燃煤锅炉省煤器分级改造实现全负荷脱硝技术探讨

燃煤锅炉省煤器分级改造实现全负荷脱硝技术探讨摘要:本文针对国内燃煤锅炉脱硝入口温度长期偏低,导致催化剂不在高效率运行，脱硝装置能力下降，氨逃逸率偏高，空预器蓄热元件、电除尘等频繁出现堵灰。阐述了目前国内普遍采用的提高SCR脱硝投运率的运行控制措施及几种切实可行的技术改造方案,并介绍了某项目通过对省煤器分级改造提高SCR入口烟气温度,实现低负荷SCR脱硝系统稳定运行的案例,为国内同类型机组改造提供参考和借鉴。关键词:全负荷脱硝；节能；分级省煤器；改造；优化概述某项目锅炉为上海锅炉厂股份有限公司制造的高温高压自然循环汽包炉，型式为单炉膛、平衡通风、钢构架、燃煤、固态排渣，型号为SG-220/9.8-M669。设计煤种情况下，锅炉省煤器出口烟温343°C，现有煤种情况下，锅炉脱硝入口温度长期偏低，仅为300-330C，导致催化剂不在高效率运行，脱硝装置能力下降，氨逃逸率偏高，空预器、电除尘等出现频繁堵灰。尤其在安装低温省煤器后，电除尘极线、极板积灰严重，经常因为积灰导致电晕封闭，导致二次电流不达标，环保判定未投运。锅炉系统存在问题与分析锅炉40%负荷时，脱硝入口烟温为260°C，不能实现全负荷脱硝。锅炉正常运行(70-100%负荷)时，脱硝入口烟温为300-330C，而脱硝催化剂最佳活性烟温在340-390C，烟温较低使催化剂活性和效率下降，氨逃逸率增加，逃逸的氨气易粘结在空预器蓄热元件、电除尘阴阳极板上导致系统堵塞。因空预器烟温较高不易堵塞，主要在阴阳极板上结垢频繁，影响电除尘二次电流和除尘效率,如图1所示。图1:阴阳极板上结垢原省煤器由于设计烟气流速低，在BMCR工况流速仅6.08m/s,低于省煤器7-10m/s的设计流速，烟气自清洁能力差，需频繁投用蒸汽吹灰器才能保证炉管清洁，吹灰前后省煤器出口烟温偏差50°C。因省煤器管组间与吹灰器管垂直距离仅为370-400mm,频繁的吹灰导致省煤器管吹损严重。部分管减薄超过60%原厚度，管子磨损部位位于蛇形管2-5排管夹、管托的部位，防磨检查难度大，因检查疏漏导致泄漏的可能性大，急需进行整体更换,如图2、图3所示。图2:省煤器吹灰器连通管弯头磨损图3:省煤器水平段管夹磨损(3)省煤器运行烟温低于设计值，正常运行时脱硝反应温度偏低，40%负荷时脱硝温度低于催化剂允许温度，脱硝装置不能正常投运，需进行改造以保证机组能够实现全负荷脱硝。省煤器的运行参数:表1空预器运行烟温低于设计值，导致热风温度偏低，影响制粉系统干燥出力。在平均87.7%负荷，下级省煤器入口烟温、下级省煤器出口烟温、空预器出口风温平均分别为350°C、302°C、271C，均原地于设置值，必须进行改造才能满足全负荷脱硝需要。改造实例——省煤器分级改造实现全负荷脱硝3.1设备现状省煤器实际运行温度偏低，导致脱硝催化剂反应温度偏离高效区，反应能力下降，氨逃逸偏大，电除尘运行不稳定，易造成环保考核，锅炉40%负荷时脱硝装置不能投入，不能实现全负荷脱硝，空预器入口烟温偏低，热风温度偏低影响制粉系统干燥出力，过低的磨煤机出口温度易造成煤粉仓板结、自燃，现有省煤器蛇形管吹损严重，设备运行存在较大的泄漏风险。3.2改造方案(1)锅炉各级省煤器间距仅750mm，实施烟气侧旁路有难度,水侧旁路调温幅度较低，也不适应本项目,项目的拟解决的问题之一就是提高脱硝运行时烟温，省煤器分级布置技术比较适合，同时省煤器运行时间长、磨损严重，已到了必须更换的程度，采用省煤器分组布置来实现机组全负荷脱硝，即上级省煤器仍位于锅炉后竖井烟道内，下级省煤器移位至脱硝催化剂后部，中间以联络管连接,如图45所示。图4:原下级省煤器布置位置图5:下级省煤器拟布置位置下级省煤器进口设计烟温为394°C(实际370°C)，可在改造时略增加上级省煤器受热面积，降低烟温至360°C来保证催化剂安全运行，下级省煤器可略减受热面积保证省煤器总体换热面积不变。下级省煤器设置水侧旁路，在制粉系统干燥出力不足时投入下级省煤器旁路，使部分给水越过下级省煤器进入上级省煤器以提高进入空预器的烟气温度，进而提高热风温度，下级省煤器少吸收的热量通过低温省煤器吸收。下级省煤器水侧出入口设置隔离阀，当下级省煤器泄漏时可进行隔离，避免影响空气预热器运行。改造后预期达到的效果40%锅炉负荷，省煤器出口烟温在300°C以上，解决原有设备不能全负荷脱硝的问题；正常运行时脱硝入口烟温在340-360C，提高脱硝运行效率，降低NH3消耗，避免电除尘极线结垢；热风温度在305C以上，提高制粉系统干燥出力和安全性。设备改进经济分析(1)检修防磨检测数据，省煤器上、下级管子均存在磨损超标的现象，不及时进行更换极有可能造成爆管，锅炉停炉抢修一次按最少停运72小时计算，每小时损失电量5.5万千瓦时，每千瓦时利润预估0.08元，损失电量利润为：5.5x0.08x72=31.68万元，启停炉需用燃油3.5t+0.5t，每吨燃油价格0.6万元，损失燃油费：0.6x4=2.4万元，因锅炉停炉一次导致利润减少总额31.68+2.4=34.08万元。(2)从技术、经济、效果等方面论证其实施可行性、合理性。改造后锅炉40%负荷脱硝入口烟温可达300C，可实现全负荷脱硝，正常运行时脱硝烟温达340-380C，能够满足脱硝高效运行的要求；在下级省煤器旁路运行时空预器出口热风温度可达305C，可使磨煤机出口温度维持在70C以上，避免煤粉仓板结和自燃。结语省煤器分组的改造方案可提高脱硝装置运行烟温，减少氨逃逸，提高电除尘可靠性，改造后可实现全负荷脱硝，脱硝运行温度在催化剂高效区间，催化剂反应效率高，可减少氨气耗量和氨逃逸，避免未反应氨气污染其他设备和环境,改造后制粉系统出力提高，锅炉效率和制粉系统安全性均有提高。参考文献：[1]燃煤锅炉省煤器分级改造实现低负荷SCR脱硝的案例分析J].钱冉冉，温卿云,杨西茜,何永胜.资源节约与环保.2016(10)[2]锅炉低负荷工况下脱硝系统投运率提高的改造技术J].罗江勇，吕新乐.中国电力.2015(11)[3]大容量锅炉省煤器两级布置及其应用[J].夏良伟，武春霖，施爱阳.锅炉制造.2014(03)[4]燃煤发电机组实现全工况脱硝运行