600MW超臨界機組靈活性全負荷脫硝運行技術

1 概述

某電廠鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進英國三井巴布科克能源公司技術制造，超臨界參數變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的本生直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型鍋爐，型號為HG1950/25.4-YM1。汽輪機由東方汽輪機廠引進技術生產的超臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、沖動式、雙背壓純凝汽式汽輪機，具有8組非調整回熱抽汽，型號為N600-24.2/538/566型。

隨著環保政策的不斷改革，火電廠大氣污染物排放標準要實現超低排放，并要求實現全負荷工況脫硝裝置的投入。某電廠煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術，保證氮氧化物排放濃度不大于50mg/Nm3。對于采用SCR脫硝技術的火電機組，由于SCR脫硝系統裝置的固有特性，對反應溫度有嚴格要求，當脫硝裝置入口煙溫低于下限值時SCR脫硝系統無法正常投運，導致氮氧化物排放嚴重超標，因此實現全負荷脫硝達到超低排放成了技術難題。

為了解決機組啟動并網前、低負荷及機組停運過程中SCR入口煙溫低于下限值的脫硝退出的問題，增設了煙氣旁路系統。在鍋爐點火前通過冷段抽汽工業供熱與#2高加投的運行優化技術來提高給水溫度，結合脫硝煙氣旁路來提高鍋爐煙溫，根據實際運行應用情況，在機組啟動并網前、機組停運過程中均實現全負荷脫硝，實現了機組全負荷工況下的脫硝投入，達到超低排放要求。

2 全負荷脫硝運行技術的簡介

靈活性全負荷脫硝技術的關鍵就是要滿足各工況下脫硝裝置入口煙溫不低于最低允許溫度，保證脫硝裝置的安全投運。某電廠綜合考慮在不同工況下，利用煙氣側和水側對SCR脫硝裝置入口煙溫的影響，創新出了“寬負荷脫硝煙氣旁路＋熱力系統優化”全負荷脫硝運行技術。

2.1 寬負荷脫硝煙氣旁路系統

某電廠根據機組現場實際情況，并綜合考慮改造的安全性，經濟性等因素，選擇采用抽取高溫煙氣加熱SCR入口煙溫的煙氣旁路方法，而煙氣旁路的關鍵是煙氣抽取口的選擇，如選擇不當將無法達到設計要求。

根據鍋爐尾部煙道布置空間和受熱面布置形式，抽煙口可選取在省煤器入口、低溫過熱器管屏之間以及后煙道轉向室。經核算，抽煙口若選取在省煤器入口(過熱器側)抽煙氣量較多（30%BMCR 工況下將抽取40%以上的煙氣）且后煙道煙氣量小，因此對省煤器入口區域流場擾動較大；抽煙口若選取在低溫過熱器管屏之間，在低負荷時尾部煙道后煙道煙氣量小，無法提供足夠量的高溫煙氣至脫硝入口。綜合考慮選擇在后煙道轉向室處抽取部分煙氣（30%MCR 滑壓工況抽取約10%煙氣量）至脫硝入口（圖1），使脫硝入口煙氣溫度提高至310℃，保證脫硝可以安全投運。

圖1 寬負荷脫硝煙氣旁路布置圖

2.2 熱力系統優化

冷段抽汽工業供熱母管至#2高加加熱系統：由于給水溫度是影響鍋爐排煙溫度的重要因素之一，某電廠根據本公司機組的熱力系統特點，從冷段抽汽工業供熱母管引出支路供#2高加加熱給水（圖2），在機組啟動初期，通過冷段抽汽工業供熱至#2高加加熱系統提高給水溫度，鍋爐點火前可加熱爐內溫度至160℃左右，同時鍋爐點火升溫升壓過程中，通過冷段抽汽工業供熱至#2高加加熱持續提高#2高加出口水溫使省煤器入口水溫保持較高水平，減少省煤器的換熱量，提高SCR脫硝裝置入口煙溫。

圖2 工業供熱母管至#2高加加熱系統

熱力系統運行方式的優化：雙機運行時，根據SCR脫硝裝置入口煙溫情況，可調整雙機工業供熱流量分配，在再熱蒸汽溫度及再熱器受熱面壁溫不超限的情況下，可通過增加機組負荷較低機組的工業供熱供汽流量、減少再熱蒸汽流量，減少再熱器的換熱量，從而提高了SCR脫硝裝置入口溫度。

3 靈活性全負荷脫硝技術的運行控制

根據機組不同運行工況下SCR脫硝裝置入口煙溫情況，某電廠靈活運用靈活性全負荷脫硝技術，提高SCR脫硝裝置入口煙溫，保證全負荷工況下SCR脫硝入口煙溫不低于310℃。

3.1 機組啟動

提高省煤器入口給水溫度：在機組冷態啟動過程中，鍋爐上水后，首先通過輔汽供汽將除氧器水溫逐漸加熱至150℃，提高給水溫度；鍋爐上水后可逐漸暖投冷段抽汽工業供熱至#2高加加熱系統，將#2高加出口溫度逐漸加熱至180℃（必須要保證低于根據省煤器入口壓力下的飽和溫度，防止給水管道振動），在鍋爐沖洗過程中，將鍋爐螺旋管水冷壁溫加熱至150℃；鍋爐點火后，在升溫升壓過程中，隨著主再熱蒸汽壓力的升高，根據省煤器入口壓力情況逐漸提高給水溫度至210℃。

投入寬負荷脫硝煙氣旁路提高SCR入口煙溫：鍋爐點火后，當SCR入口煙溫大于210℃時，開始逐漸投入寬負荷脫硝煙氣旁路系統，逐漸提高SCR脫硝裝置入口煙溫。

優化熱力系統運行方式：主再熱蒸汽品質合格后，暖投冷再至輔汽聯箱供汽，并將#2高加供汽由冷段抽汽工業供熱母管倒至本機二段抽汽供汽，減少再熱蒸汽流量，從而減少再熱器換熱量、提高SCR入口煙溫。通過以上的運行方式控制，在機組沖轉前即可將SCR脫硝裝置入口煙溫提高至310℃以上，保證SCR脫硝噴氨正常投入。

3.2 機組低負荷運行

機組低負荷（50%BMCR 以下負荷）運行，當SCR脫硝裝置入口煙溫低于320℃時，DCS 報警“SCR脫硝裝置入口煙溫低”，提醒投入寬負荷脫硝煙氣旁路系統，同時可以適當關小再熱器、過熱器煙氣調溫擋板，增加煙道阻力，從而增加寬負荷脫硝煙氣旁路高溫煙氣通流量，保證SCR脫硝裝置入口煙溫不小于310℃。根據我廠實際運行情況，#1機組深度調峰，負荷227MW時，投入寬負荷脫硝煙氣旁路可以滿足SCR入口煙溫平均值大于310℃。

3.3 機組滑停

投入寬負荷脫硝煙氣旁路提高SCR入口煙溫：在機組滑參數停機過程中，降負荷時，當SCR脫硝裝置入口煙溫小于320℃，提前投入寬負荷脫硝煙氣旁路運行，提高SCR脫硝裝置入口煙溫，保證SCR脫硝裝置入口煙溫大于310℃；在滑參數停機過程中還可適當關小再熱器、過熱器煙氣調溫擋板，增加煙道阻力，從而增加寬負荷脫硝煙氣旁路高溫煙氣通流量，提高SCR入口煙溫。

熱力系統運行方式優化：當鍋爐負荷低于30%BMCR時，鍋爐轉濕態運行，啟動爐水循環泵運行，同時保持儲水箱小溢流在手動關閉狀態，減少工質排放，控制循環流量回收儲水箱內的工質熱量加熱省煤器入口水溫，減少省煤器的換熱量，提高SCR入口煙溫。通過利用靈活性全負荷脫硝技術，實現了滑參數停機過程中脫硝系統的安全投運。

4 重點關注風險點

低負荷時投入寬負荷脫硝煙氣旁路運行，在升負荷時要及時退出防止SCR入口煙溫過高催化劑燒結；機組冷態啟動，點火前投入冷段抽汽工業供熱至#2高加加熱時，要保證#2高加出口水溫低于省煤器入口壓力下的飽和溫度3～5℃，防止給水管道振動；在提高省煤器入口水溫時要注意監視省煤器出口水溫度，防止省煤器沸騰，影響省煤器安全；投入寬負荷脫硝煙氣旁路運行時要注意SCR入口煙溫溫升率不超限，防止催化劑損壞。