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火电机组宽负荷脱硝技术探讨
点击次数:710 发布时间:2017-08-31

利用几种提高省煤器入口烟气温度或者提高省煤器进入水温的方案,可以有效提高进入SCR入口烟气温度,使得SCR在宽负荷下正常投运,确保氮氧化物排放达到环保要求。

宽负荷脱硝

1.引言

近年来随着环境的恶化,国家越来越重视对于环境的保护,随着国家颁布GB13223-2011并实施后,大量的火电锅炉都配有脱硝(SCR)装置,而SCR催化剂的正常运行对进口烟气温度具有一定要求(310~420℃),对于特定的装置,催化剂的设计温度范围稍有变化,通常按照锅炉正常负荷的省煤器出口烟温设计,当锅炉低负荷运行时,省煤器出口烟气温度会低于下限值,无法满足脱硝装置的温度要求。

目前,火电机组基本参与调峰,这就造成锅炉经常会运行在低负荷段,而锅炉在低负荷阶段,省煤器出口烟气温度偏低,过低的烟气温度不能满足脱硝系统的连续、稳定的投运要求,所以解决低负荷时脱硝入口烟气温度偏低的问题成为关注的焦点。

2.机组运行主要问题

目前降低氮氧化物主要方式是采用低氮燃烧器并加装脱硝装置。采用的低氮燃烧器一般能保证脱硝入口氮氧化物浓度在120-250mg/Nm3,然后通过加装脱硝装置将氮氧化物降至100mg/Nm3以下。

实际运行中,由于负荷低,造成脱硝入口温度低,脱硝装置被迫处于退出状态。表1分别为300MW亚临界、600MW超临界以及1000MW超超临界机组省煤器入口温度与负荷对应关系图。

表1机组省煤器出口烟气温度和负荷对应关系

宽负荷脱硝

从上表可以看出,600MW及以下机组负荷低于50%时就就存在脱硝入口温度低,脱硝设备退出问题。2014年7月1日新的环保标准实施后,这对一些机组运行提出了更高的要求。

3.宽负荷脱硝主要技术手段

3.1新建机组

3.1.1设置多级省煤器,增加空预器热负荷

对于新建机组,在设计初可以采用重新分配受热面,如采用多级省煤器技术,将SCR放在二级省煤器之间,同时可以从新考虑空预器换热量,将部分热负荷放置在空预器,增加空气预热器换热面积,提高省煤器出口烟气温度,实现全负荷脱硝。

3.1.2设置零号高加,提高给水温度

增加一级加热器,利用主汽或者三抽高温热源加热给水,通过提高给水温度达到使得省煤器出口温度升高。

3.2现有机组

对于现有机组,要实现全负荷脱硝,必须进行相关设备改造,主要技术路线有以下几种。

3.2.1方案一:分级省煤器布置

在原有省煤器基础上,重新布置省煤器管组。如拆除原有省煤器下部部分管组,在脱硝SCR出口烟道内增设一定量的省煤器受热面,通过减少脱硝SCR反应器前省煤器的吸热量,提高了脱硝SCR反应器入口烟温,达到脱硝反应器温度下限值以上的目的。烟气通过SCR反应器脱氮之后,进一步通过SCR反应器后的省煤器来吸收烟气中的热量,以保证空气预热器进、出口烟温基本不变。其布置示意图如图1所示。

主要问题:投资成本相对较高,受空间位置限制,具体布置方案需要根据实际情况进行设计。优点在于不影响锅炉整体效率的情况下提高SCR入口烟温,同时还能降低排烟温度,提高锅炉效率。

宽负荷脱硝

3.2.2方案二:设置省煤器给水旁路

设置省煤器给水大旁路,机组低负荷时,部分省煤器给水直接在旁路调节门的控制下通过大旁路直接到达省煤器出口集箱,通过减少通过省煤器给水量,实现提升烟温的目的。此方案需要配置旁路省煤器的阀门和相应的旁路管道。其布置示意图如图2所示。

主要问题:由于水侧传热系数极大,如减少少量工质流量无法有效降低出口烟温,即减少水流量,省煤器的总换热量基本不变,出口烟温也基本不变,只是提高了省煤器出口水温。该方案需要将旁路流量选取到50%以上效果才显著,同时从省煤器抽出大量的工质后会造成省煤器出口水欠焓降低,需根据流量进行核算。

宽负荷脱硝

图2省煤器给水旁路布置

3.2.3方案三:设置烟气旁路

在省煤器进口位置的烟道上开孔设置烟气旁路,在旁通烟道上设置烟气挡板门,在高负荷时,通过关闭烟气挡板门使旁通烟道隔离,在低负荷时,通过调整烟气挡板门的开度而引出部分中温烟气与省煤器出口烟气混合,提高脱硝SCR装置入口烟气温度,达到脱硝反应器温度下限值以上的目的。其布置示意图如图3所示。

主要问题:稳定性较差,挡板容易发生卡涩,机组经济性降低。如果长期不在低负荷运行,也就是挡板门处于常闭状态,可能会导致积灰、卡涩。如果机组长期在低负荷区间运行,该方法有一定优势。

宽负荷脱硝

图3设置烟气旁路

3.2.4方案四:省煤器加装中间集箱

原省煤器受热面面积不变,把省煤器分成高温段和低温段,在两级省煤器中间增加一个中间集箱和一套流量调节系统。在低负荷时,通过控制低温段省煤器的流量可以达到减小低温段省煤器受热面吸热的目的。此方案与省煤器设置旁路较类似,目的都是通过减少省煤器进水量来提高出口烟气温度。

3.2.5方案五:省煤器加装循环泵

增加循环泵,对现有的锅炉水系统进行改造,利用水泵将省煤器出口或汽包下降管高温热水送入省煤器进口,通过再循环省煤器部分工质的方式,提高和控制省煤器入口水温,减小省煤器传热温差,间接提高省煤器出口烟气温度,达到脱硝反应器温度下限值以上的目的。

本烟气升温系统适用于亚临界和超高压的汽包锅炉,包括自然循环汽包炉和强迫循环汽包炉。该方案主要问题是增加了循环泵,该泵的可靠性要求比较高,同时机组的经济性会有所下降。其布置示意图如图4所示。

宽负荷脱硝

图4省煤器加装循环泵

3.3上述技术方案比较

表2对宽负荷脱硝几种方案在经济性、改造难度、费用等方面进行了比较。

表2宽负荷脱硝方案比较

宽负荷脱硝

4.结论

以上几种技术方案原理上都是通过提高省煤器入口烟气温度或者是提高省煤器入口水温来zui终达到省煤器出口烟气温度升高的效果。几种改造方案都能在一定程度上提高SCR入口温度,保证机组低负荷时SCR脱硝装置正常运行。新建电厂可以在设计时进行优化即可完成宽负荷脱硝,运行电厂在改造实施过程中需要根据本厂低负荷运行情况、现场空间布置情况及设计参数等综合判断选取合适的方案,以达到宽负荷脱硝的目的。

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