 响 锅炉 经济 安全 运行 。 1 ． 1省煤 器烟 气 旁路 为 了保 证 脱硝 反 应 器 入 口烟 气 温 度 ， 某些 电 厂的脱硝工程设计 了省煤器旁路烟道 ， 在省煤器 进 口位置 的烟道上 开孔， 当锅炉低 负荷运行时 ， 抽取一部分高温烟气至 S C R入 口处 ， 以调节进入 S C R反应器 的烟气温度达到催化剂所需要 的喷 氨温度 ， 同时设 置烟气调节挡板 ， 根据运行负荷 的不同调节进入 S C R的烟量 。 该措 施 的 优 点 是 系统 简 单 ， 增 加设 备 较 少 ， 但也有明显的缺点， 烟气旁路在低负荷投运时提 高 了省煤 器 的出 口烟 温 ， 使 空气 预 热 器 排 烟 温度 上升 ， 影响锅炉经济性。根据计算排烟温度每增 加 1℃， 锅炉效率 会降低 0 ． 5 ％。机组高负荷撤 出旁路时， 由于省煤器进 口烟温能达到 5 0 0℃以 上 ， 旁路 调节挡 板 在 高温 下 极 易 变形 ， 产 生 内漏 ， 同样 会 使 排 烟 温 度 升 高 ， 影 响 锅 炉 经 济 性 。 同 时 ， 在满负荷时挡板若 内漏量大 ， 可能会使省煤 器 出 口烟温达 到 4 0 0℃ ， 从 而使 催 化剂 烧 结 开始 发生 ， 而且烧结的过程是不可逆 的， 导致催化剂 活性 降低 。 增加省煤器旁路后 ， 不同负荷下所需抽取 的 烟气流量不同， 旁路挡板水平布置时要考虑积灰 收稿 日期 2 0 1 40 31 4 ； 修回 日期 2 0 1 4 ～0 6 1 6 作者简介 徐昶 1 9 8 0 一 ， 男 ， 硕士研究生 。 现为国电浙江北 仑第一 发电有 限公 司设备管理部锅炉专工 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 锅 炉 技术 第 4 6卷 荷 载 ， 同时若 经 长 时 间关 闭 后 一 旦 开 启 ， 执 行 机 构容易使电气保护动作， 并且大量积灰瞬间掉落 会 对空 气 预 热 器 造成 影 响 。 因此 烟 气 旁 路 设 置 在技 术上 没有 明显优 势 。 1 ． 2 省煤 器 给水旁路 省煤器给水旁路 的方法是从省煤器进 口集 箱以前直接将部分给水短路 ， 引至下降管。给水 旁路在低负荷时通过调节 阀调节旁路给水流量 ， 使省 煤器进 水 量减 少来 降低 省煤 器 的吸 热 ， 使 省 煤器出 口烟气温度提高 ， 达到喷氨的要求 。 此方案 的实施也较 为简单 ， 但是北仑 电厂 2号 锅炉在 5 O 负荷时省煤器 出口烟温很低， 如需提 高至 3 1 0℃以上， 经过计算需旁路 5 0 以上的给 水量 ， 则将会产 生 省煤 器 中介质 超温 ， 使省 煤器 出 口水温 的欠焓达 不到机组安全运 行要求 ， 此外本 方 案与烟气旁路一样将导致排烟温度的上升 ， 影响机 组的经济性 ， 因此也不建议采用此方案。 1 ． 3 省煤器 分级 改造 上海 锅 炉 厂 有 限 公 司 提 出 的 省煤 器 分 级改 造模型， 考虑将脱硝装置的烟气抽取点 由原来 的 省煤器 出口改为省煤器管组间抽取 ， 以提高进入 脱 硝装 置 的烟气 温度 ， 即省 煤 器需 要 进 行 分 级改 造 ， 将 部分 受 热 面移 至 脱 硝 反 应 器 后 ， 这 样 既 可 满 足脱 硝装 置 的运行 烟 温要 求 ， 又不 至 于使 排 烟 温度升高 ， 降低锅炉热效率 。 同时省煤器分级 改造 模 型在新 建机 组 上也具 有指导意义 ， 在新建机组时考虑将尾部受热面进行 分 级布置 ， 可 以实现脱硝设备在 机组最低稳燃负 荷 以上投运， 进一步降低机组的 N 排放总量。 2省煤 器分级改造实施方案 综 合 锅 炉 各 负 荷 下 的 烟 温 及脱 硝 设 备 要 求 的工作 烟温 范 围 ， 为 保证 脱 硝设 备 在 各 负荷 下均 能正 常 的投 运 ， 考 虑 将 2号 锅 炉 省煤 器 出 口混合 后 的烟 温提 高约 2 0℃ ， 烟温 提 高 后 ， 在 额 定 负荷 时进入脱硝设备的烟温为 3 8 0℃， 最大负荷时烟 温不超过 4 0 0℃， 在 5 o 负荷时进入脱硝设备的 烟温 为 3 1 0℃左 右 。 省煤器 的分级改造后 在满足烟气温度 的同 时保证空气预热器 出口烟温不变 ， 也就是说 ， 在 保证脱硝 5 0 以上负荷投运 的同时 ， 保证锅炉的 性能 指标 不受影 响 。 2 ． 1现有 省煤 器受 热面 的割 除 北仑电厂现有 的省煤器受热面结构 简图见 图 1 ， 省煤器 分别 布置在 分 隔烟 道 的二侧 ， 低 温再 热器侧和低温过热器侧 的省煤器， 二侧省煤器工 质并 联 布置 。低 温 过 热 器 受 热 面置 换 省 煤 器 改 造后 ， 原省 煤器 工质 出 口接 入 置 换 后 的低 温 过 热 器 下部管 组 ， 该 管组 沿 烟气 流 向 的排 数 为 2 0排 ， 受热面积为 4 5 4 0 m 。 包 包 低温过 暑 } 置换的 焰 l 器 包 覆 覆 J l L霪 前 隔 J 覆 墙 墙 雁 -II ll l I I Ⅲ J L _ { l1 _ I I l fl 『l } 低 温 再 热 器 I I 低温 热 器 ’ 侧 省 煤 器 _∈ ≥_ 『I 侧 ’煤 器 4 。 图 I 改造前的受热面结构简图 为提 高进入 脱 硝设 备 的 烟 温 ， 需 要 减 少 锅 炉 尾部 的部分 受热 面 ， 根据 计 算 结果 及 锅 炉 现 有受 热面的情况， 考虑将低温过热器侧省煤器上级管 组 ， 即上次低 温过 热 器 受热 面 置换 省 煤 器 部 分 的 管组 割除 ， 并重新 接 通 管路 。现 有省 煤 器 受 热 面 总面 积 为 I 5 5 1 0 m ， 割 除 的 省 煤 器 受 热 面 积 为 4 5 4 0 m。 ， 割 除部分 的面积约 占总 面积 的 3 O ％。 受热 面 割 除 后 ， 进 入 脱 硝 设 备 的 烟 温 将 提 高 ， 这 样将 导 致 锅 炉 排 烟 温 度 升 高 ， 锅 炉 热 效 率 下 降 。因此 ， 需要 在 脱硝 设 备 后设 置省 煤 器 受 热 面 以吸收 烟气 中的 热量 ， 确 保 进入 空 气 预 热 器 的 烟温及排烟温度接近原来的设计值。 2 ． 2 新增分 级省 煤器 的设 置 脱硝烟道分左右二侧布置 ， 在其下部通过烟 道截 面收 缩 ， 与空 气 预 热 器 相 连 ， 现 考 虑 将 烟道 的收 缩 部 分 分 成 二 段， 先 将 烟 道 收 缩 成 宽 度 1 4 2 6 0 mm、 深 度 8 6 0 0 mm 的垂 直烟 道 ， 在 其 中 放置 省煤 器 ， 然后 再 将 烟道 收 缩 到原 来 的截 面 尺 寸 与空气 预热器 相连 。 在上 述形 成 的 左 右 2个 垂 直 烟 道 内设 置 省 煤器 ， 单侧 烟道沿宽度方 向设置 _l l 8排 ， 每排受 热面由 2根的管子并联组成， 沿烟气流向设 置 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 徐昶 ， 等 6 0 0 Mw 火电机组提高 S C R入口烟温 方案研 究 排 ， 二 侧 的 总 受 热 面 积 约 5 0 0 0 r n ， 改 造后 总 的 省 煤 器 换 热 面 积 增加 4 6 0 m 。二 侧 省 煤 器 丁 质 并 联 布置 ， 受 热面 下端 为 进 口、 上 端 为 出 口， 给 水 向上 流动 ， 受 热 面 进 出 口设 置 集 箱 和 连 接 管 道 ， 按 工 质流 向 ， 此 受 热 面作 为 省煤 器 系统 的第 一 级 受 热 面 ， 锅 炉 给 水 先 经 过 此 受 热 面 加 热 ， 然 后 引 入 原 省煤 器 的给水 进 口 ， 因而 原锅 炉 的给 水 管 道 需 要 更改 。改 造后 的受 热面结 构 简 图见 图 2 。 图 2 改造后的受热面结构简图 分 级 省 煤 器 作 为 一 个 独 立 设 备 支 撑 于脱 硝 钢架 卜， 娴 道 内 设置 桁 架 悬 吊省 煤 器 及 集 箱 ， 烟 道内桁架支撑 于脱硝钢架支撑梁上， 初步配合 图 纸 见 图 3 。 羲 二 ＼ j 1 ． L _ 三 _ 一 ．一l l - _ ‘ 一 j i t J- ／ ， ／ ／ _ J L ． ． 一 y r - 1 ／ ／ 譬 0 _ ] n o I I m _J l _ I 空 气 预 静 器 i l 1 _ ／ ● 一 一／ J 一 风机房 图 3 省 煤器分级改造配合图 2 ． 3 改造 后预 计锅 炉性 能数 据 表 1 、 表 2为上 海 锅 炉 厂 有 限 公 司 省 煤 器分 级改 造 可行性 方案 中锅 炉各 项性 能数据 计算 值 。 表 1 改造 前后 主 要热 力数据 对 比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 锅炉技术 第 4 6卷 表 2 改造前后 进入 脱硝 设备 的烟温 对 比 与 改造前 相 比， 低 温 过 热器 侧 省 煤器 的烟 温 降减小 ， 分 隔烟道 二 侧 的 出 口烟 温差 值 减 小 。除 尾部省煤器处的烟温变化外 ， 改造前后对 过热汽 温、 再热汽温、 喷水量等锅炉 总体性 能没有大 的 影 响 ， 基 本维 持原状 。 3 提 高 S CR入 口烟温方法对 比 1 省煤器烟道旁路使排烟温度提高 ， 降低 锅 炉经 济性 ， 同时 烟气 调 节 挡板 可 靠 性得 不 到保 障， 因此这种技术不成熟 ， 不建议采用。 2 省 煤器 给 水 旁 路使 排 烟 温 度 提 高 ， 降 低 锅炉经济性， 同时也会影响机组安全运 行， 也不 建议采用 。 3 综合 锅 炉 的结 构 和 运 行 情况 ， 考 虑将 原 低温 过热器 置换 省 煤器 部 分 的受 热 面 割 除 ， 并 在 脱 硝反 应 器 下 部 的烟 道 内设 置 省 煤 器 受 热 面 。 分级部 分 的受 热面 积 占省 煤器 总 受热 面 积 的 3 0 ， 锅炉给水 先经过此受热 面加热 ， 然后 引至 原锅 炉 给水处 。 4 省煤 器 分级 改 造 后 ， 预 计 进 入 脱 硝设 备 的烟温将 提 高 约 2 2℃ ， 在 额 定 负 荷 时 进 入 脱 硝 设备 的 烟 温 为 3 8 2℃ ， 最 大 负 荷 时 烟 温 不 超 过 4 0 0℃ ， 在 5 0 负 荷 时 进 入 脱 硝 设 备 的 烟 温 为 3 1 7℃左右 。 5 通过省煤器受热 面的分级改造 ， 既可满 足脱硝 设备 对烟 气温 度 的要 求 ， 又 不 会 造 成排 烟 温 度上 升 、 锅 炉 效 率 降低 。改 造 后 汽 温 、 喷 水 量 等锅炉总体性能基本维持原状 ， 脱硝设备在各负 荷 下均 能投 运 。 4 结 语 随着环保要求的 日益严格， 火电机组在 5 0 负荷以上撤出脱硝运行将加倍考核脱硝 电价 ， 北 仑 电厂针对提高 2号锅炉 S C R人 口烟温技术措 施 进行 了调研 和 可行 性 研究 ， 认 为 上 海 锅 炉 厂有 限公 司提 出 的 分 级 省 煤 器 改 造 的方 案 是 最 优 解 决方案 ， 经济性及环保性兼顾 ， 为国内火 电机组 满足低负荷脱硝运行提供了借鉴。 参考 文献 [ 1 ]崔振东．火 电机组脱硝系统 S C R 调试 的关 键技术研究 [ J ] ． 南方电网技术， 2 0 0 9 ， 增刊 ． [ 2 ]张洁 ， 张扬．火 电机组 脱硝 系统 S C R 调试 的关键 技术研 究 [ J ] ．电力科技 与环保 ， 2 0 1 1 ， 2 7 2 ． R e s e a r ch o n I mp r o vi n g t h e T e mp er a t u r e o f S CR E nt r a n c e Ga s i n 6 0 0 MW Th e r mal P o wer Un i t S XU Ch a n g ，XU Li a n g ， HU J i e ， ZHE N Z h i 1 ．Gu o d i a n Z h e j i a n g Be i l u n No ． 1 P o we r g e n e r a t i o n Co ． ，L t d ． ，Ni n g b o 3 1 5 8 0 0，Ch i n a ； 2 ．Be ij i n g Gu o d i a n Lo n g y u a n En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g C o ． ，L t d ，Be j i n g 1 0 0 0 0 0，C h i n a Ab st r a ctBe c a us e o f t h e t e mpe r a t ur e o f e c o no mi z e r o ut l e t i n No ． 2 u ni t b oi l e r i n Be i l u n po we r pl a n t i s t o o l O W a t 1 o w l oa d ，i n or d e r t o e n s u r e t he d e n i t r a i t i o n op e r a t i on r a t e，we wa n t t o i mpr o ve t he t e m p e r a t u r e of d e n i t r a t i o n S CR e nt r a nc e f l ue g a s ． Th i s a r t i c l e di s c u s s e s t he pr i n c i p l e a nd a d v a nt a ge s a n d d i s a d va nt a ge s o f s e v e r a l me t h od s of i m p r o vi n g SCR e nt r a n c e g a s t e mp e r a t u r e ． I t a l s o p r e s e n t s t h e s c h e me o f c l a s s i f i c a t i o n mo d i f i c a t i o n f o r e c o n o mi z e r ， a n d pr o v i d e d t he r e f e r e nc e f o r d e ni t r i f i c a t i o n m o d i f i c a t i on i n s i mi l a r do me s t i c u ni t s ． K ey w o r ds SCR；de ni t r a i t i o n； g a s t e mpe r a t ur e； f l u e g a s b y pa s s； f e e d wa t e r b y pa s s； c l a s s i f i c a t j o n o f e c o no mi z e r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m