脫硝工程原理及鍋爐本體改造設(shè)計(jì)

梁鵬（四川川潤(rùn)動(dòng)力設(shè)備有限公司，四川自貢，643000）

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脫硝工程原理及鍋爐本體改造設(shè)計(jì)

梁鵬
（四川川潤(rùn)動(dòng)力設(shè)備有限公司，四川自貢，643000）

摘 要：為了降低煙氣中氮氧化物的含量，基于武漢鍋爐股份有限公司某WGZ410t/h煤粉爐脫硝改造工程為例，對(duì)鍋爐脫硝工程改造的原理及本體設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，提出了省煤器優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以配合低氮燃燒。技術(shù)改造工程得到較好結(jié)果，為類似改造工程設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：脫硝；傳熱計(jì)算；低氮燃燒；H型鰭片管，省煤器

引言

選擇性催化還原系統(tǒng)（Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱SCR）是指在催化劑的作用下，有選擇性的與煙氣中的NOX（氮氧化物）反應(yīng)，將鍋爐煙氣中的氮氧化物還原成氮?dú)夂退?。SCR催化劑最佳的活性范圍在380～420℃。SCR煙氣脫硝技術(shù)最高可達(dá)到90%以上的脫硝效率［1，2］。

1 工作原理

SCR技術(shù)原理為：在催化劑（V2O5）作用下，向溫度約380～420℃的煙氣中噴入氨，將NOX還原成N2和H2O，其反應(yīng)原理如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；6NO+4NH3→5N2+6H2O；6NO2+8NH3→7NO2+12H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，形成了氮?dú)夂退?/p>

2 鍋爐本體改造的設(shè)計(jì)

為配合低氮燃燒和SCR脫硝改造，對(duì)鍋爐尾部受熱面進(jìn)行改造，以滿足S C R入口煙溫380±5℃（SCR催化劑最佳活性溫度）的要求。在SCR煙道的底部布置一級(jí)省煤器，受限于SCR煙道空間結(jié)構(gòu)，一級(jí)省煤器采用H型鰭片管代替原光管省煤器；同時(shí)減少二級(jí)省煤器受熱面的縱向排數(shù)，通過減少二級(jí)省煤器受熱面達(dá)到提高SCR入口煙溫的目的。

2.1 資料分析

本例為山東茌平某鋁業(yè)自備電廠的鍋爐脫硝工程改造。該鍋爐為武漢鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的WGZ410/9.8－20型高溫、高壓、自然循環(huán)單鍋筒、固態(tài)排渣、四角噴燃、Π型布置、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)鍋爐。額定蒸發(fā)量410T/h；過熱蒸汽壓力9.8MPa；過熱蒸汽溫度540℃；給水溫度215℃；冷風(fēng)溫度0℃；熱風(fēng)溫度44.8℃。根據(jù)業(yè)主提供的煤質(zhì)、運(yùn)行記錄、熱力計(jì)算、圖紙及改造要求［3］。對(duì)尾部受熱面進(jìn)行局部傳熱核算。同時(shí)考慮低氮燃燒以及脫硝改造后的煙氣量、煙溫變化，需要滿足《中國(guó)電站鍋爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編（第二卷）：鍋爐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)煙溫、煙氣阻力以及煙氣流速的設(shè)計(jì)要求［4］。改造后盡量保證鍋爐整體性能，二級(jí)省煤器入口煙溫按590.4℃進(jìn)行設(shè)計(jì)。

煙氣特性整理如下：煙氣量5 1.7×1 0 4 Nm3/h；屏過出口煙溫943.9℃，高過冷段出口煙溫743.1℃，低過進(jìn)口煙溫634.4℃；二級(jí)省煤器進(jìn)口煙溫（轉(zhuǎn)向室） 590.4℃，二級(jí)省煤器出口煙溫452.7℃；上級(jí)空預(yù)器出口煙溫344.8℃；下級(jí)省煤器出口煙溫284.8℃；排煙溫度137℃。

2.2 省煤器幾何尺寸表

二級(jí)省煤器改造前橫向節(jié)距150mm，縱向節(jié)距60mm，橫向排數(shù)39.5，縱向排數(shù)32，受熱面積1185.6m2；改造后橫向節(jié)距150mm，縱向節(jié)距60mm，橫向排數(shù)39.5，縱向排數(shù)16，受熱面積593m2。一級(jí)省煤器改造前橫向節(jié)距140mm，縱向節(jié)距60mm，橫向排數(shù)33，縱向排數(shù)48，受熱面積1555.8m2；改造后橫向節(jié)距90mm，縱向節(jié)距87mm，橫向排數(shù)50，縱向排數(shù)20，受熱面積2880m2。

綜上所述：二級(jí)省煤器橫向排數(shù)不變，沿?zé)煔饬鞒谭较蚩v向排數(shù)減少一半（16排），受熱面積減少一半至593m2。一級(jí)省煤器由光管錯(cuò)列布置改為H型鰭片管順列布置，受熱面積增加1324m2至2880m2。

2.3 傳熱計(jì)算

由于電廠使用的煤種與原校核煤種很接近。本次改造基于原校核煤種，利用熱力計(jì)算軟件（蘇標(biāo)73）對(duì)省煤器進(jìn)行100%BRL工況下熱力核算，數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表1 基于原校核煤種省煤器100%BRL工況下熱力核算

接表1

綜合分析：空預(yù)器整體吸熱量增加，熱風(fēng)溫度提升15～25℃；排煙溫度原設(shè)計(jì)137℃，改造后因一級(jí)省煤器受熱面積的增加（約1324 m2）保證了排煙溫度基本不變。二級(jí)省煤器出口煙溫升高49℃，相應(yīng)的二級(jí)空預(yù)器出口煙溫升高34℃，保證了SCR脫硝裝置的入口煙溫在375～380℃之間。酸露點(diǎn)、汽水阻力及煙風(fēng)阻力的計(jì)算限于篇幅，本文略。末級(jí)空預(yù)器通過增加管徑來防止堵灰，管壁內(nèi)搪瓷來防止煙氣低溫腐蝕。通過在空預(yù)器入口段加裝防磨套管來增加防磨性能。

2.4 H型鰭片管一級(jí)省煤器布置

圖1 改造后結(jié)構(gòu)圖

一級(jí)省煤器采用順列逆流布置方式，橫向節(jié)距90mm，縱向節(jié)距87mm，橫向排數(shù)50，縱向排數(shù)24；基管受熱面積1008m2，全面積5028 m2。改造后布置如圖1所示。

3 性能保證

鍋爐改造后鍋爐性能得到保證［5］，具體指標(biāo)如下：

（1）鍋爐效率不降低；

（2）SCR入口煙氣溫度380±5℃；

（3）排煙溫度不升高；

（4）鍋爐尾部系統(tǒng)阻力增加不超過200Pa。

進(jìn)入除塵器的煙氣中的氮氧化物含量大幅度降低，技術(shù)性能得到滿足。

4 結(jié)束語

該鍋爐經(jīng)脫硝改造后，在實(shí)際投入運(yùn)行中，鍋爐性能得到保證，脫硝效率顯著提高，電廠反映良好。本設(shè)計(jì)方案具有一定的參考性、可行性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

［1］ 《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》［蘇］，1973.

［2］ 《JB/Z 201-83 電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法》 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)備設(shè)計(jì)研究所編.

［3］ 《鍋爐原理及計(jì)算》 清華大學(xué)電力工程系鍋爐教研組編 科學(xué)出版社，1979：1.

［4］ 《鍋爐設(shè)備空氣動(dòng)力計(jì)算（標(biāo)準(zhǔn)方法）》 ［蘇］C.H.莫強(qiáng) 主編電力工業(yè)出版社，第三版.

［5］ 《實(shí)用鍋爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》 林宗虎，徐通模主編.化學(xué)工業(yè)出版社，第二版.

Denitration Engineering Principle and Designing on Boiler Body

Peng Liang
（Sichuan CRUN Power Equipment Co.，LTD.， Zigong， Sichuan， 643000， China）

Abstract：In order to reduce the content of nitrogen oxide in flue gas， based on the denitration modification project which is the WGZ410 t/h pulverized coal furnace by the WuHan Boiler co.， LTD，as an example.It provided analysis of the designing and practicability to boiler's modification with the denitration project.It supplyed a conclusion for optimal setting economizer which was cooperated the low nitrogen combustion.This paper has provided the reference designing for similar modification project.

Key words：Denitration； Heat-transfer Calculation； Low-nitrogen Combustion； H-type finned Tube； Economizer

中圖分類號(hào)：TK223.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8412 （2016） 02-305-04

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.048

作者簡(jiǎn)介：

梁鵬（1981-），男，工程師，就職于四川川潤(rùn)動(dòng)力設(shè)備有限公司，任職崗位設(shè)計(jì)員，主要從事電站鍋爐本體設(shè)計(jì)、300MW、600MW鍋爐機(jī)組節(jié)能減排改造設(shè)計(jì)及135MW鍋爐機(jī)組脫硝工程改造設(shè)計(jì)。

E-mail： iangpeng55555@163.com