火力发电厂宽负荷脱硝方案探讨

火力发电厂 宽负荷脱硝方案探讨

陈宇驰

京能十堰热电有限公司 湖北十堰 442000

摘要：为减少火力发电厂锅炉运行中氮氧化物的排放，满足国家的环保要求，锅炉脱硝装置在运行的各负荷下均需投运，以减少烟气中氮氧化物的排放量达标。文章主要基于现阶段国内主要用于脱硝宽负荷脱硝方案进行探讨。

关键词：火电厂、锅炉、脱硝、负荷

为保证火电厂锅炉脱硝效率和设备的安全可靠运行，脱硝催化剂的投如对催化剂进口烟温有一定的要求，通常要求脱硝进口烟温不低于300℃。在（超）低负荷工况下，脱硝装置进口烟气温度可能会低于300℃，为达到环保要求，需对锅炉进行宽负荷脱硝改造，主要方法有：省煤器分级、零号高加、烟气旁路、省煤器水旁路、蒸汽换热器、复合热水再循环等。

1. 省煤器分级布置方案

将省煤器分为上、下两级，SCR反应器布置在上、下级省煤器之间。部分省煤器受热面布置在脱硝催化剂后的烟道中，脱硝装置前布置了比原设计相对较少的省煤器面积，从高负荷到低负荷，进入脱硝装置的温度都有一定幅度的提高，通过合理的选择省煤器面积，可以使宽负荷的温度都在脱硝投入要求范围内。移至脱硝催化剂后的省煤器可以继续降低排出的烟气温度，从而保证空预器出口烟温不抬高，锅炉效率不会降低。

图1锅炉脱硝省煤器分级布置方案

本方案兼顾了提温效果和安全可靠性，并且不需额外控制调节，也不影响锅炉效率，低负荷条件下经济性较好，但投资相对较大，一次汽阻力略增加。

2. 烟气旁路方案

设置旁路烟道将省煤器上游的烟气引入到省煤器进口（即SCR脱硝反应器进口），以提高低负荷下SCR脱硝反应器进口烟气温度的一种旁路烟道系统。锅炉在低负荷运行时，从省煤器上游抽取烟气，通过烟气旁路在省煤器口处与主路烟气混合，从而提高SCR脱硝反应器的进口烟气温度。在主路烟道和旁路烟道出口烟气混合前的位置分别设置烟气挡板，通过调节主路烟道和旁路烟道的烟气挡板的开度来控制SCR脱硝反应器进口烟温。

图2 锅炉脱硝烟气旁路方案

烟气旁路方案提高烟温的效果较好，理论上烟温调节空间可达0~30℃。投资成本相对较低，实施简单，对于长期不用旁路的情况不建议使用，对于长期启用旁路的电厂建议谨慎使用。

3. 零号高加方案

在低负荷工况下，脱硝设备进口烟温通常低于300℃，机组设置零号高压加热器在低负荷时采用汽轮机高参数汽源加热锅炉给水，以提高给水温度减少省煤器的吸热，从而提高SCR脱硝反应器的进口烟气温度。

图3 锅炉脱硝零号高加方案

零号高加对提高脱硝装置投入率有很大作用，机组若能满负荷运行，零号高加投运率会很低；对于一些系统来说，增设蒸冷会对3号高加产生影响，并不是所有系统都适合增设。

4. 省煤器水旁路方案

该系统是采用旁路管道将省煤器进口一部分水旁路到省煤器出口的一种旁路系统，通过减少省煤器工质的吸热量来提高省煤器出口烟气温度。在省煤器进口给水管路上设置省煤器水旁路管道及电动闸阀，水旁路管道自原锅炉给水操纵台前的给水管路上引出，省煤器出口连接管道汇入。同时在主路给水管道止回阀下游加装具有中停功能的电动闸阀（若原锅炉主给水管道的电动闸阀具有中停功能，也可利用该阀门）。当SCR脱硝反应器进口烟气温度低时，打开省煤器水旁路管道管道上的闸阀，同时减小主给水管道上新增的电动闸阀的开度，将一部分给水旁路到省煤器后。通过此管路减少流经省煤器的水流量和省煤器的吸热量，达到在锅炉低负荷时提高省煤器出口烟温的目的。省煤器水旁路安全可靠性高，由于水侧换热系数大，需旁路掉比较大比例的流量才能达到比较高的烟温提升效果。而旁路过多流量，有可能导致省煤器内汽化，影响安全，因此调温范围仅10℃左右，对于烟温提升需要较低的改造工程，可以参考采用。

图4 锅炉脱硝省煤器水旁路方案

5. 蒸汽换热器方案

为提高SCR反应器进口烟温，需在SCR前水平烟道增加“蒸汽换热器”。该方案的流程是从邻炉引入高温辅汽对烟气加热SCR进口烟温低于300℃投用，保证在超低负荷下SCR进口烟温大于300℃脱销系统可以投用，但需布置换热面与相应的管路，增加烟道阻力，消耗较多的辅汽热量，排烟温度会升高。

6. 复合热水再循环方案

本方案在给水管道上为省煤器加装一条冷水旁路管线，引到省煤器出口集箱；在低负荷运行时，开启冷水旁路，减少进入省煤器的冷水流量，减少省煤器换热，提高脱硝装置进口烟温；增加旁路管线点，管线上设置止回阀、电动调节阀和电动闸阀、流量测量装置及相应阀门等；考虑旁路流量的调节性，一般在旁路管线下游的主给水管路上设憋压阀；下降管加设再循环管线到省煤器进口的给水管道上，将一定量的热水引回至省煤器旁路管道抽水点后、省煤器进口集箱之前，提高进入省煤器的工质温度，减小省煤器换热，提高脱硝进口烟温；可根据锅炉运行负荷的高低，根据脱硝进口烟温的要求，通过投入省煤器冷水旁路，减小经过省煤器管组的冷水流量方式；或投入热水再循环，提高省煤器进口工质温度方式，或者同时投入省煤器冷水旁路和热水再循环两种方式，降低省煤器换热端差，从而大幅减少省煤器管组的吸热量，显著提高低负荷SCR进口烟温，实现低负荷顺利投运SCR的目的。

结束语：

综上所述，用于火力发电厂宽负荷脱硝方案各有利弊，在实际选择过程中，火电厂需要根据锅炉厂设计理念、指标参数、造价投入的不同，有针对性的选择一至两种方案，用以实现火力发电厂宽负荷乃至全负荷脱硝。

参考文献

1. 翟德双，燃煤电厂锅炉超净排放技术改造探讨.华东电力.2014