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为适应越来越严格的排放要求,火电机组纷纷进行脱硝改造,其中,催化还原脱硝的SCR装置,以其成熟的技术工艺和稳定的脱硝效率,在国内得到广泛应用,在关注脱硝效率的同时,SCR脱硝装置对锅炉系统的经济性和安全性方面的影响也应引起重视。
机组概况
大唐信阳华豫发电有限责任公司二期2×660MW超超临界燃煤发电#3、#4机组分别于2009年3月、10月投产。锅炉是由某锅炉(集团)股份有限公司生产的DG2000/26.15-II2型一次中间再热,超超临界参数变压运行,带内置式启动旁路系统的本生直流锅炉。形式为单炉膛、尾部双烟道结构、前后墙对冲燃烧方式。锅炉采用中速磨煤机一次风正压直吹式系统,每台炉配6台中速磨煤机。B-MCR工况燃烧设计煤种时,5运1备,煤粉细度R90=16%,煤粉均匀性系数为1.05。每台磨煤机为一层6台燃烧器供应气粉混合物。锅炉前、后墙各布置3层DBC-OPCC-Ⅰ型燃烧器,每层6只,共计36只燃烧器(后墙最下层F层为小油枪燃烧器)。每台炉各安装两台三分仓容克式空气预热器,后期安装SCR脱硝装置,脱硝装置采用尿素热解产生氨气制备还原剂,选择性催化还原法(SCR)的烟气脱销工艺,将氨(NH3)作为还原剂喷入烟气中,使还原剂与烟气中的NOx发生还原反应,生成无害的氮气(N2)和水(H2O),从而达到脱除氮氧化物的目的,每台脱硝装置的烟气处理能力为相应锅炉ECR工况时的100%烟气量,脱硝装置入口NOx含量≤450mg/Nm3时,保证脱硝效率≥80%;NOx排放浓度不超过100mg/Nm3,能严格满足环保排放标准,但SCR脱硝装置安装后对锅炉安全经济运行产生了较大的影响。
SCR法脱硝对超超临界锅炉运行的影响
烟道阻力的影响
SCR装置安装后增加了锅炉烟气系统的阻力。阻力的增大是与无SCR装置时燃烧系统的最大区别。增加的阻力一般分为增加的烟道阻力、SCR反应器内的阻力和空气预热器增加的阻力三部分。本厂超超临界锅炉增设SCR装置以后,SCR反应器的阻力为500Pa左右,空气预热器增加阻力为200Pa左右。而整个锅炉烟风系统的阻力为2000~3000Pa(BMCR工况,330~660MW)。可见,SCR装置对锅炉的烟道阻力特性会有很大影响,同时,SCR内的催化剂和空气预热器的积灰加重了这一影响。
锅炉SCR装置内催化剂为蜂窝形,孔径为7mm,很容易形成积灰堵塞,SCR装置随着运行时间的增长,压损越来越大。喷氨装置喷入的NH3在与NOx反应后,残余的NH3将与SO3和水蒸气反应生成粘结性强、腐蚀性强的化合物硫酸氢氨(NH4HSO4)。反应方程式如下:
NH3+SO3+H2O—NH4HSO4
硫酸氢氨会附着在飞灰表面,在空气预热器的高温段和低温段表面沉积,使空预器换热元件脏污堵塞,进一步增加烟道的阻力。本厂两台超超临界锅炉在SCR装置投运半年后空气预热器阻力差压均较刚投入时增加30%,约500Pa左右,导致锅炉系统容易出现更大的压力波动。见下图所示。
上图中,横坐标为锅炉的负荷,纵坐标为锅炉烟道的阻力。曲线1为未加装SCR装置的锅炉阻力特性曲线。若某一时刻锅炉从工况A调节到工况B,工作点就从a1调整到b1,则压力调节幅度为△P1。曲线2为加装SCR装置后锅炉阻力特性曲线,由原来的曲线l叠加上加装SCR所增加的阻力得到。此时若同样从工况A调节到工况B,工作点从a2调整到b2.则压力调节幅度为△P2。曲线3为曲线1向上平移的曲线。从图中可看出安装SCR装置比未安装SCR装置多出(△P2一△P1)的压力波动。风机的压力调节幅度有很大增加,锅炉系统更容易出现压力波动。
锅炉系统较大的压力波动将影响炉膛的稳定燃烧、燃烧的经济性,甚至会增大炉膛内爆的可能性。同时引风机压头将会有很大提高.不利于锅炉的安全稳定运行。
对锅炉热效率的影响
安装SCR脱硝装置后降低了锅炉热效率。SCR脱硝装置安装了反应器及其连接烟道,使烟道加长增大了锅炉的散热面积,从而使锅炉的散热损失增大,烟气通过超超临界锅炉脱硝系统后烟温降低了5℃左右,对锅炉效率将会产生一定影响。
空预器换热元件堵塞使空预器排烟温度升高。氨气和三氧化硫反应生成硫酸氢氨。硫酸氢氨在温度180~200℃的环境中呈“鼻涕”状的黏性物,因此,在空预器高温段和低温段,烟气中的灰尘在该处和硫酸氢氨一块极易粘附于空预器换热面上,使空预器换热元件脏污,降低空预器的换热效果,从而使排烟温度升高,锅炉效率降低。
空预器漏风率增大。本厂超超临界锅炉烟气通过SCR装置后压降增加了500Pa左右,因安装SCR装置后空预器堵塞,烟气通过空预器增加阻力500Pa左右,整个烟气侧阻力增加了1kPa左右,为了使炉膛内部压力平衡,引风机的出力将增加,从而导致空预器内部烟气压力降低,空预器风侧和烟气侧压差增大,导致空预器漏风率增加,锅炉效率降低。
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