某300MW机组20%TRL工况宽负荷脱硝技术改造方案探讨

第３期 收稿日期：２０１８－１１－０８作者简介：杨　坤（１９８４—），男，工程师，从事电力环保咨询服务工作。

某３００ＭＷ机组２０％ＴＲＬ工况宽负荷脱硝技术改造方案探讨杨　坤１，申伟伟２，王　羽１（１．北京国电智通节能环保科技有限公司，北京　１０００５３；２．国家电投集团中电神头发电有限责任公司，山西朔州　０３６０１１）摘要：为应对全国范围内可再生能源消纳，部分区域负荷波动大，机组调节困难等问题。

进行灵活性改造，提高机组深度调峰能力的燃煤电站在市场中更具备竞争力。

改造过程中，由于低负荷造成的氮氧化物排放超标属于重点和难点。

本文通过２０％ＴＲＬ工况下改造方案，探讨改造可能产生的问题，并提出解决方案。

关键词：脱硝系统；灵活性改造；３００ＭＷ机组中图分类号：Ｘ７８４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０３－００８３－０２ 随着电网容量的增加和用电结构的变化，电网峰谷负荷差值逐渐增大，对调峰电源的需求也逐渐升高。

大容量机组在我国各大电网占有的比例越来越大，因而大容量机组参与调峰运行已成必然趋势。

提高火电机组的灵活性，为国内清洁能源让路，在保证电网稳定运行的前提下，燃煤机组要求锅炉在机组≤３０％额定负荷条件下能够稳定运行，同时降低锅炉出口ＮＯＸ的排放值。

提高电厂锅炉投运稳定灵活性，实现深度调峰（低负荷运行），快速启停，爬坡能力加强。

火力发电厂“超低负荷灵活性稳定运行”改造工作势在必行［１－３］。

本文所分析机组是哈尔滨锅炉厂有限公司设计制造的配３００ＭＷ汽轮发电机组的亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，设计燃料为褐煤。

本文以２０％ＴＲＬ目标进行脱硝系统改造方案的分析和探讨。

１　宽负荷脱硝改造方案２０％ＴＲＬ试验期间，ＳＣＲ入口烟温在２９２℃，故需要考虑对ＳＣＲ系统进行全负荷脱硝研究。

通常ＳＣＲ装置的最佳反应温度范围为３００～４００℃，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。

宽负荷脱硝技术一般分为两类：（１）催化剂改造为低温催化剂，使得催化剂能够满足低负荷时烟气温度的运行要求；（２）提高进入ＳＣＲ烟气的温度，控制机组在任意负荷下反应器中烟气温度均在３００～４００℃之间。

目前低温催化剂仅存在于实验室阶段，本本主要讨论提高ＳＣＲ入口烟气温度的方法，采取的改造方案主要有以下几种：（ａ）简单水旁路方案；（ｂ）省煤器热水再循环；（ｃ）烟气旁路方案。

１．１　简单水旁路该方案是通过在省煤器进口集箱之前设置调节阀和连接管道，将部分给水短路，直接引至下降管中，减少流经省煤器的给水量，从而减少省煤器从烟气中的吸热量，以达到提高省煤器出口烟温的目的。

方案的改造范围：需要设置的管道旁路包括：冷热水混合器，调节阀，截止阀，止回阀，新增原给水管道至下降管之间的给水管道，管道支吊架，其他疏水设置等。

１．２　省煤器流量置换方案该方案是在省煤器简单水旁路的基础之上进一步发展的方案。

第一部分也是通过在省煤器进口集箱之前设置调节阀和连接管道，将部分给水短路直接引至下降管中，减少流经省煤器的给水量，从而减小省煤器从烟气中吸热量。

第二部分再通过热水再循环系统将省煤器出口的热水再循环（增加泵）引至省煤器进口，提高省煤器进口的水温，降低省煤器的吸热量，提高省煤器出口的烟气温度。

方案需要改造的范围：方案在冷热水混合器，调节阀，截止阀，止回阀，新增原给水管道至下降管之间的给水管道，管道支吊架，其他疏水设置等的基础之上，增加了一套省煤器再循环系统，包括：再循环泵，压力容器罐，调节阀，截止阀，止回阀，以及相应的疏水系统。

１．３　烟气旁路方案本方案是通过设置一个烟气旁路将高温烟气直接引入ＳＣＲ入口处与省煤器出口的低温烟气混合，提高ＳＣＲ入口烟温的方案。

该方案设置简单，该方案一般用于双烟道以及有施工条件的机组。

方案改造范围：包括锅炉增加的旁路烟道，原烟道的拆除，关断阀、膨胀节调节挡板、支吊ＳＣＲ基础钢架的校核与加固，增加吹灰器，平台扶梯等。

该方案通过在转向室的两侧的烟道上开孔，抽走一部分烟气引至ＳＣＲ入口烟道处，在低负荷下，通过抽取较高温度的烟气与省煤器出口过来的烟气混合，使低负荷下ＳＣＲ入口处的烟气温度提高。

烟气旁路方案会使再热汽温有所降低。

烟气从烟气转向室处旁路方案从转向室抽取烟气的原因是此处烟温较高以及抽取的烟气量比较合适，通过计算得出，从转向室需要抽取１０％左右烟气，若从尾部竖井烟道的其他位置抽取，所需的烟气量较大，通过阻力平衡以及挡板很难调节所要的烟气量通过旁路，从而达不到效果，另外，从更高烟温处抽取烟气，一方面会影响高温受热面吸热，另一方面烟气混合不均时的影响更大，因此一般选择在转向室处。

２　各方案评价２．１　省煤器简单水旁路方案改造效果上：本方案高低负荷下可以提高ＳＣＲ入口烟温１０℃左右，改造后在７５％ＴＲＬ负荷以上可以维持ＳＣＲ入口烟温在３１５℃以上，在５０％ＴＲＬ负荷可以提高ＳＣＲ入口烟温１０℃，根据目前电厂省煤器出口烟温来看，在２０％ＴＲＬ下，烟气温度勉强达到３００℃。

安全可靠性上：通过旁路省煤器的给水，可以提高省煤器出口烟温１０℃左右，此时，省煤器悬吊管的温度仍然有一定的过冷度，完全可以保证省煤器的安全。

即在保证省煤器悬吊管温度有过冷度的前提下，低负荷下可以提高省煤器出口烟温１０℃左右。

工程投资及复杂性：工程投资小，系统简单，安全可靠。

总投资在３００万左右。

应用调研情况：目前国内采用简单水旁路方案改造成功的业绩较少，如国电投平圩电厂，浙能绍兴热电等。

实炉试验的效果与计算值基·３８·杨　坤，等：某３００ＭＷ机组２０％ＴＲＬ工况宽负荷脱硝技术改造方案探讨山　东　化　工本一致，在１０℃左右。

该方案总投资费用较低，保证省煤器安全的前提下，ＳＣＲ出口烟气温度提升１０℃左右。

２．２　省煤器流量置换方案改造效果上：可以在５０％负荷到３０％ＢＭＣＲ负荷之间，通过循环泵循环一部分热水配合旁路一定流量的给水，能保证省煤器各个负荷下，省煤器出口烟温达到３１５℃满足烟温要求。

安全可靠性上：通过循环泵循环一部分热水配合旁路一定流量的给水，可以使各个负荷省煤器出口烟温都可以达到３１５℃以上，此时，省煤器悬吊管的温度仍然有一定的过冷度，完全可以保证省煤器的安全，同时也满足目前国内要求的调峰实际情况，另外增加了泵自身的旁路，避免了泵的启停，保证了泵的安全运行。

工程投资及复杂性：本方案进一步改善ＳＣＲ入口烟气温度，需要设置一条再循环泵旁路系统，系统稳定可靠，在高负荷下不调节时不会对锅炉产生影响。

投资约１２００万。

对经济性的影响：改造后，在高负荷下，不需要泵循环热水以及旁路给水，因此不会影响到锅炉正常运行，经济性跟改造前一样。

在低负荷下，需要泵循环热水以及旁路部分给水，锅炉排烟温度会升高，效率会有所降低。

应用调研情况：目前国内改造成功的电厂有：沙角Ｃ厂、阚山电厂、利港电厂等。

实炉运行效果跟理论分析一致，提升温度可到４０℃，运行中投自动，人工不干预。

在国家要求深度调峰的大背景下，大多数电厂采用该方案配合低负荷稳燃。

２．３　烟气旁路方案通过设置一个烟气旁路将高温烟气直接引入ＳＣＲ入口处与省煤器出口的低温烟气混合，提高ＳＣＲ入口烟温。

改造效果上：根据同类机组，采用烟气旁路方案锅炉在低负荷下最多可以提升ＳＣＲ入口烟温２０℃。

旁路烟道的烟气量时根据旁路烟道的阻力和原主烟道阻力平衡得出的，在实际工程中对于单烟道锅炉，不经过调节的话往往主烟道的阻力并不足以让通过旁路烟道的烟气量达到理论值，因此调节效果不理想，单烟道若增加挡板，增加施工和成本。

安全可靠性上：旁路烟道在不用时是关闭的，当长时间不用时，关闭阀上会积满灰，等需要用时，存在关断阀打不开的现象。

很多烟气旁路工程应用不好的原因在于，现场的结构让旁路的高温烟气和省煤器出口的低温烟气不能混合均匀，导致局部烟气温度高，而局部烟气温度低，局部过高的烟气可能导致ＳＣＲ催化剂烧结失效。

这对于机组是十分不利的。

因此该方案一般用于双烟道以及有施工条件的机组。

工程投资及复杂性：整个方案设置一个或者两个烟气旁路通道，在旁路烟道中安装膨胀节、关断阀以及调节阀。

对经济性的影响：方案三改造后对锅炉经济性在高负荷完全关闭关断阀不考虑烟气泄漏的情况下不影响，在低负荷下打开旁路烟道，让高温烟气与省煤器出口的低温烟气直接混合，提高ＳＣＲ入口烟气温度，因此锅炉效率降低。

应用调研情况：目前国内改造成功的电厂有：潮州电厂以及北方一些机组。

方案评价：烟气旁路方案适用于双烟道炉型，同时该方案实施后存在几个问题：１）旁路烟道的关断阀如果长期不用，可能导致卡死打不开。

２）旁路烟道不能完全关死，存在一定的漏气量。

３）旁路烟道后，冷热烟气混合不均匀，可能导致较高负荷下ＳＣＲ局部催化剂烧结。

鉴于这几点考虑，一般不推荐旁路烟道方案。

３　结论与探讨改造效果对比如表１。

表１　宽负荷脱硝方案对比方案改造效果安全可靠性运行方式投资成本及施工周期对锅炉经济性影响改造成功电厂一：简单水旁路可以使各负荷段ＳＣＲ入口烟温提高１０℃左右ＳＣＲ入口烟温提高１０℃左右，省煤器悬吊管仍有１０℃的过冷度，保证安全性随负荷变化调节阀门约３００万元安装周期１０天。

燃煤量增加，维护成本约５万／年。

绍兴热电二：省煤器流量置换可以使３０％ＢＭＣＲ负荷及以上负荷ＳＣＲ入口烟温达到３１５℃ＳＣＲ入口烟温达到３１５℃，省煤器悬吊管仍有一定的过冷度，保证安全性，另外泵是一直运行，避免了启停随负荷变化调节阀门和泵约１２００万元，管路平台扶梯等机组运行期间可以安装，占用停炉时间２周。

燃煤量增加，维护成本及泵耗电约３６万／年。

沙Ｃ电厂、阚山电厂、利港电厂三：烟气旁路方案可以在低负荷下提高ＳＣＲ入口烟温２０℃旁路烟道可能存在关断不严实，或者打开的时候不能打开，高温和低温烟气混合存在不均匀的问题随负荷变化调节烟气阀门约１２００万元，安装周期至少３０天。

低负荷下降低锅炉的经济性潮州电厂 在火电机组低负荷运行越来越成为常态的背景下，超低负荷下锅炉ＳＣＲ入口烟温达不到脱硝设备安全投运的烟温要求，影响机组的安全温度运行。

为此，针对该３００ＭＷ机组宽负荷脱硝进行研究，形成如下结论：从调节烟温的效果和改造效果上来看，烟气旁路、省煤器热水再循环方案均能提升ＳＣＲ入口烟温２０～３０℃。

烟气旁路方案对机组的改造适应性有缺陷，主要表现在：（１）尾部烟道为单烟道，旁路烟道的烟气量不能满足要求，如果加装挡板调节存在较大的布置和施工困难；（２）采用烟气旁路（下转第８９页）·４８·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷　第３期整个分析过程可以在几到十几秒内完成，Ｈｙｄｒｏｓｔｅｅｌ通过测量由壁内的氢原子（腐蚀产物）渗透到壁外的量，评估壁内的腐蚀速度，氢通量检测值与管道内壁的氢原子的量成正比（见图２）。