1 000 MW機(jī)組鍋爐啟動階段提高脫硝煙溫的方法

王如良，戴成峰，陳黎勇，林志峰，李 文

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

1 000 MW機(jī)組鍋爐啟動階段提高脫硝煙溫的方法

王如良，戴成峰，陳黎勇，林志峰，李 文

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

通過對影響脫硝煙溫各因素的分析和研究，結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，對機(jī)組啟動過程中的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，提出了相應(yīng)的提高煙溫的措施，提高了脫硝系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷及啟停階段的運(yùn)行安全性和機(jī)組啟動階段脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)率，保證了鍋爐NOX排放的合格率。

鍋爐啟動；提高；脫硝；進(jìn)口煙溫

目前國內(nèi)應(yīng)用最多的煙氣脫硝技術(shù)是SCR（選擇性催化還原）技術(shù)，在脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙溫較低的情況下，催化劑活性降低，NH3逃逸率加大，生成NH4HSO4，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，甚至造成催化劑不可逆轉(zhuǎn)的失活。在燃煤機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行和機(jī)組啟停過程中，如果脫硝入口煙氣溫度較低，SCR脫硝系統(tǒng)就有可能退出運(yùn)行，難以滿足國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

1 提高脫硝進(jìn)口煙溫方法的研究

某發(fā)電廠三期工程6號、7號機(jī)組為2×1 000 MW超超臨界機(jī)組，鍋爐本體是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限責(zé)任公司與日本巴布科克－日立公司及東方－日立鍋爐有限公司三方合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒方式、Π型燃煤鍋爐，SCR系統(tǒng)引進(jìn)德國FBE技術(shù)，采用美國Cormetech公司蜂窩式催化劑，脫硝層數(shù)按2+1設(shè)置。2013年根據(jù)6號機(jī)組的催化劑取樣分析、現(xiàn)場實(shí)際脫硝效率及氨逃逸率的測量結(jié)果，增裝了第三層催化劑。2014年12月起實(shí)施超低排放改造，分別在2015年2月和6月完成對7號、6號機(jī)組SCR反應(yīng)器的提效改造，其中7號爐在第三層增裝1層催化劑，6號爐更換第一層催化劑。改造后SCR設(shè)計(jì)效率為84%，SCR出口NOX濃度低于50 mg/m3。

要執(zhí)行國家日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對脫硝的投運(yùn)率和NOX排放的合格率提出了更高、更嚴(yán)的要求。但在鍋爐啟動和停運(yùn)過程中，由于燃燒率較低、鍋爐汽溫水平較低等因素影響，脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙溫往往會低于允許投運(yùn)溫度，因此機(jī)組的啟、停成為影響脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率和NOX排放合格率的主要因素。尤其是機(jī)組啟動階段，有時(shí)甚至?xí)跈C(jī)組并網(wǎng)后10 h才能投運(yùn)脫硝系統(tǒng)，導(dǎo)致啟動當(dāng)天NOX排放日均值超標(biāo)、排放合格率下降。為此需要根據(jù)機(jī)組啟動時(shí)的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行研究和試驗(yàn)，通過運(yùn)行方式優(yōu)化，探索機(jī)組啟動階段提高脫硝投運(yùn)率和NOX排放合格率的方法。

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，運(yùn)行中影響脫硝系統(tǒng)投運(yùn)煙溫的主要因素為機(jī)組負(fù)荷、鍋爐總風(fēng)量、低再進(jìn)口汽溫、省煤器給水溫度、尾部煙道調(diào)溫?fù)醢宓拈_度、主/再熱汽溫等，由于在啟動過程中，鍋爐總風(fēng)量、主/再熱汽溫等受鍋爐風(fēng)量要求和主汽輪機(jī)溫度限制，調(diào)整的余量不大，因此，主要可以從機(jī)組負(fù)荷、給水溫度和低再進(jìn)口汽溫等方面考慮進(jìn)行優(yōu)化。

2 加快機(jī)組升負(fù)荷速度

機(jī)組負(fù)荷的高低直接影響鍋爐的燃燒率，圖1為機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，脫硝進(jìn)口煙溫的曲線。機(jī)組負(fù)荷越高，鍋爐燃燒率越高，相應(yīng)的脫硝進(jìn)口煙溫越高，但從圖1中可以看出，在冷態(tài)啟動機(jī)組并網(wǎng)后至負(fù)荷為30%時(shí)，脫硝進(jìn)出口煙溫并未隨機(jī)組負(fù)荷的增加而增加，在30%負(fù)荷以上時(shí)，隨機(jī)組負(fù)荷的增加，脫硝進(jìn)出口煙溫也有所增加，脫硝進(jìn)出口煙溫的最低點(diǎn)為機(jī)組30%負(fù)荷時(shí)，其主要原因?yàn)椋簷C(jī)組并網(wǎng)后，機(jī)組負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)加到15%負(fù)荷，在負(fù)荷增加的同時(shí)，高、低壓旁路逐漸關(guān)小，低再進(jìn)口汽溫逐漸下降，降低了尾部煙道再熱器出口的煙氣溫度，導(dǎo)致脫硝進(jìn)出口煙溫下降。機(jī)組在20%負(fù)荷時(shí)，鍋爐開始由濕態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)至干態(tài)運(yùn)行，經(jīng)鍋爐啟動循環(huán)泵的高溫水的循環(huán)流量減少，相對溫度較低的給水流量增加，導(dǎo)致省煤器進(jìn)口的給水溫度降低，從而降低了尾部煙道省煤器出口的煙氣溫度，使脫硝進(jìn)出口煙溫降低。

圖1 機(jī)組負(fù)荷與脫硝進(jìn)口煙溫的關(guān)系

因此，在鍋爐燃燒工況由濕態(tài)到干態(tài)轉(zhuǎn)換完成后，應(yīng)盡快增加機(jī)組負(fù)荷或提高鍋爐的燃燒率，可以采取的措施有：

（1）開、停機(jī)時(shí)做好油槍的試點(diǎn)和消缺工作，保證磨煤機(jī)啟停時(shí)順利投運(yùn)油槍，減少因油槍問題而導(dǎo)致的開/停機(jī)時(shí)間延長。

（2）在機(jī)組并網(wǎng)前，做好第3臺、第4臺磨煤機(jī)啟動的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到30%后，立即啟動第3臺磨煤機(jī)，加負(fù)荷至40%及以上。

（3）延長主機(jī)暖機(jī)時(shí)間，以便機(jī)組并網(wǎng)后可盡快提高鍋爐的主/再熱汽溫。

3 提高低再進(jìn)口汽溫和給水溫度

鍋爐的尾部煙道采用平行煙道，尾部煙道有前后2個(gè)通道，爐前部分布置了低溫再熱器，爐后部分布置有低溫過熱器和省煤器，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)尾部煙道前后通道混合后進(jìn)入脫硝系統(tǒng)，因此，提高低再進(jìn)口汽溫和給水溫度有利于前通道和后通道煙氣出口溫度的提高，從而提高脫硝進(jìn)口的煙溫。同時(shí)，低再進(jìn)口汽溫比給水溫度高，使得尾部煙道前通道的出口煙溫高于后通道，因此，增加前通道溫度相對較高的煙氣流量有利于脫硝進(jìn)口煙溫的提高。

根據(jù)以上的分析，在機(jī)組啟動時(shí)可采取以下措施。

3.1 提高低再進(jìn)口汽溫

由于汽機(jī)啟動方式的原因，在機(jī)組并網(wǎng)之前，爐側(cè)一般維持2臺磨煤機(jī)運(yùn)行，鍋爐總煤量約在90 t/h，高旁開度為50%，機(jī)組并網(wǎng)后，機(jī)組自動加至15%額定負(fù)荷。在加負(fù)荷過程中，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，高旁逐漸關(guān)小。在此過程中，高旁閥后的溫度雖然保持在330℃左右，但隨著溫度相對較低的高壓缸排汽量的增加，冷再進(jìn)口汽溫逐步下降，高旁全關(guān)后，冷再進(jìn)口汽溫由330℃下降至230℃左右，下降了約100℃，如圖2所示。

圖2 高旁開度與冷再進(jìn)口汽溫的關(guān)系曲線

冷再出口汽溫下降后，直接引起尾部煙道前通道（再熱器側(cè)）出口的煙氣溫度下降，由370℃下降至320℃左右，下降了約50℃，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙溫降低，如圖3所示。在機(jī)組啟動階段，低再進(jìn)口汽溫主要由高壓

圖3 冷再進(jìn)口汽溫與脫硝進(jìn)口煙溫的關(guān)系曲線

旁路調(diào)節(jié)閥后的汽溫和高旁的蒸汽流量決定，因此，在高旁投運(yùn)的情況下，提高高旁閥后溫度設(shè)定值，將高旁的閥后溫度控制在300℃以上。

3.2 增加前通道煙氣流量

在機(jī)組并網(wǎng)前，將尾部煙道再熱器側(cè)的調(diào)溫?fù)醢彘_度由60%升至100%，尾部煙道再熱器出口煙溫開始上升，而過熱器（省煤器）側(cè)煙溫略有下降，但脫硝進(jìn)口煙溫隨再熱器側(cè)出口煙溫的上升而上升，由260℃逐漸上升至并網(wǎng)前的300℃，如圖4所示。

圖4 尾部煙道擋板開度與煙溫的關(guān)系曲線

脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙氣由鍋爐尾部煙道前部分的再熱器側(cè)出口煙氣和后部分的過熱器（省煤器）側(cè)出口煙氣混合而成，在主機(jī)未沖轉(zhuǎn)之前，再熱器進(jìn)口的蒸汽溫度主要由高壓旁路調(diào)節(jié)閥后的蒸汽溫度決定，一般可控制在300℃以上，而此時(shí)省煤器進(jìn)口的給水溫度約為224℃，再熱器出口的煙氣溫度（325℃）高于省煤器出口的煙氣溫度（255℃），因此可以在機(jī)組啟動階段，保持尾部煙道再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的開度，提高再熱器側(cè)（前通道）出口煙氣的流量，這有兩方面的作用：改變前后通道內(nèi)的煙氣流量，使前通道內(nèi)的煙氣流量增加，提高混合后的煙氣溫度；在再熱器流量不變的情況下，增加前通道內(nèi)煙氣流量的同時(shí)，使前通道出口煙溫提高，進(jìn)一步提高混合后的煙氣溫度。

因此，在機(jī)組啟動階段，為盡快投運(yùn)脫硝系統(tǒng)，可以維持尾部煙道再熱器側(cè)的調(diào)溫?fù)醢逶?00%的開度，再熱汽溫通過減溫水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 提高給水溫度

機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷至15%后，隨著鍋爐燃料量的增加，鍋爐蒸發(fā)量增加，鍋爐啟動分離器貯水箱的水位逐漸下降，鍋爐開始由濕態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)至干態(tài)運(yùn)行。在濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，省煤器進(jìn)口給水由溫度相對較高的啟動循環(huán)泵出口循環(huán)水和溫度相對較低的高加出口給水混合而成。在機(jī)組負(fù)荷增加的過程中，隨著貯水箱水位的下降，鍋爐啟動循環(huán)泵出口流量調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小，啟動循環(huán)泵出口循環(huán)流量逐漸減小，導(dǎo)致省煤器進(jìn)口的水溫逐漸降低，省煤器進(jìn)口給水溫度由轉(zhuǎn)態(tài)前的230℃下降至185℃，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)態(tài)過程省煤器進(jìn)口水溫變化曲線

省煤器進(jìn)口水溫下降后，省煤器的吸熱量增加，導(dǎo)致尾部煙道后通道（省煤器/過熱器）側(cè)的出口煙溫下降，由245℃下降至223℃，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙溫降低，如圖6所示。

圖6 給水溫度與煙溫的關(guān)系曲線

在機(jī)組啟動階段，省煤器進(jìn)口的給水主要由高加出口的給水和啟動循環(huán)泵出口的循環(huán)流量兩部分組成。啟動循環(huán)泵出口的循環(huán)流量的水溫主要由分離器的壓力決定，由于過冷水的作用，其溫度比分離器壓力下的飽和溫度略低。高加出口給水溫度由機(jī)組給水系統(tǒng)決定，為提高啟動階段省煤器進(jìn)口的給水溫度，可以采取的措施有：

（1）提高高加出口的給水溫度。在鍋爐啟動過程中，在高、低壓旁路流量建立后，盡早投運(yùn)2號高加；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后，盡早投運(yùn)其他高加。

（2）增加啟動循環(huán)泵出口的循環(huán)流量。

（3）在機(jī)組濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，盡量提高啟動循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥的開度，增加循環(huán)流量。

4 結(jié)論和建議

經(jīng)過運(yùn)行方式的優(yōu)化后，在機(jī)組啟動階段脫硝系統(tǒng)因煙溫低無法投運(yùn)的時(shí)間大大縮短，在2016年2月26日7號機(jī)的冷態(tài)啟動過程中，達(dá)到了脫硝系統(tǒng)全負(fù)荷段投運(yùn)，機(jī)組的NOX排放合格率達(dá)到了100%。

在相應(yīng)的設(shè)備未作改造的情況下，提高機(jī)組啟動階段脫硝投運(yùn)率的運(yùn)行優(yōu)化措施主要有：

（1）通過投運(yùn)高加、增大鍋爐啟動循環(huán)流量等方法，提高省煤器進(jìn)口給水溫度，提高尾部煙道省煤器側(cè)出口煙溫。

（2）通過提高高壓旁路調(diào)節(jié)閥閥后汽溫，提高尾部煙道再熱器側(cè)出口煙溫，從而提高脫硝進(jìn)口煙溫。

（3）增加尾部煙道溫度相對較高的再熱器側(cè)煙氣流量，提高脫硝進(jìn)口煙溫。

（4）加快機(jī)組加負(fù)荷速率，可提高啟動階段脫硝投運(yùn)率。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)在機(jī)組啟動階段的全程投運(yùn)，還需對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行改造，如省煤器分級等。

[1]王潔，滕農(nóng)，張文杰，等.機(jī)組負(fù)荷對SCR系統(tǒng)運(yùn)行影響研究[J].電力科技與環(huán)保，2011，27（3）∶16-18.

[2]王海剛.SCR脫硝機(jī)組空氣預(yù)熱器堵塞原因分析和建議[J].電站系統(tǒng)工程，2015，31（4）∶19-22.

[3]郭永華.煙氣溫度對SCR脫硝催化劑的影響[J].能源研究與利用，2013（4）∶38-40.

[4]王永泉，苗長江，仇云霞.火電機(jī)組SCR脫硝響應(yīng)時(shí)間滯后原因分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（5）∶57-59.

[5]靖長財(cái).機(jī)組低負(fù)荷SCR脫硝效率影響分析及對策[J].神華科技，2015，13（3）∶44-47.

（本文編輯：徐 晗）

Method for Improving Gas Temperature of SCR Inlet During Startup of 1 000 MW Units Boiler

WANG Ruliang，DAI Chengfeng，CHEN Liyong，LIN Zhifeng，LI Wen
（Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315800，China）

Through analysis and research on influencing factors of gas temperature of SCR inlet and in combination with practical situation of the units，the operating mode during unit startup is optimized.The paper presents measures for improving gas temperature，by which the safety of denitration system in low-load operation，startup，shutdown and availability of the system during startup are improved to ensure the qualification rate of NOXemission of boilers.

boiler startup；improvement；denitration；inlet gas temperature

TK227

B

1007-1881（2016）08-0046-04

2016-05-16

王如良（1970），男，高級工程師，長期從事鍋爐運(yùn)行技術(shù)管理工作。