解決SCR煙溫偏高問題的H型鰭片省煤器的應用

李曉暉

（臺州發電廠，浙江臺州318016）

解決SCR煙溫偏高問題的H型鰭片省煤器的應用

李曉暉

（臺州發電廠，浙江臺州318016）

某300MW機組進行低NOX燃燒器和汽輪機擴容改造（330MW）后，SCR煙溫超過了400℃的安全限值，利用H型鰭片管省煤器代替原有的光管省煤器，在330 MW工況下，SCR最高煙溫降低到了386.6℃的安全溫度，同時也降低了排煙溫度，使發電標煤耗降低約1.16 g/kWh。

省煤器；H型鰭片管；SCR煙溫；排煙溫度

隨著我國電力工業的迅速發展，火電裝機容量逐年增長，大氣污染也日漸突出，NOX是繼SO2之后燃煤電站環保治理的重點對象，其主要控制手段是低NOX燃燒器改造和加裝SCR脫硝系統[1]。由于低NOX燃燒器改造是將燃燒區域分成主燃區和再燃區，使爐膛火焰中心上移，從而導致爐膛出口煙溫以及后續受熱面煙溫升高[2，3]。SCR（選擇性催化還原）反應器進口煙溫是SCR系統運行的重要參數之一，其最佳反應溫度在340~380℃[4，5]之間，若SCR進口煙溫過高，將會嚴重影響催化劑的正常運行，甚至導致催化劑的中毒，從而大大降低脫硝效率[6，7]。

針對1臺存在SCR煙溫偏高問題的前后墻燃燒300MW機組鍋爐，優化省煤器受熱面布置，以降低SCR反應器的進口煙溫，為SCR運行提供最佳的運行溫度，使得鍋爐在大部分運行工況下均能夠滿足SCR催化劑高效安全運行的需求。

1 鍋爐概況

300 MW機組的鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產的1 025 t/h亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐，正壓直吹MPS型中速磨系統，前后墻對沖燃燒方式。

鍋爐總體采用倒“U”型露天布置，系單爐膛、平衡通風、固態排渣全懸吊結構，尾部分煙道倒L型布置。換熱面布置如圖1所示，尾部豎井由隔墻分成前后2個通道，前部布置水平低溫再熱器，后部為一級過熱器和省煤器，通過分煙道底部的煙氣擋板，調節再熱蒸汽出口溫度。

為了增加機組出力和降低NOX排放，對汽輪機進行了擴容改造使機組銘牌出力達到了330 MW，并進行了空氣分級低NOX燃燒和SCR脫硝改造。SCR反應器位于省煤器和空預器之間。

圖1 鍋爐換熱面布置示意

增容改造前后鍋爐的熱力參數見表1（未考慮脫硝工況）。根據熱力計算結果，在原始設計條件下，額定負荷時，空預器進口煙溫已達到了402℃（實際運行時最高在390℃左右），增容改造后空預器進口煙溫達到了408℃。同時，低NOX燃燒改造也會使得尾部煙溫有一定程度的升高。

因此系列改造實施后，SCR實際運行煙溫（脫硝改造前的空預器進口煙溫）經常超過400℃，超過了SCR催化劑的上限，給SCR脫硝系統的安全、經濟運行帶來不利影響，同時增加了鍋爐排煙損失。

表1 機組增容前后鍋爐尾部受熱面煙溫

2 改造方案分析與設計

2.1 改造方案的可行性分析

省煤器屬于氣液換熱，影響省煤器換熱效率的主要因素是煙氣側換熱系數k和換熱面積F。因此，可以通過提高k或F來增加煙氣側放熱量Q，實現省煤器出口煙溫的降低，同時省煤器出口水溫也會有所提高。針對既有設備，單純提高換熱系數有較大的難度，一般考慮采用增加換熱面積來增加換熱量。

增加省煤器面積可以有增加管排數或采用擴展受熱面2種方式。根據熱力計算，如果采用增加省煤器管排數來降低煙溫，將SCR進口煙溫下降20℃，則需要增加近60%的原省煤器面積，由于場地布置空間限制，增加60%省煤器面積不具有可實施性，因此只有選用擴展換熱面。

擴展換熱面的形式常用的一般有螺旋肋片管和H型鰭片管。在省煤器位置的煙氣屬于高塵煙氣，一般來說H型鰭片管更適合作為該位置的擴展受熱面[8]。H型鰭片管是在矩形鰭片的基礎上發展而來，其強化傳熱以及不易積灰的特性正逐步受重視，在換熱設備中具有廣泛的應用前景[9-11]。

光管與H型鰭片管的換熱性能比較如表2所示，在運行狀況不變時（相同換熱量），H型鰭片管的總管排數（125 mm×5.7 mm）也明顯小于光管省煤器（125mm×16.6mm）。在相同布置空間中，假設采用相同的管節距，則H型鰭片管可實現約2.9倍的換熱量，而實現20℃的煙溫降幅需要增加約60%的換熱量，因此，采用H型鰭片管省煤器，完全可以替代原省煤器的作用，且具有足夠的布置空間。

表2 光管與H型鰭片管換熱參數比較

2.2 省煤器改造設計

為了使SCR催化劑既能安全運行，又能處于高效運行溫度窗口，以在全負荷范圍內合理控制氨逃逸率，并具適當提升節能效果，SCR煙溫降幅的設計目標值是15℃。

根據熱力計算，SCR煙溫降低15℃，則省煤器出口煙溫下降約23℃，省煤器出口水溫升高約4℃，達到約277℃，對省煤器運行影響不大（飽和溫度363.2℃）。

在可行性分析的基礎上，針對省煤器的實際布置條件等多方面因素，進行了H型鰭片管省煤器的工程設計與改造，設計結構見圖2。

圖2 H型鰭片管省煤器結構設計

改造后省煤器接口與原省煤器一致，不改變給水管路，對給水系統無明顯影響。

增加省煤器面積使得省煤器重量增加，通過荷載校核，原支吊結構能夠滿足承重需求。

3 應用效果及效益分析

為了對比分析H型鰭片管省煤器的應用效果，省煤器改造前在330 MW負荷下進行了煙溫測試，SCR煙溫為400.2℃，改造后在相同煤種和負荷條件下，SCR煙溫下降到了386.6℃，下降了13.6℃，基本達到了預期目標。

由于H型鰭片管省煤器改造降低了SCR煙溫，即降低了空預器進口煙溫，從而也降低了排煙溫度。試驗表明，排煙溫度（修正到20℃）由改造前的132.3℃降低到改造后的123.3℃，修正排煙溫度降低了9.0℃，排煙熱損失下降了38%。僅計排煙溫度降低帶來的鍋爐效率提升可降低發電標煤耗約1.16 g/kWh。

省煤器的改造不僅提升了SCR運行的安全性，具有一定的環保效益，還具有顯著的經濟效益。通過約1年的運行實踐，H型鰭片管省煤器運行穩定，沒有出現積灰堵塞情況。

[1]王書肖，于超，郝吉明.電廠NOX控制政策與技術∶美國的經驗及對我國的啟示[J].環境工程學報，2011，5（6）∶1213-1220.

[2]田軍，唐亞平，楊立中.低NOX燃燒技術探討[J].能源研究與管理，2013（2）∶32-36.

[3]周俊虎，趙琛杰，許建華，等.電站鍋爐空氣分級低NOX燃燒技術的應用[J].中國電機工程學報，2010，30（23）∶19-23.

[4]周響球，楊晨.選擇性催化還原脫硝反應器數學模型及仿真[J].重慶大學學報（自然科學版），2007，30（6）∶39-43.

[5]SCHAUB G，UNRUH D，WANG J，et al.Kinetic analysis of selective catalytic NOXreduction（SCR）in a catalytic filter[J].Chemical Engineering and Processing，2003，42（5）∶365-371.

[6]曹志勇，秦逸軒，陳聰.SCR煙氣脫硝催化劑失活機理綜述[J].浙江電力，2010，29（12）∶35-37.

[7]李磊.SCR催化劑失活機理及壽命管理[J].全面腐蝕控制，2014（11）∶82-88.

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[9]何雁飛.H型鰭片管省煤器在熱電站煤粉鍋爐上的應用[J].鍋爐技術，2013，44（3）∶76-80.

[10]吳艷艷，孫奉仲，李飛，等.H型翅片管束空氣流動及換熱特性[J].山東大學學報（工學版），2014，44（6）∶90-94.

[11]牛天況，王振濱.H型鰭片管傳熱的分析和計算[J].鍋爐技術，2012，43（1）∶1-5.

（本文編輯：陸瑩）（本文編輯：陸瑩）

Application of H-type Finned Tube Econom izer for Flue Gas Temperature Decrease in SCR

LIXiaohui
（Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318016，China）

The flue gas temperature in SCR（Selective Catalytic Reduction）exceeds the safety threshold limit value of 400℃after low NOXburner and steam turbine capacity increase transformations（330 MW）of 300 MW units.The H-type finned tube economizer is used to replace the original plain tube economizer.In the operating condition of 330MW,the highest flue gas temperature in SCR decreases to the safety temperature of 386.6℃and in the meantime discharged flue gas temperature also decreases,which enables standard coal consumption rate for power generation to approximately decrease by 1.16 g/kWh.

economizer；H-type finned tube；flue gas temperature in SCR；discharged flue gas temperature

TK223.3+3

B

1007-1881（2016）01-0050-03

2015-07-17

李曉暉（1978），男，工程師，主要從事發電廠生產技術管理工作。