鐘耕壘，閆金山，王珊，李瀟，張綺

(北京清遠(yuǎn)順合環(huán)保科技有限公司，北京 100043）

1 概述

中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，風(fēng)電、太陽能等新能源裝機(jī)已呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，未來新能源將逐步成為我國(guó)的主體電源，在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)中，燃煤火電機(jī)組在電力系統(tǒng)中的定位將從基本電源、主力電源向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。

國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司1#機(jī)組為350MW亞臨界一次中間再熱燃煤凝汽式機(jī)組，于1999年12月投產(chǎn)運(yùn)行。配套的1#鍋爐為日本三菱重工神戶造船所生產(chǎn)的亞臨界控制循環(huán)燃煤汽包鍋爐。一次中間再熱、單爐膛、雙切圓燃燒、鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、固態(tài)排渣煤粉爐,鍋爐汽包采用帶內(nèi)襯套的雙層結(jié)構(gòu)，鍋爐水冷壁采用氣密式焊接結(jié)構(gòu)，直接吸收輻射熱的水冷壁管采用內(nèi)螺紋管。鍋爐裝有3臺(tái)無軸封水浸式電動(dòng)爐水循環(huán)泵，2臺(tái)三分倉空氣預(yù)熱器。通風(fēng)方式為平衡通風(fēng)，2臺(tái)雙速雙吸離心式引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)、2臺(tái)雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)。每臺(tái)爐設(shè)置16只低NOX燃燒器，四角布置，分級(jí)配風(fēng)，切圓燃燒。4臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)、8臺(tái)電子稱重式皮帶給煤機(jī)。

國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司1#機(jī)組鍋爐在深度調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行階段，由于進(jìn)入SCR的煙氣溫度低于脫硝反應(yīng)的最低溫度要求，從而導(dǎo)致催化劑活性降低，不能達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的脫硝效率，無法滿足環(huán)保排放要求。為了滿足煙氣的達(dá)標(biāo)排放要求，應(yīng)用熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)工況下，煙氣進(jìn)入SCR脫硝入口的溫度＞295℃的運(yùn)行要求。

2 熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)說明

全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)投入是指發(fā)電機(jī)組在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，脫硝系統(tǒng)保持在任何負(fù)荷段全程投入，實(shí)現(xiàn)NOX達(dá)標(biāo)排放。目前，國(guó)內(nèi)火電機(jī)組基本上都安裝了SCR選擇性脫硝裝置，但設(shè)計(jì)時(shí)未考慮全負(fù)荷脫硝的要求，在深度調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，爐膛溫度下降，煙氣進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器前溫度滿足不了脫硝反應(yīng)的最低溫度要求，導(dǎo)致催化劑活性降低，不能達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的脫硝效率，無法滿足環(huán)保排放要求。因此，提高進(jìn)入SCR反應(yīng)器入口的煙氣溫度，是火電機(jī)組滿足深度調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行煙氣達(dá)標(biāo)排放需求的最佳技術(shù)途徑。

省煤器熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)，技術(shù)原理是，為省煤器加裝一組熱水再循環(huán)管線及相應(yīng)流量控制裝，從調(diào)節(jié)省煤器內(nèi)運(yùn)行工質(zhì)溫度的角度出發(fā)，通過加裝的熱水再循環(huán)管線，經(jīng)機(jī)組爐水循環(huán)泵加壓后，將一部分熱水返送至省煤器入口處與鍋爐給水混合，提高進(jìn)入省煤器的工質(zhì)溫度，減少了省煤器工質(zhì)從煙氣中的吸收熱量，提高了省煤器出口的煙氣溫度，最終提高了煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器的溫度。省煤器熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)方案原理，如圖1所示。

圖1 省煤器熱水再循環(huán)方案原理圖

3 熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)在350MW亞臨界鍋爐的應(yīng)用

國(guó)華三河發(fā)電有限公司聘請(qǐng)華北電科院對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行了深度調(diào)峰運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為，在140MW負(fù)荷下，A側(cè)有3個(gè)點(diǎn)低于脫硝退出限值295℃，B側(cè)有4個(gè)點(diǎn)低于脫硝退出限值295℃，溫度測(cè)點(diǎn)煙溫分布見圖2、圖3所示，因此，國(guó)華三河發(fā)電有限公司1#機(jī)組不具備深調(diào)峰的能力，為滿足調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煙氣達(dá)標(biāo)排放要求，采用熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)，達(dá)到煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器的溫度高于脫硝退出最低溫度限值295℃的要求。

圖2 140MW負(fù)荷A側(cè)SCR入口煙溫實(shí)測(cè)分布

圖3 140MW負(fù)荷B側(cè)SCR入口煙溫實(shí)測(cè)分布

3.1 350MW亞臨界機(jī)組鍋爐全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

根據(jù)三河發(fā)電有限公司1#機(jī)組實(shí)際情況，充分利用目前機(jī)組鍋爐的爐水循環(huán)泵，設(shè)計(jì)了利舊泵的熱水再循環(huán)系統(tǒng)方案，改造目標(biāo)是機(jī)組運(yùn)行在122.5MW及以上負(fù)荷，熱水再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后脫硝入口煙溫達(dá)到295℃以上，設(shè)計(jì)水阻孔板憋壓閥安裝在了1A爐水循環(huán)泵的出口，利舊泵的熱水再循環(huán)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 三河發(fā)電利舊泵熱水再循環(huán)設(shè)計(jì)圖

省煤器熱水再循環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)流程為：爐水泵出口管道→省煤器熱水再循環(huán)管道→主給水管道。省煤器熱水再循環(huán)管道上裝有爐水泵出口水阻孔板憋壓閥、再循環(huán)管道電動(dòng)閘閥、再循環(huán)管道手動(dòng)閘閥、再循環(huán)管道流量計(jì)、再循環(huán)管道止回閥。具體布置方案是自1A爐水泵出口管路上通過三通引出再循環(huán)管線，再循環(huán)管線上設(shè)有電動(dòng)閘閥、手動(dòng)閘閥、流量測(cè)量裝置和止回閥，最終將再循環(huán)管道引入省煤器入口管道。在爐水泵出口管線與再循環(huán)管線接口的下游設(shè)有水阻孔板憋壓閥，水阻孔板憋壓閥的作用是在煙溫波動(dòng)較大時(shí)，保證再循環(huán)管道上有足夠的壓差進(jìn)行再循環(huán)流量調(diào)節(jié)，而在系統(tǒng)退出時(shí)，水阻孔板憋壓閥不產(chǎn)生節(jié)流損失，對(duì)原有管系也不造成任何影響。

按照國(guó)華三河發(fā)電有限公司350MW機(jī)組鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)，將各負(fù)荷下改造前后的省煤器出口水溫、鍋爐排煙溫度、省煤器出口水溫報(bào)警函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。改造前后省煤器出口水溫及鍋爐排煙溫度詳見表1。

表1 不同負(fù)荷改造前后計(jì)算數(shù)據(jù)匯總

從表1可以看出，熱水再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后，不同負(fù)荷下空預(yù)器出口排煙溫度均有不同程度的上升：20%THA負(fù)荷排煙溫度升6.2℃，35%THA負(fù)荷排煙溫度升5℃，40%THA負(fù)荷排煙溫度升3.5℃。

同時(shí)，利用省煤器流量偏差分析軟件，結(jié)合三河電廠省煤器的實(shí)際結(jié)構(gòu)及進(jìn)水方式，匯總分析得出了省煤器懸吊管出口水溫報(bào)警函數(shù)：

式中，Talarm為報(bào)警溫度，℃；Ts為省煤器出口測(cè)點(diǎn)壓力下飽和溫度，℃；P為省煤器入口壓力，MPa；F為鍋爐給水流量，t/h。

從表1可以看出，20%THA負(fù)荷下的懸吊管出口飽和溫度為308℃，35%THA負(fù)荷下的懸吊管出口飽和溫度為327℃；40%THA負(fù)荷下的懸吊管出口飽和溫度為328℃。根據(jù)此2種運(yùn)行負(fù)荷下的省煤器入口壓力、鍋爐給水流量可以計(jì)算得出20%THA、35%THA及40%THA兩種負(fù)荷下的省煤器懸吊管出口報(bào)警溫度為302.20℃、321.09℃及321.91℃。

也就是說，熱水再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后，只要省煤器懸吊管出口水溫不超過鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù)下的動(dòng)態(tài)報(bào)警值，省煤器的運(yùn)行就是絕對(duì)安全的。

3.2 350MW亞臨界機(jī)組鍋爐全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)調(diào)試說明

系統(tǒng)初次起爐投運(yùn)時(shí)，需要將再循環(huán)管道上的電動(dòng)閘閥和手動(dòng)閘閥打開，同時(shí)，打開新增再循環(huán)管頂部的排氣閥，待氣排凈后將電動(dòng)閘閥關(guān)閉，手動(dòng)閘閥可保持全開狀態(tài)。系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，主要是針對(duì)兩個(gè)電動(dòng)門的開關(guān)操作：再循環(huán)電動(dòng)閘閥、泵出口水阻孔板憋壓閥。

（1）開啟新增再循環(huán)管道電動(dòng)閘閥。由運(yùn)行操作人員遠(yuǎn)程啟動(dòng)電動(dòng)閥門開啟指令；電動(dòng)閘閥開啟過程中如出現(xiàn)閥門故障，應(yīng)立即上報(bào)并停止閥門開啟，查找原因并進(jìn)行糾正；若電動(dòng)閘閥正常開啟，則進(jìn)入下一步。過程中將上述參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)預(yù)定值進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)，還在現(xiàn)場(chǎng)觀察再循環(huán)管路，如出現(xiàn)管路振動(dòng)，應(yīng)立即關(guān)閉再循環(huán)電動(dòng)閘閥，排除問題后方可重新投入。若新增省煤器再循環(huán)電動(dòng)閘閥全開時(shí)，SCR入口煙溫仍未達(dá)到預(yù)定值（295℃），進(jìn)入步驟（2）。

（2）維持再循環(huán)電動(dòng)閘閥和手動(dòng)閘閥處于全開狀態(tài)，將新增爐水循環(huán)泵出口水阻孔板憋壓閥關(guān)閉至提前設(shè)定的中停位置甚至全關(guān)。該水阻孔板憋壓閥關(guān)閉過程中，應(yīng)觀察以下參數(shù)：給水流量，再循環(huán)流量，SCR入口煙溫，汽包水位，爐水泵的電流、差壓、溫度等相關(guān)參數(shù)，水冷壁出口壁溫。

在運(yùn)行過程中，密切注意新增再循環(huán)管道內(nèi)流量的變化，同時(shí)，觀察SCR入口煙溫的變化，直至煙溫滿足要求，該水阻孔板憋壓閥可完全關(guān)閉。

手動(dòng)調(diào)試完成后，記錄各負(fù)荷下泵出口水阻孔板憋壓閥的關(guān)閉位置（處于某個(gè)中停位置或者全關(guān)），將系統(tǒng)投入自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，可采用階梯狀控制策略，使SCR入口煙溫值到達(dá)設(shè)定值。

3.3 350MW亞臨界機(jī)組鍋爐全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)運(yùn)行說明

國(guó)華三河發(fā)電有限公司1#機(jī)組鍋爐全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)于2020年10月21日隨機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)行了熱態(tài)調(diào)試，從圖5可以看出，系統(tǒng)投運(yùn)后脫硝入口煙氣溫升效果明顯，全程達(dá)到了煙氣進(jìn)入SCR脫硝入口的溫度＞295℃的運(yùn)行要求。

圖5 全負(fù)荷脫硝運(yùn)行參數(shù)圖

國(guó)華三河發(fā)電有限公司熱水復(fù)合再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后，表2給出了水阻孔板憋壓閥全關(guān)時(shí)的熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)表，從表2可以看出，水阻孔板憋壓閥全關(guān)時(shí)再循環(huán)流量為501t/h（新增再循環(huán)流量計(jì)測(cè)量），爐水泵的差壓為321kPa，爐水泵出口水溫為287.74℃，爐水泵入口壓力約為7.73MPa。

表2 熱水再循環(huán)全負(fù)荷系統(tǒng)投運(yùn)后鍋爐運(yùn)行參數(shù)表

經(jīng)計(jì)算此時(shí)工質(zhì)比容為0.0217ft3/lb，由此可以計(jì)算出此時(shí)爐水泵的揚(yáng)程約為44m，根據(jù)爐水泵的特性曲線（見圖6，圖6中箭頭所指的位置為系統(tǒng)投運(yùn)后的爐水泵工作點(diǎn)），此揚(yáng)程下對(duì)應(yīng)的爐水泵的出口流量約為670m3/h（折合成此壓力和溫度下的質(zhì)量流量為500t/h），可以看出，此時(shí)爐水循環(huán)泵運(yùn)行的工作點(diǎn)位于爐水泵性能曲線上，說明此爐水泵運(yùn)行是安全的，且性能并未發(fā)生明顯的衰減。

圖6 國(guó)華三河電廠爐水循環(huán)泵特性曲線圖

4 結(jié)語

國(guó)華三河發(fā)電有限公司350MW機(jī)組鍋爐基于深度調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行煙氣脫硝要求，設(shè)計(jì)安裝了熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)，通過對(duì)熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)大幅度提升了國(guó)華三河發(fā)電有限公司350MW機(jī)組鍋爐的煙氣進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器入口的溫度，在機(jī)組并網(wǎng)前，脫硝入口煙氣溫度已大于295℃，滿足了脫硝反應(yīng)的最低溫度要求，從而保證了機(jī)組鍋爐煙氣的達(dá)標(biāo)排放。

（2）熱水再循環(huán)全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用了1A爐水循環(huán)泵，在熱水再循環(huán)系統(tǒng)投入及出口水阻孔板憋壓閥關(guān)閉的過程中，1A爐水循環(huán)泵運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行的工作點(diǎn)位于爐水循環(huán)泵性能曲線上，未偏離原爐水泵的特性曲線，發(fā)揮了1A爐水循環(huán)泵的作用。