2×300MW火電機(jī)組全工況脫硝改造工程

文_王曉龍 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院

1 工程概況

新疆某火電廠2×300MW機(jī)組使用的是SG-1025/17.5-M723型號(hào)鍋爐，為自然循環(huán)鼓式鍋爐、單爐，全鋼懸浮結(jié)構(gòu)。2014年，在鋼結(jié)構(gòu)外部增加了SCR脫硝裝置。通過對(duì)該機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)基本參數(shù)調(diào)查以及在線監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在150MW負(fù)荷以下，SCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙氣溫度僅為315～320℃，接近或低于320℃SCR的最小氨注入溫度，直接導(dǎo)致大量硫酸氨氣體沉積在上游催化劑和其他下游催化設(shè)備上，大大降低了催化劑的活性，并帶來了安全風(fēng)險(xiǎn)，下游設(shè)備氣管堵塞， SCR系統(tǒng)處于安全保護(hù)停止噴氨狀態(tài)，直接導(dǎo)致氮氧化物超標(biāo)排放。為了該火電廠機(jī)組氮氧化物的排放達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求，并保證鍋爐在30%～100%負(fù)荷脫硝系統(tǒng)設(shè)備使用壽命、系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，急需對(duì)該機(jī)組鍋爐進(jìn)行全工況脫硝改造。

2 改造工藝對(duì)比

2.1 增加煙氣旁路

該改造工藝是在省煤器的入口處的煙道中打一個(gè)孔，將部分煙氣通過旁路引向SCR接頭。設(shè)置擋板以有效減少通過煙氣，使SCR系統(tǒng)煙溫升高。優(yōu)點(diǎn)是項(xiàng)目投資少和成本低，實(shí)施簡單，設(shè)備少；缺點(diǎn)是提高了鍋爐排煙溫度，但降低了熱效率(0.5%～1.5%)。

2.2 增加省煤器給水側(cè)旁路

機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)運(yùn)行時(shí)可在省煤器水側(cè)加裝旁路系統(tǒng)，該改造工藝是以減少省煤器的熱量收吸為目的，調(diào)整旁路進(jìn)入省煤器的給水流量，確保煙溫進(jìn)入省煤器不衰竭，滿足SCR系統(tǒng)煙溫要求，但由于一定程度上增加了給水阻力，可能會(huì)影響效率及給水調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性；優(yōu)點(diǎn)是水側(cè)旁路占用空間較小、調(diào)節(jié)靈敏。

2.3 省煤器采取分組布置

該改造工藝是拆除原有省煤器下部分受熱煙氣面，在SCR系統(tǒng)后段增加一部分省煤器熱面，給水直先引到SCR系統(tǒng)后段的省煤器，再通過連接管道引至SCR系統(tǒng)前段的省煤器中，減少了通過SCR系統(tǒng)前受熱面，達(dá)到了提高SCR系統(tǒng)入口溫度的目的。缺點(diǎn)是使改造工程占地面積增加，投資使用成本相對(duì)較高；脫硝改性劑和脫硝脫氫催化劑的混合整體操作溫度也會(huì)升高，這就有可能會(huì)導(dǎo)致偏離脫硝催化劑的最佳混合反應(yīng)操作溫度，造成脫硝催化劑燒結(jié)風(fēng)險(xiǎn)。

3 全工況脫硝改造內(nèi)容

3.1 改造思路

脫硝處理煙氣溫度控制的主要工作目的之一是為了防止煙中氨和硝鹽大量沉積，防止脫硝催化劑發(fā)生燃燒和脫硝失效，確保脫硝催化劑活性并有效減少氨鹽NH3的逸出。氨基酸鹽中的沉積問題是一個(gè)化學(xué)問題，當(dāng)它們?cè)谙鄬?duì)較低的化學(xué)溫度下不形成覆蓋在主催化劑液體表面的一些粘性化學(xué)雜質(zhì)或者氨基酸鹽時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致舊的NH3和新的SO3失效。當(dāng)前鍋爐負(fù)荷較低，脫硝反應(yīng)器的進(jìn)入口的煙氣度低，將導(dǎo)致大量沉積在催化劑的硫酸氨氣體的形成，降低催化劑活性，以及造成下游設(shè)備氣管堵塞，使脫硝系統(tǒng)無法正常工作運(yùn)行。因此，隨著煙氣負(fù)荷的不斷變化，必須將使用脫硝入口的煙氣溫度控制在脫硝催化劑所能反應(yīng)的合理溫度范圍內(nèi)。

主要工程技術(shù)組成路線是通過在鍋爐末端增加煙氣旁路，提高低負(fù)荷全工況脫硝進(jìn)口處的煙氣溫度，即在沒有煙氣的高溫?zé)煹罋夂?，提高全工況脫硝進(jìn)口處的煙氣溫度。經(jīng)過節(jié)能器的熱傳遞直接與經(jīng)過節(jié)能器的煙氣混合。采用這種方案，在不運(yùn)行煙氣旁路的情況下，鍋爐效率不會(huì)降低，主煙氣可以在機(jī)組運(yùn)行過程中安裝，然后與停機(jī)機(jī)會(huì)連接，對(duì)正常運(yùn)行影響不大。

考慮到鍋爐的運(yùn)行條件為30%～100%，即BMCR條件可以安全地使脫硝裝置投入運(yùn)行，脫硝入口的煙氣溫度應(yīng)確保在320～420℃之間，同時(shí)考慮到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)現(xiàn)有的布局方案和煙氣溫度分布，使用尾煙氣旁路裝置，在從尾煙上游到SCR反應(yīng)器入口煙道的高溫?zé)煔庵?，通過抽出煙道以低負(fù)荷運(yùn)行燃?xì)饧訜崞鞴?jié)能器的煙氣出口，SCR煙氣的進(jìn)入以及高溫?zé)煔獾幕旌虾?，可保證煙氣溫度高于320℃，解決了SCR在低負(fù)荷下運(yùn)行的問題。

3.2 全工況脫硝改造方案

3.2.1 增設(shè)旁路煙道

鍋爐新增兩路旁路，使高溫?zé)煔鈴腻仩t尾部煙道轉(zhuǎn)向室部位入口分為兩路，每路煙氣通過水平煙道接入SCR垂直爬升煙道，高溫?zé)煔饨?jīng)過反應(yīng)器入口的整流柵與低溫?zé)煔膺M(jìn)行均勻混合后，進(jìn)入催化劑層，使SCR反應(yīng)器入口煙溫高于320℃，滿足脫硝系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行溫度要求（見圖1）。

圖1 尾部煙氣旁路布置圖

3.2.2 擋板門改造

鍋爐增加煙氣旁路關(guān)斷擋板門、調(diào)節(jié)擋板門，同時(shí)在省煤器出口煙道上加裝調(diào)節(jié)擋板門。通過調(diào)整擋板門，使機(jī)組在30%～100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)脫硝入口煙氣溫度大于等于320℃、小于420℃，同時(shí)滿足鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行則須將關(guān)斷擋板關(guān)閉，旁路煙道不再使用。

3.2.3 全工況脫硝系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)

在集中控制室內(nèi)的DCS系統(tǒng)中對(duì)2×300MW機(jī)組全工況脫硝改造系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并通過DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)、控制煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整及自動(dòng)控制，并且實(shí)現(xiàn)異常工況的報(bào)警和緊急事故的處理。

4 全工況脫硝改造工程檢測(cè)評(píng)估

經(jīng)過超低排放改造及全工況脫硝系統(tǒng)改造后，在30%機(jī)組額定負(fù)荷及最低穩(wěn)燃工況兩狀態(tài)下，脫硝系統(tǒng)入口煙溫均高于脫硝設(shè)計(jì)煙氣溫度320℃以上（見圖2），能夠確保脫硝系統(tǒng)在機(jī)組額定30%負(fù)荷工況及最低穩(wěn)燃工況下正常投入。經(jīng)檢測(cè)，機(jī)組總排口NOx平均排放濃度在兩狀態(tài)下分別為19mg/Nm3、35mg/Nm3（見圖3），使該火電廠機(jī)組氮氧化物的排放達(dá)到火電廠“超低排放”小于50mg/Nm3的要求。

圖2 檢測(cè)期間兩種不同負(fù)荷下煙氣溫度曲線圖

圖3 檢測(cè)期間兩種工況下凈煙氣排放口NOx折算值濃度曲線圖

5 結(jié)語

新疆某火電廠2×300MW機(jī)組鍋爐通過增設(shè)高溫?zé)煔馀月返确绞竭M(jìn)行全工況脫硝改造后，效果滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，檢測(cè)結(jié)果滿足火電廠“超低排放”的環(huán)保要求，其改造方案可為新疆其他火電廠全工況脫硝改造工程提供參考，為新疆大氣污染物氮氧化物排放的控制提供技術(shù)支持。