燃煤锅炉全负荷脱硝技术的研究及应用

   日期:2019-09-03     来源:北极星大气网    作者:王军民    浏览:1026    
核心提示:摘要:燃煤锅炉在低负荷时,若脱硝入口烟温低于脱硝催化剂正常工作温度窗口,会导致脱硝系统退出运行,为解决这一问题,各发电厂纷纷开展脱硝烟温提升改造。改造后,基本实现机组正常调峰负荷内脱硝不退出,但是机组启动和停机过程仍然无法实现全负荷段脱硝投入。针对以上问题,研究了机组启、停机操作过程的烟温提升技术,并应用于某发电厂启、停机过程中,实现了脱硝全负荷投入运行,为燃煤锅炉实现全负荷脱硝投入提供参考。
  

北极星大气网讯:摘要:燃煤锅炉在低负荷时,若脱硝入口烟温低于脱硝催化剂正常工作温度窗口,会导致脱硝系统退出运行,为解决这一问题,各发电厂纷纷开展脱硝烟温提升改造。改造后,基本实现机组正常调峰负荷内脱硝不退出,但是机组启动和停机过程仍然无法实现全负荷段脱硝投入。针对以上问题,研究了机组启、停机操作过程的烟温提升技术,并应用于某发电厂启、停机过程中,实现了脱硝全负荷投入运行,为燃煤锅炉实现全负荷脱硝投入提供参考。

引言

近年来随着环境的恶化,国家越来越重视对于环境的保护。随着国家颁布GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》并实施后,大量的燃煤锅炉都配有SCR(选择性氧化还原技术)脱硝装置,而SCR催化剂的正常运行对进口烟气温度有一定要求(300~420℃),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。目前,火电机组基本参与调峰,这就造成锅炉经常会在低负荷段运行,而此时省煤器出口烟气温度偏低,过低的烟气温度不能满足脱硝系统连续、稳定的投运要求,导致NOX排放值超过国家排放标准。

为了解决火电机组低负荷脱硝系统被迫退出运行的问题,国内开展了大量的理论研究,并对相关设备进行改造,提高锅炉烟温适应催化剂,但是仍然不能实现全负荷段脱硝投入运行。针对完成脱硝烟温提升改造后的锅炉,提出机组启停机烟温提升技术,并在某发电厂成功实现全负荷脱硝运行,为国内燃煤电厂提供参考。

1国内全负荷脱硝技术改造现状

全负荷脱硝投入是指发电机组在网运行时,脱硝系统保持在任何负荷段全程投入,即发电机并网的同时,脱硝系统已投入,并实现NOX达标排放。实现全负荷脱硝技术有以下2条路线:

(1)开展锅炉脱硝烟温提升改造,通过提高锅炉烟温适应催化剂。改造方案主要包括省煤器烟道分隔挡板改造、省煤器分级改造、省煤器水侧旁路改造、省煤器烟气旁路改造以及回热抽汽补充给水加热改造。完成改造后,大幅降低了脱硝低温退出的负荷点,基本实现40%额定负荷脱硝入口烟温不低于300℃(详细数据见表1),保证机组正常调峰负荷内(40%~100%额定负荷)脱硝全程投入,但是仍然不能实现全负荷段脱硝投入运行。

(2)让催化剂适应锅炉烟温,采用低温催化剂替代现有催化剂。常规催化剂的连续运行温度为300~420℃。低温催化剂连续运行温度为275~420℃,脱硝效率不小于85%。但是,低温催化剂价格要高于常规催化剂,使用低温催化剂会增加投资,低温催化剂价格较常规催化剂高出50%左右。且因宽温SCR催化技术尚不成熟,只有极少低温脱硝催化剂应用于工程实践,未得到实践认可,不具备广泛推广的条件。

2全负荷脱硝技术的研究

脱硝烟温提升改造后,40%额定负荷以上均能实现脱硝全程投入,但是在机组启、停过程,负荷低于40%额定负荷,脱硝入口烟温低于300℃,脱硝系统被迫退出运行。机组启、停过程中,由于炉内热负荷低,锅炉给水温度也相应降低,必然导致各级受热面烟温下降,脱硝退出。在脱硝系统改造的基础上,必须优化启、停机操作,提升脱硝入口烟温,实现全负荷脱硝投入。

2.1机组停机过程烟温提升技术

2.1.1提高锅炉烟气流量或烟气温度

(1)降低入炉煤平均热值,提高入炉煤平均水分。在相同负荷下掺烧低热值、高水分煤种,将使总煤量增加,不仅降低炉膛火焰平均温度,而且增大了总烟气流量,减少各级受热面吸热量占烟气总热容量的比例,从而提高SCR入口烟温。

(2)提高锅炉烟气氧量。增加锅炉一、二次风量,提高烟气氧量,增加烟气流量,减少各级受热面吸热量占烟气总热容量的比例,提高了烟气温度。通常氧量提高1%,脱硝入口烟气温度可提高3~5℃。

(3)提高炉膛火焰中心位置。优化磨煤机运行组合方式,保留高层磨煤机运行,同时,通过优化二次风配比,将主燃烧区二次风门开度适当关小,开大燃尽风风门,推迟着火,提高炉膛出口烟气温度,从而相应提高各段受热面烟气温度。

(4)减少锅炉吹灰,增加各段受热面的热阻,减少各段受热面吸热量,提高烟气温度。

2.1.2提高过、再热蒸汽温度

(1)减少过、再热器减温水流量。过、再热器减温水的喷入降低了蒸汽温度,导致过、再热蒸汽吸热量增加,SCR入口烟温降低。在保证各级受热面不超温的前提下,减少过、再热器减温水量,提高蒸汽温度。

(2)汽轮机调门改为“单阀”节流方式运行,提高低温再热器入口蒸汽温度。汽轮机“单阀”方式节流损失较大,高压缸排气温度较“顺序阀”方式高出约10℃,锅炉低温再热器入口蒸汽温度也相应提高约10℃,减少了再热器的吸热量。

(3)机组滑参数停机时,根据SCR入口烟温,严格控制锅炉各段受热面蒸汽温度的降幅,当SCR入口烟温已接近脱硝退出烟温时,停止降温操作。

 

 

2.1.3减少锅炉尾部烟道受热面吸热量

锅炉尾部烟道设计为双烟道布置,前烟道为低温再热器和省煤器,后烟道为低温过热器及省煤器,省煤器后安装过热侧、再热侧烟气挡板,通过调节两侧挡板的开度,改变低过、低再侧烟气量份额,从而改变低温再热器与低温过热器吸热量份额。

关小再热侧烟气挡板,可以减少低温再热器侧烟气量,减少低温再热器的吸热量。将再热侧烟气挡板关至最小开度(为防止烟道积灰保留5%~10%的开度),绝大部分烟气经过低过侧烟道,减少了尾部烟道受热面的总吸热量,提高SCR入口烟温。

2.1.4降低机组真空度,增加锅炉燃料

机组低负荷时,适当降低凝汽器真空,降低机组效率,在相同负荷下,增加锅炉燃料量,提高锅炉热负荷,提升脱硝入口烟温。

2.1.5充分利用脱硝烟温提升改造系统

若机组已完成脱硝烟气旁路改造,机组停机过程中,全开脱硝烟气旁路。随着SCR入口烟温的降低,逐渐关小过、再热烟气挡板至最低开度,增加脱硝烟气旁路高温烟气量。

2.1.6提高锅炉给水温度

(1)停机过程中,高压加热器、除氧器、低压加热器保证全程投运,避免加热器退出、给水温度降低。

(2)停机过程中,充分利用直流炉启动系统,增加炉水循环泵流量,提高省煤器入口给水温度。锅炉储水箱水温较高,达到蒸汽压力对应的饱和温度,高于高压加热器出口给水温度较多(100℃以上)。当提高锅炉炉水循环泵流量后,增加了高温炉水掺入锅炉低温给水的比例,提高了省煤器入口给水温度。

2.2机组启动过程烟温提升技术

(1)提高锅炉给水温度。锅炉热态冲洗结束后,逐渐提高除氧器水温至80~100℃。汽轮机中速暖机期间,随机投入高压加热器、低压加热器。启动过程中,充分利用直流炉启动系统,增加炉水循环泵流量,提高省煤器入口给水温度。

(2)提高过、再热蒸汽温度。启动过程中,尽可能不使用或少使用过、再热器减温水,提高锅炉各级受热面的蒸汽温度。优化机组冷态启动汽温控制曲线。汽轮机冲车前,通过增加锅炉燃料量及控制高低旁路开度,提高主、再热蒸汽温度至最高允许值。从汽轮机中速暖机开始至机组并网,适当延长锅炉升温升压时间,控制锅炉升温、升压速率,尽量提高主、再热蒸汽温度。

(3)增加锅炉燃料投入量,提升炉内热负荷。在保证锅炉升温、升压速率的前提下,逐渐增大燃料量的投入,增加总风量,提高锅炉各级受热面烟温,提高SCR入口烟温。

(4)减少锅炉尾部烟道受热面吸热量。锅炉尾部烟道设计为双烟道布置,前烟道为低温再热器和省煤器,后烟道为低温过热器及省煤器,省煤器后安装过热侧、再热侧烟气挡板,通过调节两侧挡板的开度,改变低过、低再侧烟气量份额,从而改变低温再热器与低温过热器吸热量份额。

(5)充分利用脱硝烟温提升改造系统。若机组已完成脱硝烟气旁路改造,锅炉点火后,全开脱硝烟气旁路。随着SCR入口烟温的提高,逐渐关小过、再热烟气挡板至最低开度,增加通过脱硝烟气旁路的高温烟气量。

3应用实例

3.1设备概述

某发电厂锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司与三井巴布科克(MB)公司合作设计、制造的超临界本生(Benson)直流锅炉,型号为HG-1890/25.4-YM4。一次中间再热、滑压运行,配内置式再循环泵启动系统,固态排渣、单炉膛、平衡通风、前后墙对冲燃烧方式、Π型布置、全钢构架悬吊结构、露天布置。锅炉干湿态转换负荷为40%额定负荷(240MW)。该锅炉为单炉膛,断面尺寸22.18m×15.63m,设计煤种为神府东胜煤,校核煤种为大同塔山煤,最大连续蒸发量1890t/h,过热器蒸汽出口温度571℃,再热器蒸汽出口温度569℃,给水温度283.7℃。

汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、高中压合缸、凝汽式汽轮机,型号是CLN600-24.2/566/566。回热系统设计有3台高压加器、1台除氧器和4台低压加热器。汽轮机旁路系统为高压和低压两级串联旁路,设计容量为40%BM-CR(锅炉最大连

续蒸发量)通流量。

锅炉已完成脱硝烟气旁路改造方案。通过对水平低温过热器入口部位包墙管拉稀(增大包墙管间隙),获得左右2个对称的旁路烟道接口,将水平低温过热器入口部分高温烟气抽出,通过旁路烟道直接和省煤器出口(过、再热烟气调温挡板后)低温烟气混合。在旁路烟道水平段、垂直段设置非金属膨胀节,并在两膨胀节中间布置关断型、调节型挡板各1套,见图1。脱硝烟气旁路按最低负荷30%BMCR计算,从水平低温过热器入口即转向室附件抽取高温烟气,将SCR入口烟气温度加热到325℃,需热烟气总量138.9t,占总烟气的12.4%。

 
 
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