國產600 MW超臨界燃煤機組全負荷脫硝改造技術分析

石中喜，張金柱

(華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州 450046)

國產600 MW超臨界燃煤機組全負荷脫硝改造技術分析

石中喜，張金柱

(華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州 450046)

隨著近幾年我國經濟增速放緩，全年的總發電量逐年下降，全國火電機組年平均利用小時逐年減少，火電機組運行負荷常年處于較低水平，機組啟停頻繁。面對火電機組常年低負荷運行現狀和國家環保的要求，實現電廠全負荷脫硝勢在必行。針對國產600 MW超臨界燃煤機組全負荷脫硝改造進行技術路線分析，通過對比各改造技術路線的優缺點、改造工程費用等，推薦適合燃煤機組全負荷脫硝改造的指導技術路線。

600 MW機組；超臨界機組；燃煤機組；全負荷脫硝改造；省煤器；技術路線

0 引言

我國是煤炭能源消耗大國，隨著國民經濟發展和人民生活水平的提高，環境污染日益加劇，已嚴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境保護的執行力度，電力行業首當其沖。

2015年6月19日，環保部發布了環函〔2015〕143號《關于火電廠SCR脫硝系統在鍋爐低負荷運行情況下NOx排放超標有關問題的復函》，其中明確指出：“《火電廠大氣污染物排放標準》是國家強制標準，火電廠在任何運行負荷時，都必須達標排放。脫硝系統無法運行導致的氮氧化物排放濃度高于排放限值要求的，應認定為超標排放，并依法予以處罰。目前全負荷脫硝技術已經成熟，火電廠現有脫硝系統與運行負荷變化不匹配、不能正常運行、造成超標排放的，應進行改造，提高投運率和脫硝效率。”

本文根據燃煤電廠實際運行情況，結合國內現有寬負荷脫硝現狀，對寬負荷脫硝改造路線進行技術方案對比和經濟分析，研究并推薦適合我國燃煤電廠全負荷脫硝改造的技術路線。

1 機組參數

1.1鍋爐

鍋爐是東方鍋爐集團制造的DG2100/25.4-Ⅱ2型國產超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，為一次中間再熱、單爐膛、尾部雙煙道結構、采用煙氣擋板調節再熱汽溫、平衡通風、封閉布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐，每臺爐配2臺三分倉空氣預熱器(以下簡稱空預器)。鍋爐設計參數見表1，表中：BMCR為鍋爐連續最大出力工況；BRL為鍋爐額定負荷工況。

表1 鍋爐設計參數

1.2脫硝裝置

機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器入口。

1.3機組各負荷鍋爐本體參數

機組各負荷鍋爐本體參數見表2，表中：低溫再熱器簡稱低再，低溫過熱器簡稱低過，下同。

2 現有技術介紹

目前，常規的實現低負荷脫硝的技術主要包括以下三大類。

表2 機組各負荷鍋爐本體參數 ℃

表3 分級省煤器方案改造效果數據 ℃

2.1調整運行方式提高脫硝裝置入口煙氣溫度

鍋爐運行時，各參數受鍋爐運行方式影響，通過調整運行方式可適當提高SCR反應器入口煙氣溫度，但這些調整對煙氣溫度升高影響有限，而且有些運行方式不利于機組穩定運行，所以只能作為平時運行時的輔助手段。

2.2采用特殊催化劑實現低負荷脫硝

目前，由于電廠普遍存在煙氣溫度偏低導致脫硝裝置不能投運的問題，所以有很多科研單位、廠家正在研究寬溫差脫硝催化劑。但該催化劑技術還在研究試驗階段，有一些在其他行業煙氣脫硝中進行了試驗，有的準備申請在電廠進行試驗，但都缺乏在大機組上成功運行的業績。

2.3煙風汽水系統改造提高煙氣溫度

該技術是目前采用最多的技術，主要是通過對機組現有煙風汽水系統進行改造以提高脫硝反應器入口的煙氣溫度，使得在更低的機組負荷工況下，能夠達到脫硝裝置投入運行的煙氣溫度要求。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，現有省煤器剩余受熱面作為第2級省煤器，給水先進入第1級省煤器加熱，再進入第2級省煤器繼續加熱以提高給水溫度[1]。分級省煤器方案改造效果數據見表3，表中：THA為汽輪機驗收工況，下同。

3.2省煤器煙氣旁路方案

在省煤器進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，設置煙氣擋板，增加煙道旁路。在低負荷時，抽取高溫煙氣加熱省煤器出口過來的低溫煙氣，通過調整煙氣擋板開度[2]，使SCR入口處煙氣溫度在實際運行中達到320 ℃以上。煙氣旁路方案改造效果數據見表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。未進入省煤器受熱面的水量通過旁路管道直接進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據見表5。

表4 煙氣旁路方案改造效果數據

表5 省煤器給水旁路方案改造效果數據

表6 省煤器給水置換方案改造效果數據

3.4省煤器給水置換方案

該方案綜合了省煤器水側旁路及熱水循環方案，在省煤器進口集箱以前給水管道設旁路管道和循環管道。低負荷時，一部分水通過旁路管道直接進入省煤器出口，同時循環泵將省煤器出口大致與旁路水流量相當的高溫水送入省煤器進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據見表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據見表7。

表7 新增 #0高加方案改造效果數據

3.6方案對比

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

表8 綜合對比

4 結論

(1)省煤器分級方案。容易出現脫硝入口煙氣超溫的問題，且改造屬于不可逆的，運行不靈活。(2)省煤器煙氣旁路方案、省煤器給水置換方案。在省煤器外部進行旁路改造，可以實現30% THA工況提高SCR入口煙溫的要求，改造是可逆的，高負荷切除，低負荷時投入，運行方式靈活。(3)省煤器給水旁路方案。采用的是水側的調節方法，需要旁路調節比較大比例的流量才能達到比較高的煙溫提升效果。而旁路過多流量，有可能導致省煤器內汽化，影響安全。(4)新增#0高加方案。通過汽水側熱力循環改造實現脫硝入口提高煙溫，能夠提高機組整體效率，降低機組發電熱耗，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技術方案的投資、實施效果等方面因素，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荷脫硝改造指導技術路線。

[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用[J].鍋爐制造,2014(3): 1-3.

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

(本文責編：白銀雷)

2017-06-14；

:2017-08-03

X 773

：B

：1674-1951(2017)09-0054-04

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