脫硝工程原理及鍋爐本體改造設計

梁鵬（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢，643000）

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脫硝工程原理及鍋爐本體改造設計

梁鵬
（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢，643000）

摘 要：為了降低煙氣中氮氧化物的含量，基于武漢鍋爐股份有限公司某WGZ410t/h煤粉爐脫硝改造工程為例，對鍋爐脫硝工程改造的原理及本體設計進行了分析，提出了省煤器優化結構，以配合低氮燃燒。技術改造工程得到較好結果，為類似改造工程設計提供了參考。

關鍵詞：脫硝；傳熱計算；低氮燃燒；H型鰭片管，省煤器

引言

選擇性催化還原系統（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）是指在催化劑的作用下，有選擇性的與煙氣中的NOX（氮氧化物）反應，將鍋爐煙氣中的氮氧化物還原成氮氣和水。SCR催化劑最佳的活性范圍在380～420℃。SCR煙氣脫硝技術最高可達到90%以上的脫硝效率［1，2］。

1 工作原理

SCR技術原理為：在催化劑（V2O5）作用下，向溫度約380～420℃的煙氣中噴入氨，將NOX還原成N2和H2O，其反應原理如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；6NO+4NH3→5N2+6H2O；6NO2+8NH3→7NO2+12H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。經過一系列化學反應，形成了氮氣和水。

2 鍋爐本體改造的設計

為配合低氮燃燒和SCR脫硝改造，對鍋爐尾部受熱面進行改造，以滿足S C R入口煙溫380±5℃（SCR催化劑最佳活性溫度）的要求。在SCR煙道的底部布置一級省煤器，受限于SCR煙道空間結構，一級省煤器采用H型鰭片管代替原光管省煤器；同時減少二級省煤器受熱面的縱向排數，通過減少二級省煤器受熱面達到提高SCR入口煙溫的目的。

2.1 資料分析

本例為山東茌平某鋁業自備電廠的鍋爐脫硝工程改造。該鍋爐為武漢鍋爐股份有限公司生產的WGZ410/9.8－20型高溫、高壓、自然循環單鍋筒、固態排渣、四角噴燃、Π型布置、全鋼架懸吊結構鍋爐。額定蒸發量410T/h；過熱蒸汽壓力9.8MPa；過熱蒸汽溫度540℃；給水溫度215℃；冷風溫度0℃；熱風溫度44.8℃。根據業主提供的煤質、運行記錄、熱力計算、圖紙及改造要求［3］。對尾部受熱面進行局部傳熱核算。同時考慮低氮燃燒以及脫硝改造后的煙氣量、煙溫變化，需要滿足《中國電站鍋爐技術標準規范匯編（第二卷）：鍋爐設計標準》中對煙溫、煙氣阻力以及煙氣流速的設計要求［4］。改造后盡量保證鍋爐整體性能，二級省煤器入口煙溫按590.4℃進行設計。

煙氣特性整理如下：煙氣量5 1.7×1 0 4 Nm3/h；屏過出口煙溫943.9℃，高過冷段出口煙溫743.1℃，低過進口煙溫634.4℃；二級省煤器進口煙溫（轉向室） 590.4℃，二級省煤器出口煙溫452.7℃；上級空預器出口煙溫344.8℃；下級省煤器出口煙溫284.8℃；排煙溫度137℃。

2.2 省煤器幾何尺寸表

二級省煤器改造前橫向節距150mm，縱向節距60mm，橫向排數39.5，縱向排數32，受熱面積1185.6m2；改造后橫向節距150mm，縱向節距60mm，橫向排數39.5，縱向排數16，受熱面積593m2。一級省煤器改造前橫向節距140mm，縱向節距60mm，橫向排數33，縱向排數48，受熱面積1555.8m2；改造后橫向節距90mm，縱向節距87mm，橫向排數50，縱向排數20，受熱面積2880m2。

綜上所述：二級省煤器橫向排數不變，沿煙氣流程方向縱向排數減少一半（16排），受熱面積減少一半至593m2。一級省煤器由光管錯列布置改為H型鰭片管順列布置，受熱面積增加1324m2至2880m2。

2.3 傳熱計算

由于電廠使用的煤種與原校核煤種很接近。本次改造基于原校核煤種，利用熱力計算軟件（蘇標73）對省煤器進行100%BRL工況下熱力核算，數據匯總如表1所示。

表1 基于原校核煤種省煤器100%BRL工況下熱力核算

接表1

綜合分析：空預器整體吸熱量增加，熱風溫度提升15～25℃；排煙溫度原設計137℃，改造后因一級省煤器受熱面積的增加（約1324 m2）保證了排煙溫度基本不變。二級省煤器出口煙溫升高49℃，相應的二級空預器出口煙溫升高34℃，保證了SCR脫硝裝置的入口煙溫在375～380℃之間。酸露點、汽水阻力及煙風阻力的計算限于篇幅，本文略。末級空預器通過增加管徑來防止堵灰，管壁內搪瓷來防止煙氣低溫腐蝕。通過在空預器入口段加裝防磨套管來增加防磨性能。

2.4 H型鰭片管一級省煤器布置

圖1 改造后結構圖

一級省煤器采用順列逆流布置方式，橫向節距90mm，縱向節距87mm，橫向排數50，縱向排數24；基管受熱面積1008m2，全面積5028 m2。改造后布置如圖1所示。

3 性能保證

鍋爐改造后鍋爐性能得到保證［5］，具體指標如下：

（1）鍋爐效率不降低；

（2）SCR入口煙氣溫度380±5℃；

（3）排煙溫度不升高；

（4）鍋爐尾部系統阻力增加不超過200Pa。

進入除塵器的煙氣中的氮氧化物含量大幅度降低，技術性能得到滿足。

4 結束語

該鍋爐經脫硝改造后，在實際投入運行中，鍋爐性能得到保證，脫硝效率顯著提高，電廠反映良好。本設計方案具有一定的參考性、可行性和實用性。

參考文獻

［1］ 《鍋爐機組熱力計算標準方法》［蘇］，1973.

［2］ 《JB/Z 201-83 電站鍋爐水動力計算方法》 上海發電設備成套設備設計研究所編.

［3］ 《鍋爐原理及計算》 清華大學電力工程系鍋爐教研組編 科學出版社，1979：1.

［4］ 《鍋爐設備空氣動力計算（標準方法）》 ［蘇］C.H.莫強 主編電力工業出版社，第三版.

［5］ 《實用鍋爐設計手冊》 林宗虎，徐通模主編.化學工業出版社，第二版.

Denitration Engineering Principle and Designing on Boiler Body

Peng Liang
（Sichuan CRUN Power Equipment Co.，LTD.， Zigong， Sichuan， 643000， China）

Abstract：In order to reduce the content of nitrogen oxide in flue gas， based on the denitration modification project which is the WGZ410 t/h pulverized coal furnace by the WuHan Boiler co.， LTD，as an example.It provided analysis of the designing and practicability to boiler's modification with the denitration project.It supplyed a conclusion for optimal setting economizer which was cooperated the low nitrogen combustion.This paper has provided the reference designing for similar modification project.

Key words：Denitration； Heat-transfer Calculation； Low-nitrogen Combustion； H-type finned Tube； Economizer

中圖分類號：TK223.3

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-305-04

DOI：工業技術創新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.048

作者簡介：

梁鵬（1981-），男，工程師，就職于四川川潤動力設備有限公司，任職崗位設計員，主要從事電站鍋爐本體設計、300MW、600MW鍋爐機組節能減排改造設計及135MW鍋爐機組脫硝工程改造設計。

E-mail： iangpeng55555@163.com