郝哲晶

(大唐長春第二熱電有限責任公司，吉林 長春 130030)

1 設備概況

近年來，國家對大氣環(huán)境保護的管控力度越來越大，連續(xù)發(fā)布了一系列法律法規(guī)。要求國內燃煤電廠達到超低排放標準，煙氣中的氮氧化物排放量不大于50 mg/Nm3[1-3]。大唐長春第二熱電有限責任公司1號爐于1991年投產(chǎn)，鍋爐型號為HG-670/140-YM14。3、4號機組于2005年投產(chǎn)，5號機組于2007年投產(chǎn)，6號機組于2010年投產(chǎn)，3-6號爐型號為HG-670/13.7-YM9，是超高壓高溫、一次中間再熱、單汽包燃煤自然循環(huán)鍋爐，與200 MW汽輪發(fā)電機組成單元制機組，整體呈“Π”型布置。鍋爐前部為燃燒室，采用膜式水冷壁，燃燒室上部布置了全輻射式前屏過熱器，爐膛出口布置了半輻射式后屏過熱器。水平煙道由斜坡水冷壁和側包墻管道組成，水平煙道布置了對流過熱器和再熱器段，頂棚和水平煙道兩側及轉向室布置了頂棚和包墻過熱器，鍋爐后部為豎井煙道，豎井煙道內布置了再熱器冷段、H型省煤器、回轉式預熱器、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)。2014—2015年進行脫硝改造，配套安裝尿素水解脫硝系統(tǒng)，采用熱稀釋風噴氨方式，稀釋風源取自回轉式空氣預熱器出口熱風道，氨氣經(jīng)熱稀釋風稀釋后通過噴氨格柵分支管道射入尾部煙道內，與煙氣中的氮氧化物進行化學反應實現(xiàn)煙氣中的脫硝作用。按照國家超低排放標準要求，在2016—2018年進行超低排放改造，增加備用層催化劑及相關配套設備，改造完成后氮氧化物排放量符合超低排放標準。鍋爐的主要參數(shù)見表1。

表1 設計燃料特性

2 脫硝系統(tǒng)

1-6號機組采用高灰型選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，以尿素水解產(chǎn)生氨氣制備還原劑，其中尿素儲存、制備與供給系統(tǒng)母管管路已經(jīng)建成。每臺鍋爐設2臺SCR反應器，布置在鍋爐省煤器出口與空預器煙氣入口之間，不設反應器旁路和省煤器旁路，SCR區(qū)域采用緊身封閉。脫硝催化劑采用蜂窩式，按“2+1”模式布置，備用層在最上層。經(jīng)超低排放改造后，即在原預留層安裝新一層催化劑。每臺機組在備用層增加8臺聲波吹灰器、4臺蒸汽吹灰器及相應管道附件及控制部分。增加脫硝出口連通煙道。解決鍋爐燃燒后的煙氣流量甲、乙側分配不均，實現(xiàn)聯(lián)箱分流式煙風道。增加備用層催化劑壓力及溫度測量裝置并引入DCS系統(tǒng)。重新確定氨逃逸測點位置，同時氨逃逸測點改為多點測量方式。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用水解工藝，尿素與除鹽水混合進入水解器內，利用蒸汽對尿素進行熱解生產(chǎn)熱解氣，熱解氣由氨氣與水蒸氣組成，熱解氣與稀釋熱風混合進入氨氣管道，通過噴氨格柵分支管道射入煙道內，熱解氣中的氨氣與煙氣中的氮氧化物反應，從而達到消除煙氣中的氮氧化物目的。

3 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)存在問題

由于機組長時間運行，煙氣對預熱器的密封片磨損嚴重，導致預熱器漏風率增大，造成預熱器熱風中的含灰量增加。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)所需要的稀釋熱風取自預熱器熱風出口風道，稀釋熱風中的含灰量較多，極易與水解器生產(chǎn)的水蒸氣混合，導致脫硝噴氨系統(tǒng)管道的彎頭、縮徑管道、聯(lián)箱、噴氨格柵等部位堵灰嚴重，造成脫硝系統(tǒng)稀釋風量減小，進入煙道內的供氨不均等問題。氨氣管道堵塞嚴重時，導致脫硝效率下降，迫使投入氨氣量增加，造成尿素耗量增加，甚至出現(xiàn)環(huán)保超標風險，嚴重時環(huán)保參數(shù)超標可能造成機組被迫停運事故。管道堵塞情況見圖1、圖2。

圖1 脫硝噴嘴堵塞情況

圖2 噴氨格柵分支管道堵塞情況

4 冷風加熱技術

在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的原稀釋風系統(tǒng)基礎上增加一套純凈風冷風煙氣加熱系統(tǒng)，稀釋風機入口風源取自室內，并設置一層篩網(wǎng)，防止雜物進入稀釋風系統(tǒng)中，堵塞噴氨滴管。稀釋風機出口設計一條新管路，將室內風經(jīng)Φ325×7 mm的聯(lián)絡母管再分4路Φ219×6 mm送入SCR出口煙道中進行換熱混合，室內風設計加熱至260～320 ℃，再經(jīng)Φ377×7 mm的管路送回至稀釋風機出口母管中，與原稀釋風出口管道連接。氨氣經(jīng)與加熱后的稀釋風稀釋后一同送入SCR脫硝A、B側噴氨格柵中，實現(xiàn)脫硝作用。新系統(tǒng)與原系統(tǒng)為并列關系，可實現(xiàn)獨立運行功能。當任一系統(tǒng)故障時，可切換至另一系統(tǒng)運行，改造后DCS操作系統(tǒng)操作方式不變。換熱管迎風面加裝防磨角鋼，換熱管采用Q235材質，可以滿足管材防磨要求，磨損壽命大于5年，使用壽命大于8年。改造后將冷風加熱系統(tǒng)作為熱稀釋風的主要運行方式，原有的系統(tǒng)作為備用方式運行，2種系統(tǒng)可以自由切換，有效提高了稀釋風系統(tǒng)的可靠性。通過改造，實現(xiàn)了純凈風輸送氨氣功能，避免脫硝系統(tǒng)積灰堵塞問題發(fā)生，降低人員勞動強度和作業(yè)安全風險，提高設備安全性、穩(wěn)定性，滿足環(huán)保參數(shù)要求[4-5]。冷風加熱系統(tǒng)見圖3。

圖3 冷風加熱系統(tǒng)

5 改造后運行效果

機組經(jīng)過1年的運行時間，通過脫硝稀釋風冷風加熱系統(tǒng)改造后，一是脫硝系統(tǒng)的設備缺陷明顯下降，有效降低人員勞動強度和作業(yè)安全風險；二是可以避免脫硝系統(tǒng)管道、彎頭堵塞問題，實現(xiàn)無塵噴氨，提高脫硝系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性；三是在一定程度上解決了脫硝噴氨不均勻的問題，使進入煙道內氨氣分配更合理，有效提高了脫硝效率；四是通過消除稀釋風含灰量問題，優(yōu)化脫硝反應，降低尿素耗量；五是通過在脫硝出口布置煙氣換熱器吸熱，進而實現(xiàn)降低排煙溫度目的；六是對鍋爐余熱回收提出了新方法，可有效推廣。

6 結論

a.結合排煙溫度高的爐型特點，有效對煙氣余熱進行回收，煙氣加熱系統(tǒng)還會緩解排煙溫度問題，使脫硝稀釋風冷風煙氣加熱系統(tǒng)改造一舉兩得。安裝管式換熱器，空預器入口煙溫可降低6 ℃，排煙溫度降低2 ℃，鍋爐效率增加0.1個百分點。

b.冷風加熱技術改造完成后，機組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，經(jīng)查閱運行參數(shù)，甲乙側稀釋風量可長期維持在2000 Nm3/h，噴氨格柵測溫正常，最低溫度大于120 ℃，噴氨格柵堵塞問題得到根本解決，人員巡視檢查和維護工作量大幅度減少，脫硝系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性得到提升，環(huán)保風險進一步降低，可為存在類似問題的同類型機組提供借鑒。