（广东省粤电集团有限公司珠海发电厂 广东省珠海市 519060）
摘要：为适应环保要求，珠海电厂1号及2号锅炉分别于2012年及2013年进行了低氮燃烧器改造及选择性催化还原脱硝（SCR）改造。当机组负荷高时，SCR反应器可以正常投入，脱硝效果显著。但是当锅炉低负荷运行时，省煤器出口烟气温度会低于SCR装置的最佳反应温度，无法满足脱硝装置的投运要求。为了适应更加严格的新环保法规，需要对原有尾部烟道烟气汽水系统及脱硝装置进行改造，以达到超低排放标准。
关键词：脱销；省煤器；烟气温度；超低排放
引言：
珠海发电厂装备两台700MW亚临界燃煤发电机组，锅炉是日本三菱重工设计制造的MB‐FRR型、亚临界参数、一次中间再热、强制循环、四角切圆、燃煤汽包锅炉。过热器系统装有二级喷水减温装置，再热器系统装有一级喷水减温装置来调节再热蒸汽温度，也可以通过调整燃烧器摆角来调节蒸汽温度。
珠海电厂1号及2号锅炉分别于2012年及2013年进行了低氮燃烧器改造及选择性催化还原脱硝（SCR）改造。SCR装置布置在省煤器的下游、空气预热器的上游，这种布置在高负荷（500MW以上）时能够保证省煤器出口烟气温度处于SCR反应的最佳温度区间。研究表明：SCR装置的最佳反应温度范围为310°C -400°C。机组负荷在500MW以上时，SCR反应器入口烟温范围为310°C -400°C，可以正常投入SCR反应器，脱硝效果显著。
1.改造原因
1.1低负荷下省煤器出口烟温过低
珠海电厂1号、2号锅炉分级省煤器改造前各负荷下省煤器出口（既SCR入口）烟气温度。50%ECR工况下，1号锅炉SCR入口烟温为287.01℃，2号锅炉SCR入口烟温为292.78℃，低于SCR反应器的最低工作温度310℃。而在250MW工况运行时，SCR入口烟温更低，1号锅炉仅276.17℃；2号锅炉仅为278.13℃，如表1。
表1：各负荷下SCR入口烟气温度
当锅炉低负荷（500MW以下）运行时，SCR反应器入口烟温低于310℃，催化剂活性较低，一方面使得脱硝效率降低，另一方面氨逃逸率较高，逃逸的NH3会和烟气中的SO3反应生成（NH4）2SO4（结晶），严重时会造成催化剂反应通道和下游空气预热器的堵塞。原有烟气系统在锅炉低负荷时，省煤器出口烟温不能满足SCR装置最低连续喷氨温度的要求，需要对原有尾部烟道烟气汽水系统进行改造，以保证250MW工况及以上负荷SCR入口的烟气温度达到305℃以上，且700MW工况及以下负荷SCR入口的烟气温度达在400℃以下。
1.2国家标准的NOx排放要求提高
按国家发改委能源局[2014]2093号文《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020）》的要求，广东燃煤发电机组的氮氧化物排放标准不高于50mg/m3（折算标态6%O2），要求更加严格。当低负荷时无法投运SCR，NOx排放浓度不达标（50mg/Nm3）时，每年将需要缴纳巨额的排污收费。否则吊销排污许可证，停止发电。虽然前期已通过燃烧调整和燃煤掺烧以及降低催化剂的喷氨温度等措施来降低各个负荷段的NOx的排放，但是仍然不能满足要求。
2.改造方案的选择
2.1省煤器简单水旁路方案
此方案是在省煤器进口及出口之间增加一条旁路管道，用于低负荷时减少省煤器的吸热，提高烟温。只有在较高负荷下，才能确保SCR入口烟温满足催化剂的工作要求，但在400MW负荷以下时，排烟温度升高，锅炉效率降低。此外水侧换热系数远大于烟气侧换热系数，对烟温的调节能力有限，而我厂锅炉低负荷（250MW）时省煤器出口烟温需提升约36℃，其只能同别的改造方案结合使用。
2.2省煤器烟气旁路方案
省煤器内部及外部烟气旁路方案：一个是在内部设挡板调节，但是由于锅炉结构问题，这一方案很难实现。另一个是在外部增加烟道，并设外部挡板调节烟气，这个方案可以实现。但是当外部旁路挡板打开时，SCR入口烟温的大幅度提高必然导致排烟温度的提高，从而导致锅炉效率的降低。
2.3零号高加方案
零号高加的主要功能主要是提高省煤器入口水温，减小水侧与烟气侧温差，减少省煤器的换热量，从而达到提高省煤器出口烟温的目的。在高负荷时可通过调节阀关闭抽气，在低负荷时再开启调节阀来提高给水温度。但是零号高加对省煤器出口烟温的调节作用有限，经验证，当给水温度升高38.5℃，烟温仅上升16.0℃，因此该方案也不能单独满足我厂的需求。
2.4省煤器热水再循环方案
亚临界锅炉炉膛后下水包与省煤器进口管道之间设有一根省煤器再循环管，管道上配有一只省煤器再循环阀及再循环泵。但是，低负荷下锅炉排烟温度升高，热损失增加，锅炉效率降低，同时，SCR入口烟温提高程度有限，不能满足我厂改造需要。
2.5省煤器分级方案
省煤器分级是近年发展起来的一项新的满足脱硝系统全负荷投运的技术，即将原来的单级省煤器拆成两级，一级布置在SCR装置之前，一级布置在SCR装置之后，不需要额外增加省煤器的换热面积，只需增设两级省煤器间的集箱、连接管道等，具有系统简单可靠、运行方便等特点。
省煤器分级布置后，原布置在SCR之前的省煤器换热面积将减少，给水吸热减少，SCR入口烟温提高，烟气流经SCR装置后，与布置在SCR出口的省煤器进行换热，可保证空预器入口烟温基本不变，因此，省煤器分级布置在有效提高SCR入口烟温的同时，既不会影响锅炉热效率和经济性，又能保证SCR装置的正常投运，其结构如图1所示。
图1
2.6方案确定
通过调研论证、对比分析，珠海电厂1#、2#锅炉采用省煤器分级技术方案。将原有的省煤器靠近烟气下游的部分拆除，在SCR反应器后增设一定的省煤器受热面。给水直接引至位于SCR反应器后的省煤器，然后通过连接管道再引至位于SCR反应器前的省煤器。这样既可减少SCR反应器前省煤器的吸热量，达到提高SCR入口烟气温度的目的，又不至于使排烟温度升高，降低锅炉热效率。
3.实施过程
3.1省煤器改造
将原有省煤器（靠烟气下游部分）割除一部分，用新散管将原省煤器的每根管的两个切口接上。原有省煤器上部及其进口联箱不变。分级省煤器分为2组（A、B侧），分别布置在SCR反应器后的2个（A、B侧SCR反应器最底层，即SCR预留层）烟道中。新的分级省煤器为H型鳍片省煤器，采用分级省煤器管排顺列布置，悬吊在SCR下部催化剂支撑钢结构上。SCR下部催化剂支撑层、SCR下部支撑立柱、斜撑与反应器围板加固补强。将原主给水管道在省煤器进口电动闸阀后直段给水管进行切割，将两个90°弯管移除。并用新给水管道连接到分级省煤器进口联箱。两侧的分级省煤器出口联箱经管道连接到炉后，通过三通管汇合成一路管道连接至原省煤器进口联箱。
3.2SCR改造
SCR采用择性触媒工艺，反应器布置在两级省煤器之间，每台锅炉设两台SCR反应器。每台反应器内催化剂按“ 3层”模式布置（其中第一层、第二层已装催化剂，第3层为新增催化剂层），脱硝系统按双烟道双SCR反应器形式设计，其中单个SCR反应器尺寸为14000mm（L）×10000 mm（W）×15600mm（H），单个SCR反应器尺寸按锅炉50％BMCR工况下烟气量的要求设计，以保证脱硝系统满足锅炉各种负荷工况烟气量的要求，设计温度按300-400℃考虑，设计压力按±6900Pa考虑，设计瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。
3.3吹灰器改造
3.3.1新增的分级省煤器增设吹灰系统
分级省煤器新增6台蒸汽吹灰器，每组分级省煤器上各设3台蒸汽吹灰器。采用吹灰器吹灰汽源从SCR的吹灰管道引入，而且其疏水也引入原SCR的吹灰疏水系统。布置在分级省煤器上方的各支吹灰器采用合适的间距，使吹扫区域能覆盖整个新的分级省煤器。
3.3.2.新增层（即顶层）催化剂增设吹灰系统
新增层催化剂相应增加一层吹灰器，包括蒸汽吹灰器及声波吹灰器，共6台蒸汽吹灰器及10台声波吹灰器，每个SCR反应器上各加设3台蒸汽吹灰器及5台声波吹灰器。吹灰器均布置在SCR反应器，吹灰（汽源）气源从原省煤器（或SCR）的吹灰管道引入。
3.4烟道改造与结构加固
每侧反应器入口烟道在靠近其顶部（进口挡板上方及催化剂上方）切割，每侧反应器顶部提升3.7米，并用钢板封好提升后留下的空间，形成密封的烟道。此外还在该新增烟道（后部分）内加装一层催化剂。反应器壁板分两次提升完成，提升完第一层壁板并安装焊接合格后再进行第二层壁板提升安装。反应器从出口烟道拆除至空预器入口膨胀节。用新设计的出口烟道连接该拆除后留下的两个接口。
催化剂支撑大梁全部进行加固，用于支吊分级省煤器的出口联箱及管排。原反应器催化剂备用层处烟道壳体所有竖向加劲筋进行加固。炉后侧增加了支撑钢构，用于支吊这次增加的给水管道及前后级省煤器联接管道。脱硝反应器下方的钢结构加固，包括其各大立柱的加固及斜撑加固
4.改造效果
珠海发电厂在2015年完成了1号锅炉省煤器分级及SCR改造工程，并于2015年11月12日正式投入运行。投运后的相关性能试验表明：1号锅炉在250MW时SCR入口烟气温度可以达到302.1℃（设计煤种下）；在700MW负荷时，SCR入口烟气温度为387.01℃（设计煤种下），能够保证催化剂安全运行，设计煤种下，1号锅炉热效率为94.473%（高于性能保证值94.24%）。SCR装置的投运率显著提高。运行中受热面未发生泄漏，烟气温度、汽水参数稳定，显示其换热性能良好。
结论：
改造前，一般情况下，负荷在500MW以上时才能投入SCR装置运行，负荷在500MW以下时一般不能投入SCR装置运行，起不到脱硝的目的。而改造后，负荷在250MW以上时，就可以投入SCR装置运行，而我厂机组的单机负荷一般都在250MW以上，故机组正常运行下，SCR装置均投入正常运行。SCR装置投入正常运行时，脱硝效率大于80%，我厂锅炉SCR入口NOx排放均值约为210 mg/Nm3，SCR出口约40mg/Nm3。按我厂机组的单机负荷在490MW以下所发的电量大约占总电量的40%计算，改造后每年可减少NOx排放3398.72吨，改造效果明显。
参考文献：
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作者简介：
朱松涛（1985年6月生），男，汉族，河南人，本科学历，助理工程师，研究方向：电力运行。
论文作者:朱松涛
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：省煤器论文; 反应器论文; 烟气论文; 锅炉论文; 负荷论文; 温度论文; 催化剂论文; 《河南电力》2018年22期论文;