火電廠并網(wǎng)脫硝和低負(fù)荷脫硝的技術(shù)現(xiàn)狀

李文成，譚增強(qiáng)，蒙 毅，趙 越

（1.江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西 豐城 331104；2.西安西熱鍋爐環(huán)保工程有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

碳達(dá)峰、碳中和的“3060雙碳目標(biāo)”及氣候峰會(huì)的階段性目標(biāo)表明，風(fēng)電、光伏等清潔能源將會(huì)加速發(fā)展；但風(fēng)電與光伏具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性特點(diǎn)，大規(guī)模并網(wǎng)產(chǎn)生的功率及頻率波動(dòng)將會(huì)超出傳統(tǒng)電源的調(diào)節(jié)能力。江西電網(wǎng)位于華中腹地，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力負(fù)荷峰谷差大、變化快速，煤電電源占比60%左右，燃煤機(jī)組承擔(dān)著重要的任務(wù)，然而燃煤機(jī)組的深度調(diào)峰能力和頻率調(diào)節(jié)能力相對(duì)水電和燃?xì)怆姀S較弱，因此江西電網(wǎng)整體調(diào)峰和調(diào)頻能力有限?，F(xiàn)役裝機(jī)容量巨大的燃煤機(jī)組調(diào)峰能力若能大幅度提升，將會(huì)進(jìn)一步助力風(fēng)光類新能源的發(fā)展，成為江西電網(wǎng)的“壓艙石”。

在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，脫硝SCR催化劑長(zhǎng)時(shí)間在最低噴氨溫度以下運(yùn)行時(shí)，脫硝反應(yīng)逃逸的氨會(huì)與SO3反應(yīng)生成硫酸氨和硫酸氫氨[1，2]。隨著國(guó)家對(duì)火電機(jī)組大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，需要在保證機(jī)組安全和脫硝催化劑使用壽命的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)前脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行，NOx排放滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）及地方環(huán)保排放要求[3]。

1 機(jī)組并網(wǎng)前投運(yùn)SCR脫硝的技術(shù)路線

1.1 確定最低連續(xù)噴氨溫度（MOT）

可通過(guò)脫硝催化劑性能試驗(yàn)，確定不同硫份煤種對(duì)應(yīng)的催化劑MOT和該溫度下允許運(yùn)行時(shí)間。催化劑在煙溫為305℃（對(duì)應(yīng)約300 MW負(fù)荷）條件下可安全穩(wěn)定運(yùn)行，催化劑在煙溫為280℃條件下運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致活性緩慢下降。在運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)3.0 h的條件下，可以通過(guò)升高機(jī)組負(fù)荷的方式使得催化劑性能恢復(fù)[4]。

1.2 優(yōu)化啟動(dòng)配煤

應(yīng)在機(jī)組啟動(dòng)期間優(yōu)化配煤，如采用高揮發(fā)分煤、低硫煤，以降低NOx生成量和最低噴氨溫度。

1.3 提高鍋爐水側(cè)溫度

1）在鍋爐上水時(shí)投入輔汽加熱除氧器，提高除氧器出口水溫至最高允許溫度，避免鍋爐本體尤其是省煤器區(qū)域在啟動(dòng)初期出現(xiàn)溫降。

2）汽輪機(jī)暖機(jī)過(guò)程中及時(shí)投入其它高加，利用沖轉(zhuǎn)乏汽的汽化潛熱加熱給水，防止省煤器出現(xiàn)較大的煙氣溫降，提高爐內(nèi)溫度，有利燃燒；增大沖轉(zhuǎn)進(jìn)汽量以縮短暖機(jī)時(shí)間。

3）在鍋爐點(diǎn)火后，爐水因通過(guò)BCP泵在水冷壁中循環(huán)吸收熱量而提高溫度，并與少量鍋爐補(bǔ)水混合，從而有效提高了省煤器入口給水溫度，使得煙溫得到提升[5]。

1.4 提高鍋爐煙溫

通過(guò)配風(fēng)、配煤、提升火焰中心位置等方法提高爐膛出口煙溫，從而提高脫硝入口煙溫。在汽輪機(jī)暖機(jī)過(guò)程中，可通過(guò)增大汽機(jī)高旁開度，適當(dāng)增加燃料量，提高低溫再熱器入口溫度，調(diào)整煙氣再循環(huán)流量，調(diào)整再熱煙道擋板，增大尾部煙道低再區(qū)域的通煙量，有效提高脫硝入口煙溫[6]。

1.5 提高鍋爐蒸汽側(cè)溫度

在啟動(dòng)階段，提高蒸汽溫度可抑制蒸汽管道對(duì)煙氣的冷卻，使煙溫維持在較高水平。

1）開大啟動(dòng)階段的高旁開度，提高再熱器入口蒸汽溫度，以提高煙溫。

2）延長(zhǎng)3 000 rpm暖機(jī)時(shí)間提高再熱蒸汽溫度，遏制煙溫下降。適當(dāng)降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)以增加沖轉(zhuǎn)蒸汽流量，提高暖機(jī)效果，加快后期主、再熱蒸汽溫度的提升；防止因再熱蒸汽量增大而導(dǎo)致煙溫降低。

2 機(jī)組深度調(diào)峰投運(yùn)SCR脫硝的技術(shù)路線

2.1 煙氣側(cè)調(diào)溫旁路

煙氣旁路主要是在冷態(tài)啟動(dòng)初期以及低負(fù)荷工況下運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)主煙道調(diào)節(jié)擋板開度，來(lái)適當(dāng)調(diào)節(jié)主煙道的阻力，并通過(guò)旁路煙道的調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)旁路中的煙氣流量，從而控制混合后的煙溫，高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)關(guān)閉擋板即可。抽取旁路煙氣的位置有多種選擇，如省煤器入口、低溫過(guò)熱器入口和更高參數(shù)的上游煙氣。旁路煙氣的抽氣位置越靠前則旁路的煙溫會(huì)越高，煙氣旁路對(duì)SCR入口的煙溫調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，同時(shí)影響的爐內(nèi)受熱面就越多。煙氣側(cè)調(diào)溫旁路會(huì)帶來(lái)的問(wèn)題是SCR入口煙溫分布偏差較大[7]。

2.2 省煤器水側(cè)旁路

省煤器水側(cè)旁路方案是在省煤器進(jìn)口集箱前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至省煤器吊掛管出口，水冷壁下集箱前，減少給水在省煤器中的吸熱量，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。

采用省煤器水旁路方案時(shí)，需考慮以下幾個(gè)不利影響：1）減少了省煤器給水流量，工質(zhì)沒(méi)有足夠的過(guò)冷度，省煤器運(yùn)行過(guò)程可能出現(xiàn)汽蝕，影響省煤器安全運(yùn)行；2）省煤器換熱量減少，排煙溫度升高，降低了鍋爐效率；3）由于省煤器換熱的熱阻主要在煙氣側(cè)，水側(cè)流量的變化對(duì)換熱系數(shù)影響很小，可以調(diào)節(jié)的煙溫范圍有限。對(duì)于SCR入口煙溫提升幅度較?。?0℃以內(nèi)）的機(jī)組可采用本方案，而對(duì)于煙溫提升幅度較大的機(jī)組則不適用[8]。

2.3 省煤器分級(jí)布置

將原省煤器下游部分拆除，在SCR后增設(shè)一定面積的省煤器換熱面；給水引至位于SCR反應(yīng)器后的省煤器，然后引至位于SCR反應(yīng)器前的省煤器中。通過(guò)減少SCR反應(yīng)器前的省煤器吸熱量，提高SCR入口煙溫。

省煤器分級(jí)布置[9]的主要缺點(diǎn)是：

1）此方案的改造難度大，工期長(zhǎng)，投資成本相對(duì)較高，不適合老機(jī)組改造；

2）脫硝催化劑運(yùn)行溫度整體提高，脫硝催化劑存在的高溫?zé)Y(jié)風(fēng)險(xiǎn)上升；

3）SCR裝置后需要新增部分省煤器，這就需要對(duì)原有的鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)進(jìn)行校核，如果不能滿足要求，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)進(jìn)行加固。

2.4 增設(shè)0號(hào)高加

在回?zé)嵯到y(tǒng)1號(hào)高加后增設(shè)1臺(tái)0號(hào)高加，通過(guò)補(bǔ)汽閥接口從汽輪機(jī)中倒抽汽，從而提高進(jìn)入省煤器的給水溫度，該方案優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷下可明顯提高進(jìn)入省煤器的給水溫度，從而提高煙氣溫度，但對(duì)機(jī)組運(yùn)行也存在如下影響[10]：

1）受限于高加設(shè)備加工制造的限制，需要對(duì)補(bǔ)汽閥出口蒸汽減溫、減壓后進(jìn)入0號(hào)高加，節(jié)流損失降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；

2）該方案投資較大，對(duì)運(yùn)行控制水平要求較高。

2.5 回?zé)岢槠a(bǔ)充給水

抽汽引入一高加，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)投運(yùn)該路抽汽，利用主蒸汽引射壓力回?zé)岢槠?，其混合蒸汽進(jìn)入輔助加熱器，加熱給水以提高給水溫度。最大可使機(jī)組煤耗率下降1 g/（kW·h），可提高SCR裝置進(jìn)口煙溫。

2.6 省煤器熱水再循環(huán)

基于省煤器給水旁路系統(tǒng)，加裝省煤器熱水再循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)一步減少省煤器吸熱量以提高脫硝裝置入口煙溫。優(yōu)點(diǎn)：1）改造所需空間小，現(xiàn)場(chǎng)施工量較小；2）改造工期短，投資費(fèi)用較低；3）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)SCR入口煙溫；4）當(dāng)鍋爐在高負(fù)荷下SCR入口煙溫滿足要求時(shí)，可關(guān)閉此系統(tǒng)，維持鍋爐的整體效率不變。缺點(diǎn)：在低負(fù)荷下鍋爐效率有所降低。

3 結(jié)語(yǔ)

SCR脫硝裝置的上游布置有多級(jí)對(duì)流受熱面和輻射受熱面，包括低溫過(guò)熱器、省煤器等。從煙氣換熱的具體過(guò)程考慮，如果設(shè)法減少煙氣通過(guò)這些受熱面時(shí)的換熱量，那么最終進(jìn)入SCR脫硝裝置的煙溫必然提高。從煙氣和工質(zhì)的整個(gè)換熱過(guò)程來(lái)分析，要減少換熱量，有三個(gè)途徑：一是減少受熱面的面積；二是通過(guò)改變換熱面的物理特性來(lái)削弱換熱；三是減少參與換熱的工質(zhì)或煙氣量。

機(jī)組并網(wǎng)前投運(yùn)脫硝系統(tǒng)技術(shù)路線以改變鍋爐尾部受熱面熱量分配、提高脫硝裝置入口煙溫為原則，結(jié)合機(jī)組工藝特性，全面分析啟動(dòng)過(guò)程，優(yōu)化運(yùn)行操作。

機(jī)組深度調(diào)峰投運(yùn)脫硝系統(tǒng)技術(shù)路線以改變鍋爐尾部受熱面熱量分配、提高脫硝裝置入口煙溫為原則，結(jié)合機(jī)組工藝特性，全面分析深度調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程，在優(yōu)化運(yùn)行操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行輔助改造，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰狀態(tài)下投運(yùn)脫硝系統(tǒng)。