600 MW超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)超低排放改造方案研究

卿紅梅 康科偉

(浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325609)

600 MW超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)超低排放改造方案研究

卿紅梅 康科偉

(浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325609)

基于目前存在的環(huán)境問題和火電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樂清發(fā)電廠600 MW超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造的疑難點(diǎn)進(jìn)行分析和探討，提出脫硝系統(tǒng)改造的可行方案，該方案對(duì)即將進(jìn)行的超低排放改造具有指導(dǎo)性意義。

600 MW超臨界機(jī)組；脫硝；超低排放；改造方案

0 引言

目前我國(guó)面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境壓力，NOx是造成大氣污染的主要污染物之一，我國(guó)NOx排放量中70%來自煤炭的直接燃燒，火力發(fā)電廠是燃煤大戶，是NOx主要排放源之一[1]。2011年國(guó)務(wù)院頒布的《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》中規(guī)定，到2015年，全國(guó)NOx排放總量比2010年下降10%，而浙江規(guī)定全省NOx排放量要削減18%。環(huán)保部HJ562—2010《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范——選擇性催化還原法》作為火電廠煙氣脫硝工程的規(guī)范，其規(guī)定：SCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)能在鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷(一般為35%BMCR)和BMCR之間的任何工況下持續(xù)安全運(yùn)行。且最新的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：至2014年7月，燃煤鍋爐要達(dá)到氮氧化物100 mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)，其中，重點(diǎn)地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)也為100 mg/Nm3；天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)為氮氧化物50 mg/Nm3。為使機(jī)組煙氣的NOx排放濃度達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，并能在最低穩(wěn)燃負(fù)荷至BMCR間任何工況下投運(yùn)脫硝系統(tǒng)，這就對(duì)火電廠脫硝設(shè)備提出了嚴(yán)格的要求，機(jī)組超低排放改造勢(shì)在必行。

1 設(shè)備介紹

樂清電廠一期2×600 MW機(jī)組同步配套建有脫硫和脫硝系統(tǒng)，采用上海鍋爐廠超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，其為單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸掛結(jié)構(gòu)П型、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，24只直流式燃燒器分6層布置在爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。

原鍋爐型號(hào)：SG -1913/25.4-M956，600 MW，此次鍋爐增容改造后為660 MW，將實(shí)施超低排放改造，使機(jī)組煙氣的主要污染物排放濃度達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中脫硝部分改造目標(biāo)為煙囪入口NOx排放濃度不大于50 mg/Nm3，并實(shí)現(xiàn)最低穩(wěn)燃負(fù)荷至BMCR間任何工況下投運(yùn)脫硝系統(tǒng)。

2 機(jī)組現(xiàn)有煙氣環(huán)保設(shè)施及排放情況

樂清電廠#1、#2機(jī)組建設(shè)時(shí)，已同步配套了相關(guān)的煙氣環(huán)保設(shè)施。2013年1—12月，其煙氣中氮氧化物排放情況及脫硝設(shè)施主要性能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值如表1所示。

從表1可知，樂清一期2臺(tái)機(jī)組自投運(yùn)以來，脫硝設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定。從排放指標(biāo)看，氮氧化物滿足重點(diǎn)區(qū)域排放標(biāo)準(zhǔn)要求(100 mg/Nm3)，但高于超低排放標(biāo)準(zhǔn)(50 mg/Nm3)。

表1 煙氣中氮氧化物排放情況及脫硝設(shè)施主要性能指標(biāo)

3 煙氣超低排放改造方案——脫硝系統(tǒng)提效

3.1 原有SCR脫硝系統(tǒng)及鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)介

樂清電廠一期2×600 MW機(jī)組煙氣脫硝改造由浙江天地環(huán)保工程有限公司總承包，采用美國(guó)巴威公司的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)。煙氣從省煤器引出，一臺(tái)爐配置2個(gè)反應(yīng)器，經(jīng)過脫硝裝置后，煙氣接入空預(yù)器。配有煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器吹灰系統(tǒng)、氨空氣混合及噴射系統(tǒng)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫硝效率為70%。脫硝SCR反應(yīng)器及煙道布置在鍋爐省煤器外側(cè)，一、二次風(fēng)機(jī)及其煙道上方。

樂清發(fā)電廠一期機(jī)組燃燒器采用了低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)技術(shù)，采用空氣分級(jí)燃燒，配有CCOFA和SOFA風(fēng)，使燃料經(jīng)歷富燃料燃燒和富氧燃盡2個(gè)階段[2]，實(shí)現(xiàn)了總體NOx排放量大幅下降。

3.2 脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況簡(jiǎn)介

據(jù)樂清電廠#1、#2機(jī)組2013年以來的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，月平均SCR入口NOx濃度值均小于300 mg/Nm3，無需對(duì)燃燒器進(jìn)行進(jìn)一步改造，如圖1所示。

圖1 近期月平均SCR入口NOx濃度變化趨勢(shì)

圖2是近期月平均SCR出口NOx濃度變化趨勢(shì)，可以看出圖2與圖1的變化趨勢(shì)一致。2臺(tái)機(jī)組的SCR出口濃度低于100 mg/Nm3，滿足現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但距50 mg/Nm3有一定的差距。2臺(tái)機(jī)組脫硝系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性，脫硝效率基本穩(wěn)定地保持在60%以上。

圖2 近期月平均SCR出口NOx濃度變化趨勢(shì)

3.3 脫硝系統(tǒng)提效技術(shù)方案探討

安裝低NOx燃燒器后，機(jī)組在大部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)入口NOx濃度穩(wěn)定地控制在300 mg/Nm3以下，運(yùn)行情況較理想，因此可通過提高脫硝效率的方式，使得SCR的出口NOx濃度降低到50 mg/Nm3以下，SCR系統(tǒng)按照85%效率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

樂清發(fā)電廠#1、#2機(jī)組脫硝裝置原設(shè)計(jì)初裝2層催化劑，設(shè)計(jì)脫硝效率70%，預(yù)留第三層催化劑安裝空間。本次脫硝提效需增加催化劑體積，加裝預(yù)留層或者更換初裝2層原催化劑，使脫硝效率由70%提高至85%。

由于#1機(jī)組催化劑安裝約一年多，#2機(jī)組的催化劑安裝約13個(gè)月，活性尚佳，若采用初裝2層全部更換的方案會(huì)造成較大的浪費(fèi)，建議在預(yù)留層增加一層新的催化劑，原有系統(tǒng)絕大部分設(shè)備可利舊，只需在預(yù)留層新增催化劑及聲波吹灰器，更換SCR氨氣調(diào)節(jié)閥即可。

3.4脫硝裝置在最低穩(wěn)燃負(fù)荷至BMCR間任何工況下投運(yùn)的技術(shù)措施

根據(jù)樂清#1、#2機(jī)組的設(shè)計(jì)煤種，SCR脫硝裝置最低連續(xù)運(yùn)行溫度為310 ℃。因此脫硝裝置在投運(yùn)負(fù)荷下入口煙氣溫度不能小于310 ℃，考慮到催化劑最高溫度盡量控制為420 ℃，不能高于450 ℃的要求[3]，脫硝入口煙氣溫度控制在310～400 ℃范圍內(nèi)比較適合。

樂清電廠鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷為30%BMCR，此工況下脫硝裝置入口煙氣溫度低于310 ℃。為達(dá)到最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上全負(fù)荷投運(yùn)脫硝裝置，必須提高低負(fù)荷下的SCR入口煙氣溫度，可以通過回?zé)嵯到y(tǒng)改造、省煤器分級(jí)、省煤器旁路(即尾部煙氣旁路)等技術(shù)措施，使煙氣溫度保持在310 ℃以上。但樂電一期機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)因無空間增設(shè)抽汽口而無法改造。

3.4.1 省煤器分級(jí)方案

將省煤器的部分受熱面進(jìn)行分級(jí)，減少省煤器的換熱量，提高低負(fù)荷時(shí)脫硝入口的煙氣溫度。考慮到鍋爐30%BMCR低負(fù)荷時(shí)需要將省煤器排煙溫度從約280 ℃提升到310 ℃，需要將約25%的進(jìn)行分級(jí)，將分級(jí)的省煤器放入SCR出口煙道上。通過分級(jí)省煤器保證鍋爐給水溫度，保證鍋爐低負(fù)荷和BMCR工況時(shí)煙溫在合適范圍內(nèi)。該方案整體來說簡(jiǎn)單可行，但實(shí)施后會(huì)對(duì)鍋爐的效率產(chǎn)生一定的影響。

3.4.2 尾部煙氣旁路方案

煙氣旁路主要是在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，調(diào)節(jié)旁路煙道上裝設(shè)的煙氣調(diào)節(jié)擋板控制煙氣溫度。高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)關(guān)閉旁路煙道擋板。

尾部煙氣旁路方案中系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單、煙溫調(diào)節(jié)靈活，可保證脫硝裝置在鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷至BMCR間任何工況下投運(yùn)，但機(jī)組如果長(zhǎng)期不在低負(fù)荷運(yùn)行，也就是擋板門處于常閉狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致積灰打不開，這將成為檢修疑難點(diǎn)，而且煙氣側(cè)的阻力會(huì)稍有增加。

綜上所述，省煤器分級(jí)技術(shù)措施相比較優(yōu)，可在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行方案的實(shí)施。

4 結(jié)語

綜上所述，通過實(shí)施鍋爐低氮燃燒改造、SCR脫硝裝置提效和省煤器分級(jí)等技術(shù)措施，樂清#1、#2機(jī)組煙氣的氮氧化物排放可滿足≤50 mg/Nm3的要求，并實(shí)現(xiàn)最低穩(wěn)燃負(fù)荷至BMCR間任何工況下投運(yùn)SCR脫硝裝置。這對(duì)樂電一期600 MW超臨界機(jī)組及類似機(jī)組脫硝系統(tǒng)超低排放改造有很好的指導(dǎo)和借鑒作用。

[1] 于洪，劉慷.選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)在玉環(huán)電廠4×1 000 MW機(jī)組上的應(yīng)用[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009(6)：1～3

[2] 陳瑞軍.低NOx燃燒技術(shù)在岱海電廠的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2007(25)：14～16

[3] 劉慷，虞宏，于洪，等.選擇性催化還原催化劑在燃煤電廠中應(yīng)用的注意事項(xiàng)[J].廣東電力，2009(7)：75～78

2014-08-27

卿紅梅(1984—)，女，湖南新化人，助理工程師，主要從事電廠集控運(yùn)行工作。