楊潔峰　任佩雯

摘要：寬負(fù)荷脫硝技術(shù)有效地控制了機(jī)組煙氣排放溫度，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入省煤器的給水流量，來控制排放煙氣的溫度，使進(jìn)入到脫硝反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)到有效反應(yīng)溫度。實(shí)踐證明寬負(fù)荷脫硝技術(shù)的應(yīng)用，在損失一些機(jī)組能耗的前提下，保持了原有的機(jī)組設(shè)計(jì)，確保機(jī)組氮氧化物的排放指標(biāo)。文章對(duì)寬負(fù)荷脫硝技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：寬負(fù)荷脫硝技術(shù)；煙氣排放；省煤器；給水流量；脫硝反應(yīng)器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X773 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0050-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.026

1 概述

漕涇電廠#1、#2鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)制造的1000MW超超臨界、一次再熱、平衡通風(fēng)、直流塔式鍋爐。根據(jù)目前的運(yùn)行情況，在45%負(fù)荷下省煤器出口煙溫309℃～315℃，低于320℃，不能滿足脫硝裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行要求。因此，希望通過設(shè)備和系統(tǒng)改造來提高進(jìn)入脫硝裝置的煙氣溫度，以保證脫硝裝置的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)450MW負(fù)荷以上機(jī)組運(yùn)行時(shí)脫硝。

2 氨氣脫硝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

漕涇電廠脫硝工藝采用選擇性催化還原法，脫硝系統(tǒng)（塔式爐）按塔式爐分部在尾部煙道與空預(yù)器入口之前的形式設(shè)計(jì)。煙道的截面積尺寸和反應(yīng)器截面按100%鍋爐BMCR工況設(shè)計(jì)。每臺(tái)鍋爐配置氨稀釋系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)各一套，保證氨氣和煙氣混合均勻反應(yīng)后氨逃逸率在3%以內(nèi)。

從氨站的液氨氣化后，與稀釋風(fēng)機(jī)送出的空氣在混合器中均勻混合后，變成含氨濃度小于5%的氨氣混合氣體，再通過可以進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的24套分路噴射系統(tǒng)，按照網(wǎng)格化的布置均勻地噴入入口煙道的SCR反應(yīng)器。24套分路噴射系統(tǒng)設(shè)置有手動(dòng)、自動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，能根據(jù)不同工況的煙氣溫度、不同的煙氣濃度形成區(qū)域進(jìn)行微調(diào)節(jié)，就地還配有流量計(jì)，保證NH3/NOX沿?zé)煹澜孛婢鶆虻膰娚洌M(jìn)行充分地反應(yīng)。

本裝置脫硝系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)（SCR-DCS）和PLC（氨區(qū)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。脫硝工藝系統(tǒng)按采用與機(jī)組DCS一體化配置的遠(yuǎn)程I/O，并由機(jī)組DCS操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR的監(jiān)控。運(yùn)行人員直接通過機(jī)組控制室中單元機(jī)組DCS操作員站完成對(duì)脫硝系統(tǒng)與機(jī)組有關(guān)部分的參數(shù)和設(shè)備的監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)脫硝系統(tǒng)上的工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)控制以及具有超限的報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)，例如煙氣溫度超上、下限，氨逃逸率超上限以及控制的出口NOX濃度超限等，可以通過預(yù)先設(shè)定的邏輯保護(hù)、聯(lián)鎖或自動(dòng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)能在安全工況下投入或退出。

3 省煤器給水旁路工藝改造

3.1 加裝省煤器加熱系統(tǒng)的理由

無硫煙氣情況下，NOX催化劑的正常運(yùn)行溫度是在320℃～450℃之間。在低溫條件下，催化劑的活化性能也隨之降低，但煙氣溫度較低，一般發(fā)生在鍋爐負(fù)荷比較低的情況下，尾部煙道的排煙溫度如果低于300℃，此時(shí)降低了催化劑的活性，從而降低了脫硝效率，長(zhǎng)期處于低溫工況下運(yùn)行的催化劑，在其表面會(huì)生成硫酸氫銨，從而降低催化劑的效率。如果煙氣溫度過高，超過450℃，就會(huì)發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，也將降低催化劑的壽命。

由于煙氣中含有硫的成分，反應(yīng)后主要生成三氧化硫，而三氧化硫和氨氣反應(yīng)會(huì)生成硫酸氫銨，硫酸氫銨覆蓋在催化劑表面后，引起催化劑的活性降低，同時(shí)硫酸氫銨也容易粘結(jié)在空預(yù)器的換熱片上，造成預(yù)熱器堵塞，因此脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)入口處的煙氣溫度應(yīng)高于硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度10℃以上。硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度是由氨氣和三氧化硫的濃度以及煙氣中含有的水分決定的，同時(shí)也受入口處的NOX的濃度及期望的脫硝效率的影響。抑制硫酸氫銨生成的煙氣溫度宜控制在216℃～320℃之間。入口煙氣溫度過高，容易引起催化劑的燒結(jié)現(xiàn)象，煙氣溫度大于450℃時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致催化劑的損毀。因此在脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，應(yīng)更加注意的是煙氣溫度低的問題。

機(jī)組在啟動(dòng)階段或冬天低負(fù)荷（低于450MW）的情況下，省煤器出口的煙氣溫度往往低于320℃，而不能滿足設(shè)計(jì)要求。為了避免該情況下，由于不能投入噴氨系統(tǒng)而導(dǎo)致的NOX超標(biāo)，所以對(duì)省煤器的進(jìn)口流量進(jìn)行改造，希望通過減少省煤器的給水流量來提高省煤器出口的煙氣溫度。一定意義上，降低鍋爐的效率，來達(dá)到脫硝進(jìn)口煙氣的溫度，從而在保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上控制環(huán)保數(shù)據(jù)的達(dá)標(biāo)排放。

3.2 省煤器加熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介

省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱給水的一種換熱器。由于最初的使用目的是降低鍋爐排煙溫度，節(jié)約燃料，故稱省煤器。在現(xiàn)代大型高參數(shù)、高容量電站鍋爐中，由于采用回?zé)嵫h(huán)，給水溫度由汽輪機(jī)抽汽加熱，給水溫度高，并用空氣預(yù)熱器來降低排煙溫度。這樣應(yīng)用省煤器的目的則是以其較高的溫差和傳熱系數(shù)，來減少蒸發(fā)受熱面，用廉價(jià)的小管徑、薄壁的省煤器受熱面來代替較昂貴的部分蒸發(fā)受熱面，所以省煤器仍然是鍋爐本體的主要受熱面之一。省煤器在鍋爐中的作用：（1）吸收低溫?zé)煔獾臒崃拷档团艧煖囟?，提高鍋爐效率，節(jié)省燃料；（2）由于給水在進(jìn)入蒸發(fā)受熱面之前，先在省煤器內(nèi)加熱，這樣就減少了水在蒸發(fā)受熱面內(nèi)的吸熱量，因此采用省煤器可以替代部分蒸發(fā)受熱面，也就是以管徑較小，管壁較薄、傳熱溫差較大、價(jià)格較低的省煤器替代部分造價(jià)較高的蒸發(fā)受熱面；（3）提高了進(jìn)入水冷壁的給水溫度，減小水冷壁的溫度梯度，從而減小水冷壁的熱應(yīng)力。

3.3 省煤器加熱系統(tǒng)改進(jìn)工藝

采用加裝省煤器給水旁路的改造方案，即在省煤器進(jìn)出水母管增加旁路，減少省煤器的水量，省煤器的出口水溫提高降低了省煤器的換熱溫差，減少對(duì)流換熱量，提高省煤器出口煙氣溫度，從而保證脫硝反應(yīng)器進(jìn)口的溫度達(dá)到320℃以上。改造方案參見示意圖1：

4 省煤器水側(cè)旁路調(diào)節(jié)的控制簡(jiǎn)介

4.1 省煤器水側(cè)旁路調(diào)節(jié)的控制

通過調(diào)節(jié)旁路調(diào)節(jié)閥的開度來改變旁路給水流量，從而改變流經(jīng)省煤器的給水流量，調(diào)節(jié)省煤器出口煙氣溫度，具體控制框圖見示意圖2。采用串級(jí)控制策略，結(jié)合煙溫/省煤器給水端差、省煤器出口過冷度保護(hù)等控制特點(diǎn)，初步確定了控制方案，根據(jù)實(shí)際情況再進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。另外，當(dāng)省煤器出口水溫過高時(shí)閉鎖該調(diào)門開大。當(dāng)發(fā)生鍋爐MFT時(shí)，保護(hù)關(guān)閉該調(diào)節(jié)閥。

4.2 省煤器水側(cè)旁路隔絕閥的控制

當(dāng)煙氣溫度降低時(shí)，由運(yùn)行人員手動(dòng)開出該隔絕閥，也可根據(jù)省煤器出口煙溫的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉該隔絕閥。

另外，當(dāng)發(fā)生鍋爐MFT跳閘時(shí)，發(fā)信號(hào)保護(hù)關(guān)閉該隔絕閥。

4.3 原有給水進(jìn)口門和旁路調(diào)門的控制

為了有效判斷省煤器旁路的給水分流效果，在未關(guān)閉給水進(jìn)口門并保持原有的給水旁路調(diào)門全開狀態(tài)下，給水旁路調(diào)門通流能力完全能滿足40%～45%（甚至50%）負(fù)荷的給水通流需求。

當(dāng)部分給水通過省煤器水側(cè)旁路進(jìn)入鍋爐后，會(huì)降低省煤器總的出口水溫，而在目前的給水控制回路中存在“給水溫度修正”的功能。投用和退出水側(cè)旁路時(shí)，自動(dòng)對(duì)給水的溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜剂闲拚?/p>

5 寬負(fù)荷脫硝實(shí)際應(yīng)用

5.1 冷態(tài)帶流量試驗(yàn)

為了有效實(shí)現(xiàn)省煤器旁路的給水分流效果，手動(dòng)開啟給水旁路隔絕閥，手動(dòng)開出給水旁路調(diào)溫閥，從全關(guān)位置逐漸開大，開度分別在10%、20%、30%、40%、50%、60%做停留，逐漸調(diào)整給水旁路流量分別至相應(yīng)的設(shè)計(jì)值。待省煤器給水流量和旁路流量穩(wěn)定后，記錄給水主路的流量、壓力、溫度和給水泵電流等測(cè)量值的變化及系統(tǒng)水溫和給水旁路的流量。根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行冷態(tài)系統(tǒng)阻力分析，得出冷態(tài)工況下投旁路時(shí)的流量特性。給水流量分別調(diào)整到1000t/h和1200t/h，重復(fù)上述的步驟，做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)行分析。

5.2 熱態(tài)給水旁路流量試驗(yàn)

該項(xiàng)試驗(yàn)在鍋爐干態(tài)方式下進(jìn)行，原則上不在濕態(tài)下投用寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)。試驗(yàn)具體步驟如下：（1）開啟給水旁路隔絕閥；（2）給水旁路調(diào)溫閥，從全關(guān)位置逐漸開大，手動(dòng)調(diào)節(jié)給水旁路的流量逐步到設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)注目前的給水控制回路，得出在干態(tài)時(shí)寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)對(duì)機(jī)組給水系統(tǒng)的擾動(dòng)情況。記錄各流量點(diǎn)穩(wěn)定后的給水旁路調(diào)溫閥的開度、分離器壓力、溫度、給水泵轉(zhuǎn)速、省煤器出口水溫、給水壓力，系統(tǒng)水溫、給水旁路的流量和給水流量。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)合冷態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行管路阻力分析以及給水旁路調(diào)溫閥的開度流量特性分析；（3）系統(tǒng)的切除試驗(yàn)。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)正常，手動(dòng)切除寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)，觀察分離器參數(shù)、省煤器出口水溫、給水流量、給水壓力和給水泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化。

5.3 低負(fù)荷投運(yùn)試驗(yàn)

在機(jī)組低負(fù)荷區(qū)域，投用寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)，觀察分析寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)的煙溫提升能力，最低負(fù)荷點(diǎn)暫定為450MW。重點(diǎn)觀察和分析寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)的煙氣升溫能力，監(jiān)測(cè)并記錄相關(guān)參數(shù)。

450MW工況：試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷800MW，21點(diǎn)30分開始降負(fù)荷目標(biāo)450MW。23點(diǎn)35分機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在450MW，三磨運(yùn)行，其中E、F磨摻燒平塑煤，D磨摻燒低熱值印尼煤。熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)正式開始后，運(yùn)行人員先手動(dòng)開啟寬負(fù)荷脫硝旁路隔離電動(dòng)閥，再手動(dòng)將寬負(fù)荷脫硝調(diào)溫閥從全關(guān)位逐漸開大至100%，給水系統(tǒng)總流量約為1240t/h，寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)給水流量約500t/h。次日0點(diǎn)31分省煤器出口給水溫度提升了19.2℃（初始值為291.8℃，最終為311.0℃），SCR入口煙溫提高了約8.8℃（初始值為314.3℃，最終為323.1℃）。

6 結(jié)語

采用寬負(fù)荷脫硝改造，確保脫硝反應(yīng)器入口溫度滿足最低限煙氣溫度的要求。具有投資少、易于實(shí)現(xiàn)環(huán)?？刂乒δ艿囊螅话愣?，如果環(huán)境溫度過低會(huì)影響脫硝反應(yīng)器入口溫度，根據(jù)目前的機(jī)組負(fù)荷情況，在低溫天氣下機(jī)組的負(fù)荷一般不會(huì)太低，如果在低負(fù)荷下運(yùn)行，會(huì)影響提高煙氣溫度的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 祝建飛.漕涇電廠全負(fù)荷脫硝改造工程省煤器水側(cè)旁路控制方案[S].上海明華電力技術(shù)工程有限公司，2015.

作者簡(jiǎn)介：楊潔峰（1977-），男，上海人，上海上電漕涇發(fā)電有限公司工程師，研究方向：熱控設(shè)備檢修技術(shù)；任佩雯（1981-），女，江蘇江陰人，上海上電漕涇發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：熱控設(shè)備檢修技術(shù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）