火力發(fā)電廠寬負(fù)荷脫硝技術(shù)探討

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要：地區(qū)電力市場(chǎng)供大于求，機(jī)組需要進(jìn)行深度調(diào)峰，采用天然氣尾部煙道補(bǔ)燃及爐膛穩(wěn)燃技術(shù)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝，達(dá)到環(huán)保要求。

關(guān)鍵詞：火電廠；深調(diào)峰；環(huán)保；寬負(fù)荷脫硝

近幾年，吉林省乃至東北電力市場(chǎng)供大于求的矛盾日益突出，火電機(jī)組利用小時(shí)持續(xù)下降，計(jì)劃手段已不能解決電網(wǎng)低谷調(diào)峰的困難，火電機(jī)組深度調(diào)峰迫在眉睫。發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)發(fā)力，雙向緩解熱電矛盾，促進(jìn)大氣污染防治，激勵(lì)供熱機(jī)組開(kāi)展靈活性改造，進(jìn)行更深度調(diào)峰。

2016年6月28日，國(guó)家能源局綜合司文件（國(guó)能綜電力(2016)397號(hào)）《國(guó)家能源局綜合司關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》：為加快能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，提升我國(guó)火電運(yùn)行靈活性，全面提高系統(tǒng)調(diào)峰和新能源消納能力，在全面滿足深度低負(fù)荷運(yùn)行的情況下，環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)。雖然現(xiàn)階段對(duì)于鍋爐啟動(dòng)階段并未出現(xiàn)明文規(guī)定，但部分省市已經(jīng)開(kāi)始對(duì)鍋爐啟動(dòng)、停運(yùn)階段NOx排放超標(biāo)進(jìn)行處罰。同時(shí)，隨著環(huán)保壓力的日益嚴(yán)重，環(huán)保廳對(duì)于排放超標(biāo)的處罰會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。機(jī)組參與深度調(diào)時(shí)，機(jī)組脫硝系統(tǒng)的正常投入存在問(wèn)題，環(huán)保指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。

1機(jī)組現(xiàn)狀

某電廠機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環(huán)鍋爐，單爐膛∏型緊身封閉布置，固態(tài)排渣，平衡通風(fēng)，高強(qiáng)度螺栓全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。配有WR水平濃淡低氮燃燒器。爐膛寬11890mm，深12800mm，高49658mm，寬深比為1:1.076，爐膛和包覆過(guò)熱器由氣密性良好的膜式壁組成。

后煙井為并聯(lián)雙煙道，兩煙道的煙氣在調(diào)溫?fù)醢搴蠡旌线M(jìn)入兩臺(tái)并列的三分倉(cāng)容克式回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，再經(jīng)由除塵器后被引風(fēng)機(jī)排至脫硫系統(tǒng)及煙囪。鍋爐配有4套鋼球磨，采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，配有16臺(tái)給粉機(jī)，通過(guò)ABCD四層每份管道和兩層三次風(fēng)接至鍋爐四角燃燒器，燃燒器風(fēng)箱中設(shè)有三層共12支啟動(dòng)及助燃簡(jiǎn)單機(jī)械霧化油槍，12根油槍的總出力可達(dá)30%BMCR。

在B層煤粉燃燒器內(nèi)設(shè)有4支空氣霧化啟動(dòng)小油槍。煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。SCR脫硝反應(yīng)器布置在省煤器與空預(yù)器之間，雙煙道雙反應(yīng)器布置,蜂窩式催化劑,用液態(tài)純氨NH3作還原劑。

深度負(fù)荷靈活性試點(diǎn)項(xiàng)目要求電廠在~25%BMCR負(fù)荷以上工況，鍋爐能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒、環(huán)保達(dá)標(biāo)，也就是說(shuō)，機(jī)組此負(fù)荷段內(nèi)脫硝裝置必須運(yùn)行。機(jī)組擬滿足在包括點(diǎn)火啟動(dòng)、停運(yùn)及各個(gè)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)排放達(dá)標(biāo)，單就控制氮氧化物的排放而言，技術(shù)上要求鍋爐內(nèi)進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度最低不小于300℃。由于鍋爐啟動(dòng)階段省煤器出口煙溫遠(yuǎn)低于300℃，無(wú)法滿足SCR脫硝裝置催化劑最低安全投運(yùn)溫度的要求，將被迫停止噴氨，脫硝裝置退出。

2寬負(fù)荷脫硝改造必要性

為實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，保證鍋爐啟動(dòng)及停運(yùn)階段內(nèi)確保脫硝設(shè)備SCR正常投運(yùn)，擬進(jìn)行寬負(fù)荷脫硝煙道補(bǔ)燃及爐膛穩(wěn)燃技術(shù)改造（同時(shí)進(jìn)行低溫省煤器改造），保證機(jī)組鍋爐在啟動(dòng)和停運(yùn)階段在內(nèi)的各個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)SCR入口煙氣溫度在300~400℃之間，且具有較高的煤質(zhì)及環(huán)境溫度變化的適應(yīng)性。

3改造可行性方案

采用天然氣尾部煙道補(bǔ)燃及爐膛穩(wěn)燃技術(shù)，在SCR入口煙道處增設(shè)部分燃?xì)鈬姌專瑖姌寖?nèi)主要通入可燃?xì)怏w。燃?xì)馔ㄟ^(guò)噴槍進(jìn)入SCR入口煙道后，通過(guò)小氣槍點(diǎn)燃大氣槍，燃?xì)馊紵螽a(chǎn)生熱量，加熱原煙道內(nèi)煙氣，使啟爐階段SCR催化劑入口煙氣溫度達(dá)到310℃以上，保證催化劑的催化效率，使鍋爐在啟爐、停運(yùn)階段NOx排放量低于50mg/Nm3。隨著鍋爐啟停過(guò)程的進(jìn)行，爐內(nèi)溫度的升高（降低），鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)溫度升高（降低），SCR入口溫度也逐漸升高（降低），此時(shí)天然氣消耗量會(huì)逐漸降低（增加）。

當(dāng)鍋爐啟動(dòng)帶到一定負(fù)荷時(shí)，爐內(nèi)風(fēng)煙系統(tǒng)溫度達(dá)到鍋爐正常運(yùn)行要求，此時(shí)可停止補(bǔ)燃系統(tǒng)，保證脫硝效率。而當(dāng)鍋爐停運(yùn)過(guò)程中，鍋爐負(fù)荷降低到一定程度，煙氣旁路或其他手段不能滿足SCR入口煙氣溫度要求，此時(shí)開(kāi)啟煙道補(bǔ)燃系統(tǒng)，后根據(jù)煙氣溫度逐漸增加燃?xì)饬?，最終完成停爐，同時(shí)保證鍋爐SCR入口溫度一直處于合理范圍內(nèi)，確保將NOx排放量控制在合理水平。

將每臺(tái)鍋爐微油燃燒器上一層一次煤粉燃燒器更換安裝布置兼有主燃燒器功能的微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器，共計(jì)4只。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間，微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器具有點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能；在鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中，微氣點(diǎn)火燃燒器具有原煤粉燃燒器的功能。微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器應(yīng)包括小出力氣槍、配風(fēng)筒、燃燒室、點(diǎn)火裝置、紫外火檢裝置等。氣槍采用高壓霧化的方式，點(diǎn)火裝置采用高頻離子點(diǎn)火，檢測(cè)小氣槍火焰采用紫外火檢裝置。

所有管路根據(jù)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范的要求，進(jìn)鍋爐廠房設(shè)計(jì)總的關(guān)斷閥，鋪設(shè)的管道系統(tǒng)需要吹掃，采用氮?dú)獯祾撸皦嚎s空氣作為檢修用氣。在初次通天然氣之前，考慮安全，先置換出管道內(nèi)的空氣，避免天然氣與空氣中的氧氣形成可燃性混合物，可能造成內(nèi)燃或爆炸，采用了氮?dú)庵脫Q，需要設(shè)計(jì)氮置換系統(tǒng)。由于天然氣氣體中含有一定的水蒸汽，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)在燃?xì)夤艿赖牡撞啃纬梢簯B(tài)水，因此在系統(tǒng)的低點(diǎn)處設(shè)計(jì)排水口。工程改造含設(shè)計(jì)、供貨、安裝調(diào)試等相關(guān)一切服務(wù)工作，并通過(guò)相關(guān)管理部門的驗(yàn)收，天燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)另行設(shè)計(jì)安裝。

4運(yùn)行費(fèi)用估算

根據(jù)鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)曲線，鍋爐啟動(dòng)5h后達(dá)到50%負(fù)荷，因此從鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火到SCR入口煙溫到達(dá)310℃時(shí)間暫按照5h計(jì)算，在該過(guò)程中天然氣用量逐漸減少，從最初的4000Nm3/h逐漸減少至0，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)整個(gè)鍋爐啟動(dòng)階段天然氣消耗量呈線性關(guān)系逐漸減少，整個(gè)啟動(dòng)階段天然氣總用量約為：（4000+0）×5÷2=10000Nm3

工業(yè)天然氣價(jià)格按3.8元/Nm3計(jì)算，整個(gè)啟爐階段天然氣補(bǔ)燃系統(tǒng)所需運(yùn)行費(fèi)用約為：

10000×3.8=38000元。

當(dāng)鍋爐采用溫態(tài)及熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用要低于冷態(tài)啟動(dòng)所需費(fèi)用。鍋爐停運(yùn)階段運(yùn)行費(fèi)用與鍋爐啟動(dòng)階段運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算方法類似。全年煙道補(bǔ)燃系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用與鍋爐每年啟停次數(shù)有關(guān)。

5總體預(yù)期效果

該方案采用天然氣燃燒釋放的熱量加熱鍋爐啟動(dòng)或停運(yùn)階段較低溫度的煙氣至310℃，以滿足SCR脫硝系統(tǒng)的要求。該技術(shù)方案主要在鍋爐尾部煙道（省煤器出口至SCR入口段連接煙道）位置增設(shè)天然氣噴槍，對(duì)該段煙道進(jìn)行改造，內(nèi)部增設(shè)預(yù)燃室，防止高溫火焰對(duì)煙道造成不利影響。

同時(shí)在鍋爐微油燃燒器上一層一次煤粉燃燒器更換安裝布置兼有主燃燒器功能的微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器，微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器具有點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能；在鍋爐房及廠區(qū)內(nèi)設(shè)置天然氣管道，用以輸送天然氣至燃?xì)鈬姌?。同時(shí)將各閥門等控制系統(tǒng)接入現(xiàn)DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

按照當(dāng)?shù)?016年調(diào)峰政策，參與第一檔調(diào)峰：即負(fù)荷不低于120MW時(shí)，煙溫可達(dá)265℃，將煙溫提至310℃，每小時(shí)耗氣1000噸左右，每天調(diào)峰6小時(shí)，全年調(diào)峰150天，合計(jì)耗氣90萬(wàn)Nm3，每方氣3.3元，合計(jì)300萬(wàn)元，加上改造投資，共約670萬(wàn)元。參與第一檔調(diào)峰，每小時(shí)調(diào)峰量為24MW，每度電0.4元，每天調(diào)峰6小時(shí)，全年調(diào)峰150天，合計(jì)收入864萬(wàn)元。改造投運(yùn)后十個(gè)月便收回當(dāng)年的全部投資（改造及燃?xì)馔度耄院竺磕戢@得450萬(wàn)元的收益。如果參與第二檔調(diào)峰，投資回報(bào)時(shí)間更短。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用天然氣煙道補(bǔ)燃及爐膛穩(wěn)燃技術(shù)可以避免因鍋爐啟動(dòng)、停運(yùn)階段因SCR入口煙氣溫度達(dá)不到310℃造成的NOx排放量超標(biāo)；還可以加快鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)升溫速度，加快鍋爐啟動(dòng)速度，方便鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)定燃燒，使鍋爐更快并網(wǎng)運(yùn)行。

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