楊 坤，申偉偉，王 羽

(1.北京國電智通節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100053；2.國家電投集團(tuán)中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036011)

隨著電網(wǎng)容量的增加和用電結(jié)構(gòu)的變化，電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差值逐漸增大，對(duì)調(diào)峰電源的需求也逐漸升高。大容量機(jī)組在我國各大電網(wǎng)占有的比例越來越大，因而大容量機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行已成必然趨勢(shì)。提高火電機(jī)組的靈活性，為國內(nèi)清潔能源讓路，在保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，燃煤機(jī)組要求鍋爐在機(jī)組≤30%額定負(fù)荷條件下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低鍋爐出口NOX的排放值。提高電廠鍋爐投運(yùn)穩(wěn)定靈活性，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰(低負(fù)荷運(yùn)行)，快速啟停，爬坡能力加強(qiáng)?；鹆Πl(fā)電廠“超低負(fù)荷靈活性穩(wěn)定運(yùn)行”改造工作勢(shì)在必行[1-3]。

本文所分析機(jī)組是哈爾濱鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)制造的配300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式，設(shè)計(jì)燃料為褐煤。本文以20%TRL目標(biāo)進(jìn)行脫硝系統(tǒng)改造方案的分析和探討。

1 寬負(fù)荷脫硝改造方案

20%TRL試驗(yàn)期間，SCR入口煙溫在292℃，故需要考慮對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行全負(fù)荷脫硝研究。通常SCR裝置的最佳反應(yīng)溫度范圍為300～400℃，對(duì)于特定的裝置，催化劑的設(shè)計(jì)溫度范圍稍有變化，通常按照鍋爐正常負(fù)荷的省煤器出口煙溫設(shè)計(jì)，當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙氣溫度會(huì)低于下限值，無法滿足脫硝裝置的溫度要求。寬負(fù)荷脫硝技術(shù)一般分為兩類：(1)催化劑改造為低溫催化劑，使得催化劑能夠滿足低負(fù)荷時(shí)煙氣溫度的運(yùn)行要求；(2)提高進(jìn)入SCR煙氣的溫度，控制機(jī)組在任意負(fù)荷下反應(yīng)器中煙氣溫度均在300～400℃之間。目前低溫催化劑僅存在于實(shí)驗(yàn)室階段，本本主要討論提高SCR入口煙氣溫度的方法，采取的改造方案主要有以下幾種：(a)簡單水旁路方案；(b)省煤器熱水再循環(huán)；(c)煙氣旁路方案。

1.1 簡單水旁路

該方案是通過在省煤器進(jìn)口集箱之前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水短路，直接引至下降管中，減少流經(jīng)省煤器的給水量，從而減少省煤器從煙氣中的吸熱量，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。

方案的改造范圍：

需要設(shè)置的管道旁路包括：冷熱水混合器，調(diào)節(jié)閥，截止閥，止回閥，新增原給水管道至下降管之間的給水管道，管道支吊架，其他疏水設(shè)置等。

1.2 省煤器流量置換方案

該方案是在省煤器簡單水旁路的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步發(fā)展的方案。第一部分也是通過在省煤器進(jìn)口集箱之前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水短路直接引至下降管中，減少流經(jīng)省煤器的給水量，從而減小省煤器從煙氣中吸熱量。第二部分再通過熱水再循環(huán)系統(tǒng)將省煤器出口的熱水再循環(huán)(增加泵)引至省煤器進(jìn)口，提高省煤器進(jìn)口的水溫，降低省煤器的吸熱量，提高省煤器出口的煙氣溫度。

方案需要改造的范圍：

方案在冷熱水混合器，調(diào)節(jié)閥，截止閥，止回閥，新增原給水管道至下降管之間的給水管道，管道支吊架，其他疏水設(shè)置等的基礎(chǔ)之上，增加了一套省煤器再循環(huán)系統(tǒng)，包括：再循環(huán)泵，壓力容器罐，調(diào)節(jié)閥，截止閥，止回閥，以及相應(yīng)的疏水系統(tǒng)。

1.3 煙氣旁路方案

本方案是通過設(shè)置一個(gè)煙氣旁路將高溫?zé)煔庵苯右隨CR入口處與省煤器出口的低溫?zé)煔饣旌?，提高SCR入口煙溫的方案。該方案設(shè)置簡單，該方案一般用于雙煙道以及有施工條件的機(jī)組。

方案改造范圍：

包括鍋爐增加的旁路煙道，原煙道的拆除，關(guān)斷閥、膨脹節(jié)調(diào)節(jié)擋板、支吊SCR基礎(chǔ)鋼架的校核與加固，增加吹灰器，平臺(tái)扶梯等。

該方案通過在轉(zhuǎn)向室的兩側(cè)的煙道上開孔，抽走一部分煙氣引至SCR入口煙道處，在低負(fù)荷下，通過抽取較高溫度的煙氣與省煤器出口過來的煙氣混合，使低負(fù)荷下SCR入口處的煙氣溫度提高。煙氣旁路方案會(huì)使再熱汽溫有所降低。煙氣從煙氣轉(zhuǎn)向室處旁路方案從轉(zhuǎn)向室抽取煙氣的原因是此處煙溫較高以及抽取的煙氣量比較合適，通過計(jì)算得出，從轉(zhuǎn)向室需要抽取10%左右煙氣，若從尾部豎井煙道的其他位置抽取，所需的煙氣量較大，通過阻力平衡以及擋板很難調(diào)節(jié)所要的煙氣量通過旁路，從而達(dá)不到效果，另外，從更高煙溫處抽取煙氣，一方面會(huì)影響高溫受熱面吸熱，另一方面煙氣混合不均時(shí)的影響更大，因此一般選擇在轉(zhuǎn)向室處。

2 各方案評(píng)價(jià)

2.1 省煤器簡單水旁路方案

改造效果上：本方案高低負(fù)荷下可以提高SCR入口煙溫10℃左右，改造后在75%TRL負(fù)荷以上可以維持SCR入口煙溫在315℃以上，在50%TRL負(fù)荷可以提高SCR入口煙溫10℃，根據(jù)目前電廠省煤器出口煙溫來看，在20%TRL下，煙氣溫度勉強(qiáng)達(dá)到300℃。

安全可靠性上：通過旁路省煤器的給水，可以提高省煤器出口煙溫10℃左右，此時(shí)，省煤器懸吊管的溫度仍然有一定的過冷度，完全可以保證省煤器的安全。即在保證省煤器懸吊管溫度有過冷度的前提下，低負(fù)荷下可以提高省煤器出口煙溫10℃左右。

工程投資及復(fù)雜性：

工程投資小，系統(tǒng)簡單，安全可靠?？偼顿Y在300萬左右。

應(yīng)用調(diào)研情況：

目前國內(nèi)采用簡單水旁路方案改造成功的業(yè)績較少，如國電投平圩電廠，浙能紹興熱電等。實(shí)爐試驗(yàn)的效果與計(jì)算值基本一致，在10℃左右。

該方案總投資費(fèi)用較低，保證省煤器安全的前提下，SCR出口煙氣溫度提升10℃左右。

2.2 省煤器流量置換方案

改造效果上：

可以在50%負(fù)荷到30%BMCR負(fù)荷之間，通過循環(huán)泵循環(huán)一部分熱水配合旁路一定流量的給水，能保證省煤器各個(gè)負(fù)荷下，省煤器出口煙溫達(dá)到315℃滿足煙溫要求。

安全可靠性上：

通過循環(huán)泵循環(huán)一部分熱水配合旁路一定流量的給水，可以使各個(gè)負(fù)荷省煤器出口煙溫都可以達(dá)到315℃以上，此時(shí)，省煤器懸吊管的溫度仍然有一定的過冷度，完全可以保證省煤器的安全，同時(shí)也滿足目前國內(nèi)要求的調(diào)峰實(shí)際情況，另外增加了泵自身的旁路，避免了泵的啟停，保證了泵的安全運(yùn)行。

工程投資及復(fù)雜性：

本方案進(jìn)一步改善SCR入口煙氣溫度，需要設(shè)置一條再循環(huán)泵旁路系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，在高負(fù)荷下不調(diào)節(jié)時(shí)不會(huì)對(duì)鍋爐產(chǎn)生影響。投資約1200萬。

對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響：

改造后，在高負(fù)荷下，不需要泵循環(huán)熱水以及旁路給水，因此不會(huì)影響到鍋爐正常運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性跟改造前一樣。在低負(fù)荷下，需要泵循環(huán)熱水以及旁路部分給水，鍋爐排煙溫度會(huì)升高，效率會(huì)有所降低。

應(yīng)用調(diào)研情況：

目前國內(nèi)改造成功的電廠有：沙角C廠、闞山電廠、利港電廠等。實(shí)爐運(yùn)行效果跟理論分析一致，提升溫度可到40℃，運(yùn)行中投自動(dòng)，人工不干預(yù)。在國家要求深度調(diào)峰的大背景下，大多數(shù)電廠采用該方案配合低負(fù)荷穩(wěn)燃。

2.3 煙氣旁路方案

通過設(shè)置一個(gè)煙氣旁路將高溫?zé)煔庵苯右隨CR入口處與省煤器出口的低溫?zé)煔饣旌?，提高SCR入口煙溫。

改造效果上：

根據(jù)同類機(jī)組，采用煙氣旁路方案鍋爐在低負(fù)荷下最多可以提升SCR入口煙溫20℃。旁路煙道的煙氣量時(shí)根據(jù)旁路煙道的阻力和原主煙道阻力平衡得出的，在實(shí)際工程中對(duì)于單煙道鍋爐，不經(jīng)過調(diào)節(jié)的話往往主煙道的阻力并不足以讓通過旁路煙道的煙氣量達(dá)到理論值，因此調(diào)節(jié)效果不理想，單煙道若增加擋板，增加施工和成本。

安全可靠性上：

旁路煙道在不用時(shí)是關(guān)閉的，當(dāng)長時(shí)間不用時(shí)，關(guān)閉閥上會(huì)積滿灰，等需要用時(shí)，存在關(guān)斷閥打不開的現(xiàn)象。很多煙氣旁路工程應(yīng)用不好的原因在于，現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)讓旁路的高溫?zé)煔夂褪∶浩鞒隹诘牡蜏責(zé)煔獠荒芑旌暇鶆?，?dǎo)致局部煙氣溫度高，而局部煙氣溫度低，局部過高的煙氣可能導(dǎo)致SCR催化劑燒結(jié)失效。這對(duì)于機(jī)組是十分不利的。因此該方案一般用于雙煙道以及有施工條件的機(jī)組。

工程投資及復(fù)雜性：

整個(gè)方案設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)煙氣旁路通道，在旁路煙道中安裝膨脹節(jié)、關(guān)斷閥以及調(diào)節(jié)閥。

對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響：

方案三改造后對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性在高負(fù)荷完全關(guān)閉關(guān)斷閥不考慮煙氣泄漏的情況下不影響，在低負(fù)荷下打開旁路煙道，讓高溫?zé)煔馀c省煤器出口的低溫?zé)煔庵苯踊旌希岣逽CR入口煙氣溫度，因此鍋爐效率降低。

應(yīng)用調(diào)研情況：

目前國內(nèi)改造成功的電廠有：潮州電廠以及北方一些機(jī)組。方案評(píng)價(jià)：煙氣旁路方案適用于雙煙道爐型，同時(shí)該方案實(shí)施后存在幾個(gè)問題：1)旁路煙道的關(guān)斷閥如果長期不用，可能導(dǎo)致卡死打不開。2)旁路煙道不能完全關(guān)死，存在一定的漏氣量。3)旁路煙道后，冷熱煙氣混合不均勻，可能導(dǎo)致較高負(fù)荷下SCR局部催化劑燒結(jié)。鑒于這幾點(diǎn)考慮，一般不推薦旁路煙道方案。

3 結(jié)論與探討

改造效果對(duì)比如表1。

表1 寬負(fù)荷脫硝方案對(duì)比

在火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行越來越成為常態(tài)的背景下，超低負(fù)荷下鍋爐SCR入口煙溫達(dá)不到脫硝設(shè)備安全投運(yùn)的煙溫要求，影響機(jī)組的安全溫度運(yùn)行。為此，針對(duì)該300MW機(jī)組寬負(fù)荷脫硝進(jìn)行研究，形成如下結(jié)論：

從調(diào)節(jié)煙溫的效果和改造效果上來看，煙氣旁路、省煤器熱水再循環(huán)方案均能提升SCR入口煙溫20～30℃。

煙氣旁路方案對(duì)機(jī)組的改造適應(yīng)性有缺陷，主要表現(xiàn)在：(1)尾部煙道為單煙道，旁路煙道的煙氣量不能滿足要求，如果加裝擋板調(diào)節(jié)存在較大的布置和施工困難；(2)采用煙氣旁路方案對(duì)高低溫?zé)煔獾幕旌?，后期的安全運(yùn)行和運(yùn)行維護(hù)的可靠性均存在安全缺陷。高負(fù)荷煙氣混合不好容易使催化劑燒結(jié)；(3)煙氣擋板長時(shí)間不用容易發(fā)生卡塞，尤其目前運(yùn)行低負(fù)荷少時(shí)；(4)旁路煙道存在漏煙，不能完全關(guān)斷，在高負(fù)荷時(shí)影響鍋爐爐效。

省煤器熱水再循環(huán)方案系統(tǒng)方案復(fù)雜，提升煙溫效果好，但是該方案投資較大，選取進(jìn)口循環(huán)泵和進(jìn)口閥門安裝周期較長，同時(shí)投資額在1000萬以上，因此不推薦熱水再循環(huán)方案。

簡單水旁路方案是省煤器熱水再循環(huán)方案的一部分，該方案提升煙溫效果在10℃左右，總體改造方案實(shí)施簡單，投資較少在300萬左右。

考慮到目前機(jī)組在20%負(fù)荷工況下的實(shí)際煙溫在292℃，距離300℃煙溫差距在10℃以內(nèi)，從技術(shù)方案的角度和投資效果來說，推薦簡單水旁路方案作為深度調(diào)峰的脫硝改造方案。