景博

(山西省循環(huán)流化床煤矸石發(fā)電行業(yè)技術(shù)中心，山西朔州036800)

省煤器分級布置在CFB機(jī)組SCR脫硝中的應(yīng)用

景博

(山西省循環(huán)流化床煤矸石發(fā)電行業(yè)技術(shù)中心，山西朔州036800)

基于循環(huán)流化床鍋爐超低排放新增脫硝SCR系統(tǒng)空間布置不夠的問題，結(jié)合實(shí)際改造難度及節(jié)能要求的現(xiàn)狀，通過采取省煤器分級布置的改造形式，分析其對系統(tǒng)的影響，改造后滿足了低負(fù)荷SCR反應(yīng)溫度的要求、提高了鍋爐效率，為同級別機(jī)組脫硝及節(jié)能改造提供借鑒思路。

循環(huán)流化床鍋爐;省煤器;分級布置;SCR脫硝

0 引言

根據(jù)國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國家能源局《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃的通知》要求［1－2］，山西省300MW及以上火電機(jī)組在2017年全面實(shí)現(xiàn)超低排放，其中NOx的排放指標(biāo)為50mg/m3。目前，我國火電廠采用的NOx控制技術(shù)主要包括低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)主要是通過調(diào)整爐膛空間燃料量和空氣量的分配比例，進(jìn)而改變爐腔內(nèi)的燃燒狀況來抑制NOx的生成，包括低氮燃燒器、空氣分級燃燒、低過量空氣系數(shù)和煙氣再循環(huán)等。煙氣脫硝技術(shù)主要包括SCR、SNCR、SCR/ SNCR聯(lián)合技術(shù)三類［3－6］面對政府對火電企業(yè)超低排放中NOx排放的要求，結(jié)合環(huán)保部發(fā)布的《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》的指示［5］，低氮燃燒技術(shù)應(yīng)作為燃煤電廠NOx控制的首選技術(shù)，當(dāng)NOx排放濃度仍不達(dá)標(biāo)或不滿足總量控制要求時(shí)，則應(yīng)增加煙氣脫硝技術(shù)。

循環(huán)流化床機(jī)組由于運(yùn)行床溫低的優(yōu)勢，本身就是一種低氮燃燒技術(shù)，結(jié)合在旋風(fēng)分離器入口布置的SNCR脫硝技術(shù)，完全能夠滿足GB 13223－2011中的排放標(biāo)準(zhǔn)［8］，但是由于SNCR脫硝技術(shù)的限值，脫硝效率僅僅為40%左右，很難實(shí)現(xiàn)NOx的超低排放。SCR脫硝技術(shù)由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，脫確效率高(高于80%)且技術(shù)最成熟成為國內(nèi)燃煤電站應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫銷技術(shù)?；诖爽F(xiàn)狀，山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司最終確定CFB+ SNCR+SCR的NOx超低排放方式。

1 省煤器溫度計(jì)算模型

基于改造項(xiàng)目空間的限值及低負(fù)荷運(yùn)行下SCR脫硝溫度的要求，需結(jié)合實(shí)際情況確定SCR的布置位置及新增SCR脫硝設(shè)備對機(jī)組系統(tǒng)的影響。通過建立省煤器溫度計(jì)算模型，來確定SCR系統(tǒng)的布置位置及省煤器割取方案，同時(shí)通過省煤器溫度計(jì)算模型可以確定新增省煤器的面積及管路布置情況，在保證NOx超低排放的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

圖1為省煤器煙氣側(cè)及工質(zhì)側(cè)溫度計(jì)算流程，首先確定機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷，在已知煙氣流量、模型煙氣側(cè)進(jìn)口參數(shù)及排煙溫度的要求前提下，假定工質(zhì)側(cè)給水出口溫度，以煙氣側(cè)的放熱量及工質(zhì)側(cè)的吸熱量為比較條件，通過管路布置情況計(jì)算的傳熱系數(shù)及溫度參數(shù)計(jì)算的傳熱溫差最終確定新增管路換熱面積及管路布置情況。

圖1 省煤器溫度計(jì)算模型

2 改造方案

鍋爐省煤器由兩級組成，省煤器布置在后煙井內(nèi)低溫再熱器之下，采用蛇形光管分二級布置，二級省煤器在上，一級省煤器在下。一級省煤器布置在后煙井包覆墻下方的框架內(nèi)，分4組水平順列布置。一級省煤器改造前不同負(fù)荷下的溫度分布見表1。

表1 改造前不同負(fù)荷下省煤器溫度分布情況℃

在現(xiàn)有SNCR脫硝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合排放指標(biāo)的要求及聯(lián)合脫硝效率，需在尾部煙道省煤器位置布置2層SCR脫硝層。結(jié)合SCR脫硝最佳反應(yīng)溫度區(qū)間(300～420℃)從一級省煤器溫度分布情況可知，催化劑層可布置在第二組中間至第三組出口的位置能滿足反應(yīng)溫度的要求。結(jié)合現(xiàn)場省煤器部位空間的要求，第三組與第四組之間原有1350mm的檢修空間，最終確定在一級省煤器第三組出口布置催化劑層。第三組一級省煤器不動，通過割去第三組一級省煤器的一個(gè)換熱回程為催化劑層留取空間，最終為催化劑層騰出1667mm的安裝空間。

同時(shí)出于滿足給水溫度的要求及降低排煙溫度的考慮，以給水溫度作為限定條件帶入省煤器溫度計(jì)算模型，最終確定新增省煤器的面積及管路布置情況，即在第四組省煤器出口新增3個(gè)換熱回程的省煤器管路。

3 改造后對設(shè)備產(chǎn)生的影響

3.1 省煤器改造后省煤器區(qū)域溫度分布

通過省煤器溫度計(jì)算模型，結(jié)合現(xiàn)場布置空間，確定新增管組為2套3個(gè)回程方式，橫向排數(shù)156排，橫向節(jié)距96.7mm，管子規(guī)格48×5，材質(zhì)SA－210C。經(jīng)過計(jì)算新增換熱面積2100m2。

不同負(fù)荷下煙氣側(cè)、工質(zhì)側(cè)的溫度變化情況見圖3。從圖3可知，低負(fù)荷下省煤器出口煙氣溫度較改造前降低18.3℃，滿負(fù)荷下降低16.6℃;低負(fù)荷下給水溫度較改造前提高5.9℃，滿負(fù)荷下提高4.8℃。同時(shí)比較模型輸出與實(shí)際運(yùn)行值，從圖中可以看出，值域范圍趨勢一致，驗(yàn)證了改造前通過模型計(jì)算換熱面積的正確性。

圖2 改造前后溫度變化情況

3.2 省煤器改造后省煤器區(qū)域阻力分布情況

結(jié)合新增省煤器管路布置情況及省煤器處溫度分布計(jì)算［9］，阻力計(jì)算式見(1)～(3):

式中:ν為煙氣流速，m/s;ρ為煙氣密度，kg/m3;z為管排數(shù);d為管路當(dāng)量直徑，m;μ為煙氣動力粘度，m2/s。

低負(fù)荷到滿負(fù)荷下的新增管路阻力為220.1～509Pa，結(jié)合SCR催化劑層阻力為200Pa左右，系統(tǒng)改造后阻力增加420～710Pa左右。

3.3 省煤器改造對給水溫度的影響

為滿足SCR脫硝的要求，通過省煤器擴(kuò)容改造后，50%負(fù)荷下省煤器出口給水溫度由255℃升高到260.9℃，100%負(fù)荷下由278℃升高到282.8℃。省煤器出口水溫升高，將造成水冷壁的產(chǎn)氣量增加，在煙氣量、換熱量不變而蒸汽流量增加的情況下，過熱器出口汽溫將下降，從而導(dǎo)致減溫噴水量減少以維持額定汽溫［10－11］。

通過對本次改造后省煤器出口給水溫度升高對過熱氣溫的影響分析發(fā)現(xiàn)，爐膛出口煙氣溫度升高了15.24℃，造成爐膛對爐膛下部受熱面的輻射熱量及對流換熱量均增大，從而造成爐膛上部的屏式過熱器吸熱量增大而出現(xiàn)管壁金屬超溫。因此，不得不降低爐膛的燃燒率以避免屏式過熱器金屬超溫，但是也同時(shí)造成屏后以對流為主的過熱器受熱面吸熱量減少，使過熱器出口蒸汽溫度達(dá)不到額定值，為維持過熱器出口氣溫不降低，從而導(dǎo)致減溫噴水量減少，減少量為水冷壁的產(chǎn)氣量的增加量，從運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，減溫水量降低7～10t/h。

3.4 省煤器改造對鍋爐效率的影響

依據(jù)《循環(huán)流化床鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》(DL/ T 964－2005)進(jìn)行性能計(jì)算［12］，新增2100m2的換熱面積導(dǎo)致排煙溫度由改造前的117℃～144℃降低到改造后的104℃～136℃，各個(gè)負(fù)荷下的鍋爐效率見圖3，爐效全負(fù)荷平均增加0.525%。

圖3 省煤器改造對爐效的影響

4 結(jié)語

循環(huán)流化床機(jī)組為了滿足超低排放脫硝要求，在原有SNCR脫硝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上在尾部煙道新增SCR脫硝系統(tǒng)。經(jīng)過技術(shù)論證，最終確定在一級省煤器第三組和第四組之間裝設(shè)2層催化劑層的方案是可行的。

(1)2層催化劑層的空間需求是1600mm，通過割去第四組省煤器一個(gè)換熱回程及原有檢修空間，最終為催化劑層騰出1667mm的安裝空間;

(2)為滿足節(jié)能要求，通過省煤器溫度計(jì)算模型，結(jié)合現(xiàn)場布置空間，確定新增管組為2管3回程形式，新增換熱面積2100m2。

(3)通過比對模型數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，省煤器溫度分布模型及阻力計(jì)算模型符合改造要求。

(4)改造后省煤器出口煙氣溫度低負(fù)荷降低18.3℃，滿負(fù)荷降低16.6℃;低負(fù)荷下給水溫度提高5.9℃，滿負(fù)荷提高4.8℃;低負(fù)荷下改造部分阻力增加420Pa，滿負(fù)荷下阻力增加710Pa。

(5)改造造成給水溫度變大，導(dǎo)致減溫水量降低7～10t/h。改造后排煙溫度平均降低10.5℃，經(jīng)過比對改造前后鍋爐性能試驗(yàn)，鍋爐效率平均提高0.525%。

［1］山西省人民政府.關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見［EB/OL］.http://www.shanxigov.cn/n16/n1203/n1866/ n5130/n31265/18255153.html.2014－09－01.

［2］國家發(fā)展和改革委員會.關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014－2020年)》的通知［EB/OL］.http://www.sdpc.gov.cn/gzdt/201409/t20140919_626240.html.2014－09－12.

［3］周國.燃煤電站鍋爐中的低NOx燃燒技術(shù)［J］.節(jié)能技術(shù)，2005 (1):44－46.

［4］蔡小峰，李曉蕓.SNCR－SCR煙氣脫硝技術(shù)及其應(yīng)用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2008，24(3):26－29.

［5］吳學(xué)智，聶會建，鞠付棟，等.SCR脫硝系統(tǒng)不均勻噴氨方案的數(shù)值模擬研究［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(5):26－29.

［6］李寶義，趙振寧.低NOx燃燒技術(shù)在電廠中的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2006(11):21－23.

［7］國家環(huán)境保護(hù)部.火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策.［EB/OL］.http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201002/tz0100201185219.htm，2010－01－27.

［8］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［9］李琳.電站鍋爐省煤器的改造設(shè)計(jì)［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2006.

［10］閻維平.電站鍋爐省煤器設(shè)計(jì)與改造對過熱汽溫的影響［J］.鍋爐制造，2001(1):35－36.

［11］鄒鵬，熊志波，韓奎華.釩鈦SCR脫硝催化劑低溫研究進(jìn)展［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(5):5－9.

［12］DL/T 964－2005，循環(huán)流化床鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程［S］.

Application of economizer hierarchical arrangement in SCR of Circulating Fluidized Bed boiler

Based on the questions of there is no enough space for SCR in circulating fluidized bed boiler，combined with the actual of the difficulty of reconstruction and request of energy saving，it takes the method of economizer hierarchical arrangement and analysis the impact of the system.After reformation the results satisfies the temperature reflex of SCR in low load，improves the boiler efficiency.It provides a good direction for gentrification and energy－saving alteration of the same level of unit.

circulating fluidized bed boiler;economizer;hierarchical arrangement;SCR

X701.7

B

1674－8069(2016)05－029－03

2016-04-16;

2016-05-27

景博(1989-)，男，碩士，助理工程師，主要從事循環(huán)流化床機(jī)組節(jié)能方面的研究工作。E－mail:823104232@qq.com

山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(MD2014－03)