關(guān)于鍋爐SCR 全負(fù)荷適應(yīng)性改造的探討

胡 蓉

廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司

介紹了目前各電廠通常采用的提高SCR裝置負(fù)荷適應(yīng)性的幾種方案，并對這幾種方案的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比。

1 前言

火電廠SCR 煙氣脫硝裝置用于脫除煙氣中氮氧化物（NOx），該類技術(shù)通過將氨（NH3）作為還原劑噴入煙氣中，使還原劑與煙氣中的NOx 發(fā)生還原反應(yīng)，生產(chǎn)無害的氮氣和水，從而達(dá)到脫除氮氧化物的目的。但是，脫硝裝置的投運要求其進(jìn)口煙溫在320℃～420℃范圍內(nèi)，否則將會影響鍋爐的熱效率，造成空預(yù)器換熱元件堵塞和低溫腐蝕等。

國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求燃煤鍋爐的NOx 排放必須小于100mg/Nm3，且廣東省的環(huán)保（廣環(huán)函2012-1068號文件）要求鍋爐正常運行時從最低穩(wěn)燃負(fù)荷和鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）之間任何工況下都必須滿足此排放限制的要求，也就是說，在所有機(jī)組正常運行工況下，脫硝裝置都必須投入運行。而在電廠實際運行中，尤其是在500MW 以下的低負(fù)荷運行時，因省煤器出口煙溫較低（低于320℃），不能滿足脫硝裝置安全投運的要求。脫硝無法投運，排放很難達(dá)到國家環(huán)保法規(guī)的要求。因此對鍋爐進(jìn)行SCR全負(fù)荷適應(yīng)性改造是非常必要和迫切的。

2 SCR 全負(fù)荷適應(yīng)性改造方案

提高SCR 裝置的負(fù)荷適應(yīng)性，通常采用的有四種方案，即設(shè)置省煤器旁路煙道、設(shè)置省煤器水側(cè)旁路、熱水再循環(huán)和省煤器分級改造。除以上四種方案外，目前也有電廠采用了新型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)改造的方法來提高SCR裝置的負(fù)荷適應(yīng)性。

設(shè)置省煤器旁路煙道

該方案的通過在煙氣進(jìn)入省煤器的位置的煙道后墻壁上開孔，抽一部分煙氣引至SCR 入口煙道處，在低負(fù)荷時，通過抽取較高溫度的煙氣與省煤器出口過來的煙氣混合，使低負(fù)荷時SCR 入口處煙氣溫度達(dá)到320℃以上。

設(shè)置省煤器水旁路

該方案的通過在省煤器進(jìn)口集箱之前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至省煤器出口集箱，減少流經(jīng)省煤器的給水量，從而減少省煤器從煙氣中吸收的熱量，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。

熱水再循環(huán)

熱水再循環(huán)方案為省煤器水旁路進(jìn)一步發(fā)展方案。第一部分也是的通過在省煤器進(jìn)口集箱之前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至省煤器出口集箱，減少流經(jīng)省煤器的給水量，從而減少省煤器從煙氣中吸收的熱量，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。第二部分再通過熱水再循環(huán)系統(tǒng)將熱水送入省煤器，提高省煤器進(jìn)口水的溫度，降低省煤器冷卻煙氣溫度的能力，從而進(jìn)一步提高省煤器出口煙氣溫度。

省煤器分級設(shè)置

省煤器分級方案是在進(jìn)行熱力計算的基礎(chǔ)上，將原有省煤器部分（靠煙氣下游部分拆除），在SCR 反應(yīng)器后增設(shè)一定的省煤器受熱面。給水直接引至位于SCR 反應(yīng)器后面的省煤器，然后通過連接管道引至位于SCR 反應(yīng)器前面的省煤器中。通過減少SCR 反應(yīng)器前省煤器的吸熱量，達(dá)到提高SCR 反應(yīng)器入口溫度在320℃以上的目的，以保證SCR 可以在最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上所有負(fù)荷正常運行。煙氣通過SCR 反應(yīng)器脫氮之后，進(jìn)一步通過SCR 反應(yīng)器后的省煤器來吸收煙氣中的熱量，以保證空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙溫基本不變，在保證SCR 最低溫然負(fù)荷以上所有負(fù)荷正常投運的同時，保證鍋爐的熱效率等性能指標(biāo)不受影響。

新型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)改造

新型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)改造方案的原理是在補(bǔ)汽閥后選擇一個合適的抽汽點，增加一路抽汽（高壓轉(zhuǎn)子第4級后），與原第一級抽汽（高壓轉(zhuǎn)子第12 級后）并聯(lián)接入一號高壓加熱器。在機(jī)組低負(fù)荷時，通過投運新增的一路抽汽，關(guān)閉原第一級抽汽，通過調(diào)節(jié)門控制加熱器入口壓力基本不變。低負(fù)荷時加熱給水溫度，提升省煤器出口煙溫，從而保證低負(fù)荷時SCR 催化劑能夠安全穩(wěn)定連續(xù)運行，實現(xiàn)全負(fù)荷脫硝的功能。這種方案受汽輪機(jī)型式等限制目前還未得到普遍采用。

3 幾種改造方案的對比

下面將某電廠1000MW 機(jī)組參數(shù)為例來對幾種改造方案的優(yōu)缺點進(jìn)行探討。

設(shè)置省煤器旁路煙風(fēng)方案

根據(jù)下表的計算結(jié)果，旁路掉40%的低過側(cè)省煤器煙氣流量，可以滿足提高省煤器出口煙氣溫度的到320℃以上的目標(biāo)。

安全可靠性方面，如果煙氣擋板的密封性能變差，可能在高負(fù)荷時有部分高溫?zé)煔鈴呐月窡煹佬孤?，直接進(jìn)入SCR 裝置，這時煙氣溫度將會出現(xiàn)高于催化劑最高允許溫度的風(fēng)險，對于催化劑來說，將帶來致命的破壞；同時，由于在后煙井設(shè)置抽煙氣口，將會對后面整個流場帶來影響，省煤器的換熱可能會出現(xiàn)較大的偏差，同時，高溫?zé)煔獗慌月返?，?dǎo)致省煤器吸熱不足，可能對整個汽水系統(tǒng)的熱量分配帶來較大的不利影響，影響鍋爐的出力、效率，直至鍋爐的穩(wěn)定性。如果長期不在低負(fù)荷運行，也就是擋板門處于常閉狀態(tài)，可能會導(dǎo)致積灰、卡澀打不開，而在不需要打開的時候，卻無法密封，性能非常不穩(wěn)定。

表1 省煤器旁路煙道方案計算匯總表

表2 設(shè)置省煤器水旁路方案計算匯總表

對鍋爐效率的影響上，從表1 可見，在滿足SCR 入口煙氣溫度的工況下，鍋爐排煙溫度達(dá)到126℃，相比原設(shè)計排煙溫度103℃，提高了23℃，鍋爐的熱效率將會降低約1.2%對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響較為明顯。

設(shè)置省煤器水旁路方案

從表2 可以看出，在350MW 負(fù)荷時，旁路掉50%的給水流量，可以使省煤器出口煙溫提高23℃，此時，SCR 進(jìn)口的煙氣溫度才剛剛達(dá)到317℃，沒有達(dá)到320℃的目標(biāo)。如果電廠需要調(diào)節(jié)煙溫溫度較低（10℃以內(nèi)）的情況可采取本方案。

安全可靠性上，在旁路掉50%的情況下，低過側(cè)省煤器出口水溫為316℃，僅比該工況飽和溫度321℃低5℃，沒有足夠的過冷度，省煤器在運行過程中將會出現(xiàn)汽蝕，嚴(yán)重威脅省煤器的安全運行。所以，在保證安全的情況下，只能采用20%的旁路方案，可以提高煙氣溫度10℃到304℃。本方案僅可以滿足450MW 負(fù)荷下，煙氣溫度達(dá)到320℃的要求。

對鍋爐效率的影響上，450MW 負(fù)荷下導(dǎo)致排煙溫度升高約10℃，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性（熱效率可能降低0.5%）。

熱水再循環(huán)方案

由省煤器水旁路方案可知，此方案為其升級版，可以進(jìn)一步提高省煤器出口煙氣溫度。達(dá)到預(yù)期的效果。如采用此方案，省煤器出口的介質(zhì)溫度將比省煤器水旁路方案更高，達(dá)到或更接近該工況飽和溫度321℃，沒有足夠的過冷度，省煤器在運行過程中將會出現(xiàn)汽蝕，嚴(yán)重威脅省煤器的安全運行。所以，在保證安全的情況下，采用20%的旁路方案，可以提高煙氣溫度20℃到314℃。本方案僅可以滿足400MW 負(fù)荷下，煙氣溫度達(dá)到320℃的要求。

省煤器分級方案

改造效果上，鍋爐從BMCR 負(fù)荷降至350MW 負(fù)荷，分隔煙道二側(cè)省煤器出口混合后的煙溫完全可以滿足脫硝設(shè)備要求的工作煙溫范圍內(nèi)，可確保脫硝設(shè)備在各負(fù)荷下的正常投運。

`省煤器分級方案由于沒有增加多余的設(shè)備，僅僅將省煤器分成兩級，所以安全可靠性與改造前基本一致。且省煤器分級后，從BMCR 負(fù)荷到350MW 負(fù)荷，鍋爐的排煙溫度都和改造前是一樣的，鍋爐效率沒有降低，對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性運行沒有影響。并且對鍋爐的運行方式也沒有任何影響。在保證空氣預(yù)熱器等設(shè)備安全的情況下，可以在SCR 下方布置更多的省煤器，可以進(jìn)一步降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐BMCR-350MW 負(fù)荷下的鍋爐效率，帶來改造后的額外收益。

設(shè)置新型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)方案

新型汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)改造方案，也可以解決SCR 在機(jī)組低負(fù)荷不能投運的難題，提高機(jī)組低負(fù)荷下省煤器入口的水溫，使其出口煙氣溫度相應(yīng)上升，保證在機(jī)組AGC 可調(diào)負(fù)荷范圍（35%～100%額定負(fù)荷）內(nèi)均能夠投運SCR 脫硝系統(tǒng)，并使催化劑處于高效區(qū)運行。但此方案適用范圍小，僅適用于1000MW 或660MW 超超臨界帶有補(bǔ)汽閥的機(jī)組，目前還未得到大量采用，改造后是否還存在其他問題還有待驗證。

4 結(jié)束語

綜合來看目前比較成熟可靠的方案是省煤器分級改造，此方案目前已有多個電廠采用，但初期投資成本較大。

隨著我們國家的不斷發(fā)展，人民對生活環(huán)境的要求在不斷提高。所以，國家對環(huán)境保護(hù)的力度也在不斷加強(qiáng)。更高的排放要求勢必對火力發(fā)電廠帶來較大的影響。為了滿足現(xiàn)在的環(huán)保要求，各火力發(fā)電廠也在不斷調(diào)研探索，尋求更加經(jīng)濟(jì)可靠的SCR 全負(fù)荷適應(yīng)性的改造方案。