淺談650MW超臨界機(jī)組全負(fù)荷脫硝技術(shù)的應(yīng)用

申磊

摘 要：隨著社會(huì)發(fā)展，工業(yè)排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響日趨嚴(yán)重，隨著電廠逐步超低排放改造，污染物排放水平大幅降低，為環(huán)保事業(yè)做出了較大貢獻(xiàn)，尤其是脫硝技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了NOX排放量。但目前脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中存在一些問(wèn)題，脫硝催化劑運(yùn)行溫度直接影響脫硝效果，鍋爐低煙溫運(yùn)行階段被迫退出運(yùn)行，不能滿足全負(fù)荷段環(huán)保排放要求，全負(fù)荷脫硝技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。2016—2017年華潤(rùn)電力（常熟）有限公司3臺(tái)機(jī)組均進(jìn)行了省煤器煙氣旁路改造，配合運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，在實(shí)際使用中，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組全負(fù)荷脫硝。

關(guān)鍵詞：超低排放 催化劑運(yùn)行溫度 省煤器煙氣旁路 全負(fù)荷脫硝

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0114-02

保證燃煤鍋爐全時(shí)段、全負(fù)荷的氮氧化物達(dá)標(biāo)排是火電廠電靈活性改造的主要組成部分，目前電站鍋爐的脫硝裝置多選用選擇性催化還原類，采用的催化劑通常工作溫度范圍在300℃～400℃之間[1]。超過(guò)溫度范圍催化劑將不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，由于催化劑效率低，導(dǎo)致NH3逃逸率高，生產(chǎn)硫酸氫氨，導(dǎo)致空預(yù)器甚至催化劑堵塞。公司自2015—2017年相繼對(duì)3臺(tái)650MW機(jī)組進(jìn)行省煤器煙氣旁路改造，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全負(fù)荷段脫硝，降低NOX排放。

1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行要求

脫硝入口煙氣溫度控制目的主要是為了防止氨鹽沉積、防止催化劑燒損失效、保證催化劑活性、減少NH3的逃逸等。

脫硝反應(yīng)器入口煙溫低時(shí)，NH3與SO3在相對(duì)低溫下形成粘性雜質(zhì)氨鹽覆蓋催化劑表面導(dǎo)致其失效。同時(shí)NH3的逃逸會(huì)在空氣預(yù)熱器處與SO3形成硫酸氫氨，硫酸氫氨在不同的溫度下分別呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀。氣態(tài)或顆粒狀硫酸氫氨會(huì)隨著煙氣流經(jīng)預(yù)熱器，不會(huì)對(duì)預(yù)熱器產(chǎn)生影響。但液態(tài)硫酸氫氨會(huì)與煙氣中的飛灰粒子相結(jié)合，附著于預(yù)熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，造成預(yù)熱器的腐蝕、堵灰等，進(jìn)而影響預(yù)熱器的換熱及機(jī)組的正常運(yùn)行[2]。

2 系統(tǒng)概述

本期工程再熱器系統(tǒng)全部采用對(duì)流受熱面，煙氣量的變化對(duì)于蒸汽溫度變化較敏感，因此尾部煙道采用調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)再熱器汽溫，原設(shè)計(jì)方案尾部煙道分為前煙道和后煙道，其中前煙道布置有低溫再熱器和省煤器，后煙道布置有低溫過(guò)熱器和省煤器。

考慮到尾部布置空間和受熱面布置形式，抽煙口選取在后煙道轉(zhuǎn)向室使得脫硝入口煙氣溫度提高，達(dá)到脫硝可以安全投運(yùn)。

系統(tǒng)主要流程為從后煙道轉(zhuǎn)向室處抽取高溫?zé)煔猓诿撓跞肟跓煹肋M(jìn)行混合，提高低負(fù)荷脫硝入口的煙氣溫度。旁路煙道上加裝膨脹節(jié)、關(guān)閉擋板、調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行煙氣流量的調(diào)節(jié)。

3 系統(tǒng)使用效果

鍋爐過(guò)、再熱煙氣擋板控制要求為：機(jī)組負(fù)荷在75%以上負(fù)荷情況下，按照累加值不小于120%開(kāi)度為限；小于75%額定負(fù)荷，按照累加值不得低于90%開(kāi)度為限，負(fù)荷低于50%額定負(fù)荷，按照累加值不得低于70%開(kāi)度為限。

按此控制原則，當(dāng)機(jī)組降低負(fù)荷時(shí)，出現(xiàn)SCR入口煙氣溫度低于315℃時(shí)，逐步投入省煤器煙氣旁路，使得部分煙氣旁路鍋爐尾部受熱面直接進(jìn)入SCR入口。當(dāng)旁路煙氣擋板全開(kāi)情況下，如果脫硝入口溫度仍未達(dá)到脫硝投入溫度，可關(guān)小過(guò)、再熱煙氣擋板，增大旁路煙氣量來(lái)提高脫硝入口煙溫。

該廠機(jī)組負(fù)荷調(diào)整范圍為300～650MW，日常脫硝系統(tǒng)滿足煙溫要求。在機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中，逐步關(guān)小再熱器和過(guò)熱器擋板總和，控制開(kāi)度總和70%～90%之間，在單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行情況下，SCR入口煙氣溫度滿足脫硝催化劑運(yùn)行需要。實(shí)際使用中，SCR入口煙氣溫度最低值達(dá)308.9℃，最高值351.3℃。此處注意事項(xiàng)如下：（1）隨著鍋爐燃燒率的變化，脫硝入口氧量的波動(dòng)，導(dǎo)致SCR入口NOX濃度值變化較大，不利于噴氨自動(dòng)調(diào)節(jié)，可采用手動(dòng)干預(yù)的方式進(jìn)行調(diào)整。（2）因鍋爐尾部布置的低再的蒸汽溫度低于低過(guò)的蒸汽溫度，節(jié)流鍋爐煙氣擋板的時(shí)候可采用再熱器小開(kāi)度，過(guò)熱器相對(duì)大開(kāi)度的方式，更加利于提高SCR入口煙溫。

機(jī)組整套啟動(dòng)過(guò)程中，該廠采用半側(cè)風(fēng)組啟動(dòng)方式，啟動(dòng)階段鍋爐風(fēng)量較小，且不存在引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)問(wèn)題，可節(jié)流鍋爐過(guò)熱器、再熱器煙氣擋板總和至50%～70%，此時(shí)開(kāi)啟省煤器煙氣旁路擋板，投入運(yùn)行。鍋爐點(diǎn)火后，隨著鍋爐熱負(fù)荷的升高，部分溫度相對(duì)較高的煙氣旁路鍋爐尾部受熱面，直接進(jìn)入SCR反應(yīng)器入口，逐步提高此處煙溫。此種操作方式有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）隨著熱負(fù)荷升高，逐步提高SCR反應(yīng)器入口煙溫，以期并網(wǎng)前達(dá)到噴氨投入溫度；（2）低NOX燃燒器改造后，煤粉在爐內(nèi)燃燒過(guò)程變長(zhǎng)，導(dǎo)致在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，主、再熱蒸汽溫度過(guò)高，超過(guò)設(shè)計(jì)沖轉(zhuǎn)溫度。采用此方式后，部分高溫?zé)煔馀月肺膊康瓦^(guò)和低再區(qū)域，蒸汽在此處吸熱量降低，更加利于控制沖轉(zhuǎn)時(shí)的蒸汽溫度；（3）部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硝反應(yīng)區(qū)后進(jìn)入空預(yù)器入口，空預(yù)器進(jìn)口煙溫的提高，會(huì)進(jìn)一步提高空預(yù)器出口一、二次風(fēng)的溫度，對(duì)于啟動(dòng)階段的爐內(nèi)著火條件的改善及燃料的燃盡是有利的。

該廠采用單臺(tái)磨煤機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，磨煤機(jī)啟動(dòng)后，煤粉燃燒階段的火焰中心相比燃油燃燒更高，更加利于鍋爐水平煙道處的煙溫提高。在汽輪機(jī)中速暖機(jī)結(jié)束后，并入備用側(cè)風(fēng)組，此時(shí)節(jié)流鍋爐尾部煙氣擋板總和至70%～90%，并配合除氧器加熱蒸汽量增加，鍋爐上水溫度可達(dá)140℃～160℃，更加利于提高脫硝反應(yīng)區(qū)入口煙溫，在并網(wǎng)前反應(yīng)區(qū)入口煙溫最低可達(dá)318℃，最高值達(dá)336.1℃。具備噴氨投入條件。

4 煙氣旁路使用時(shí)注意事項(xiàng)

煙氣旁路本身抽取高溫?zé)煔饬枯^小，且風(fēng)道阻力較大，尤其當(dāng)鍋爐煙氣量較小時(shí)單獨(dú)使用煙氣旁路效果有限，需根據(jù)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況和爐膛負(fù)壓調(diào)整情況，關(guān)小鍋爐尾部煙道調(diào)溫?fù)醢澹黾游膊繜煹赖臒煔庾枇Γ暩嗟母邷責(zé)煔饨?jīng)省煤器煙氣旁路煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)區(qū)，達(dá)到提高煙溫的目的。解列煙氣擋板過(guò)程中，關(guān)小再熱器側(cè)煙氣擋板的效果更佳明顯。

機(jī)組啟動(dòng)階段，使用省煤器煙氣旁路提高SCR反應(yīng)區(qū)入口煙溫的過(guò)程中，配合給水溫度的提高，減少鍋爐尾部煙道省煤器區(qū)域的吸熱，可起到較好的效果。

機(jī)組并網(wǎng)后，隨著機(jī)組初負(fù)荷的增加及汽輪機(jī)切缸后增加負(fù)荷，機(jī)組蒸汽量的增加較快，而此時(shí)鍋爐燃燒率的增加幅度有限，會(huì)出現(xiàn)在此階段SCR反應(yīng)區(qū)入口煙溫出現(xiàn)降低的情況，此時(shí)除增加鍋爐燃燒外，還需盡快投入高加系統(tǒng)，進(jìn)一步提高鍋爐給水溫度，以保證脫硝催化劑入口煙氣溫度達(dá)到運(yùn)行需要。

機(jī)組啟停階段，燃燒率變化幅度較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)器入口NOX濃度變化較大。且鍋爐氧量波動(dòng)大時(shí)，導(dǎo)致修正后的NOX濃度波動(dòng)，此階段會(huì)短時(shí)間出現(xiàn)脫硝排放不滿足要求的情況。此時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)噴氨調(diào)閥，保證煙囪處NOX排放值滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)采用旁路煙道的方式可以提高低負(fù)荷脫硝裝置入口煙氣溫度，保證足夠的煙氣溫度余量，保證在全負(fù)荷工況下脫硝裝置能安全、穩(wěn)定運(yùn)行。華潤(rùn)電力（常熟）有限公司積極探索超低排放技改之路，并在運(yùn)行中不斷優(yōu)化運(yùn)行方式，保證了機(jī)組全負(fù)荷段脫硝系統(tǒng)的投入，為環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] HJ 562-2010，火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 馬忠云，陳慧雁，劉振強(qiáng)，等.煙氣SCR法脫硝工藝流程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2008，29（6）：53-56.endprint