省煤器分級改造的研究與計算

程宏潮

摘 要：為解決一些燃煤電廠省煤器面積設計偏大，省煤器出口煙溫過低，無法滿足低工況時煙道下游脫銷裝置（SCR）運行的溫度要求的問題，本文研究了省煤器分級改造方案，設計熱力計算及校核流程，采用將原省煤器一分為二的方案，將部分省煤器受熱面移至脫銷裝置后的煙道，計算得出，將原受熱面的21%～28%移至脫銷裝置后，可滿足50%-100%負荷下系統的進口煙溫滿足要求，同時，省煤器整體受熱面積不變，對排煙溫度影響較小。

關鍵詞：省煤器;分級改造;SCR系統;煙氣溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.057

隨著清潔能源的廣泛應用，電網對燃煤電站參與調峰能力要求越來越高，燃煤電站需在低負荷下長期穩定運行。同時，為減少燃煤電站鍋爐運行中NOx的排放，滿足國家的環保要求，廠內脫硝裝置在鍋爐運行的各負荷下均需投運。燃煤電站常用的催化還原脫銷（SCR）系統中，催化劑的活性反應溫度一般在320～400℃，煙溫過高或過低都將影響反應速率，所以為確保脫硝效率，降低NOx排放，SCR系統的入口煙溫應滿足投運溫度要求。

一些燃煤電站的鍋爐設計為降低排煙溫度，提高熱效率，通常設置足夠的省煤器受熱面積，盡可能降低省煤器的出口煙溫，導致在低負荷下，省煤器出口煙溫較低，不能滿足SCR系統運行要求。提高SCR系統入口煙溫常用的技術有省煤器分級改造、增加省煤器給水旁路、調整給水溫度、增加煙氣旁路等，筆者針對某電廠的實際情況，對省煤器分級改造的方案進行研究計算。

1 基本問題

燃煤電廠SCR系統多采用高溫高塵布置，即SCR系統布置在省煤器后、除塵器前，本文針對某電廠采用高溫高塵的SCR系統，進口煙溫在低負荷時無法滿足要求，脫銷效率低下的問題，通過對鍋爐尾部受熱面的計算分析，提出省煤器分級改造的方案，提高低負荷時SCR裝置入口煙氣溫度，同時，保證滿負荷運行時，煙氣溫度不高于催化劑正常運行允許的溫度上限值。

表1為某電廠不同運行工況下省煤器出口溫度，從表中可以看到，在50%THA、30%BMCR和高加全切工況下，煙氣溫度分別為303、268、314℃，即在50%負荷以下，煙道下游進入SCR反應器的溫度不滿足要求。

2 改造方案

2.1 省煤器分級改造方案

筆者研究采用原有的省煤器受熱面分級布置。在進行熱力計算的基礎上，將原有省煤器部分（靠煙氣下游部分）拆除，在SCR反應器后增設一定的省煤器熱面。給水直接引至位于SCR反應器后面的省煤器，然后通過連接管道引至位于SCR反應器前面的省煤器中。通過減少SCR反應器前省煤器的吸熱量，達到提高SCR反應器入口溫度在320℃以上的目的，以保證SCR可以在50%負荷以上正常運行。煙氣經SCR反應器脫氮后，進入SCR反應器下游的省煤器進一步釋放熱量，以保證空氣預熱器進、出口煙溫基本不變，即在保證SCR系統穩定運行的同時，鍋爐的熱效率等性能指標幾乎不受影響。

根據現有運行參數，制定省煤器分級改造的具體方案：即將省煤器拆分為一級省煤器和二級省煤器：一級省煤器布置在SCR反應器出口處，加熱給水;一級省煤器工質出口進入布置在煙井低溫再熱器下面的二級省煤器，通過分級省煤器減少了SCR反應器前煙道的吸熱量，達到SCR系統區域溫度合理的目的。

圖1為分級省煤器在鍋爐尾部煙道的布置示意圖。如圖所示，將布置在SCR反應器前的原省煤器受熱面積重新分配，設置為布置在SCR反應器前的二級省煤器和SCR反應器后的一級省煤器。

兩級省煤器的工質及煙氣流動示意如圖2所示。

2.2 熱力計算設計及校核思路根據省煤器受熱面換熱特點，制定省煤器受熱面分配熱力計算方案。圖3為受熱面分配設計計算流程圖、圖4為校核計算流程圖。如圖所示，首先，取50%負荷時二級出口煙溫滿足煙溫下限（320℃）進行熱力計算，得到滿足50%負荷時SCR系統運行的二級省煤器的最大面積，并用該面積校核計算100%負荷下二級省煤器出口煙溫是否超溫度要求上限（400℃）;然后，取100%負荷時二級出口煙溫為煙溫要求上限（400℃）進行熱力計算，得到滿足滿負荷SCR系統運行不超溫的二級省煤器的最小面積，并用該面積校核計算低負荷工況下二級省煤器出口煙溫是否低于溫度要求下限（320℃）。

綜上，可確定二級省煤器在出口煙溫為320℃～400℃之間的受熱面積分配范圍，在此范圍內選定二級省煤器受熱面積，進行具體分級改造。

3 計算結果分析

表2為二級省煤器受熱面設計及校核的計算結果。如表所示，二級省煤器面積占原省煤器換熱面積的70.14%～81.75%時，可滿足50%～100%工況下SCR系統的進口煙溫在320～400℃，比原方案溫度提高17～35℃，符合催化劑工作溫度要求。

為保證實際運行中符合要求，需在設計計算結果上留有一定裕度，取二級省煤器受熱面所占比例在72%～79%之間，一級省煤器受熱面占比為28%～21%。由于原鰭片省煤器難以切割，具體改造過程需原鰭片省煤器管組全部拆除，根據設計比例、尾部煙道空間結構重新制造一級省煤器、二級省煤器安裝在SCR系統出口和入口。

4 結語

（1）采用省煤器分級改造，經過設計及校核的熱力計算得出，將原省煤器的受熱面積的70.14%～81.75%布置原煙道，并將其余受熱面積布置于SCR系統下游，50%～100%負荷下SCR系統入口溫度為320～400℃，能有效解決高塵布置的SCR系統進口煙溫過低的問題;同時，將省煤器受熱面整體不變，避免排煙溫度的增高，保證熱利用效率;（2）省煤器分級改造后在SCR區域布置省煤器受熱面因縮口處流速較高，在高負荷下速度達到10m/s以上，受熱面存在沖刷磨損，在確定一級省煤器受熱面時需考慮受熱面管道的防磨性。

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