脱硝工程原理及锅炉本体改造设计

梁鹏（四川川润动力设备有限公司，四川自贡，643000）



脱硝工程原理及锅炉本体改造设计

梁鹏
（四川川润动力设备有限公司，四川自贡，643000）

摘 要：为了降低烟气中氮氧化物的含量，基于武汉锅炉股份有限公司某WGZ410t/h煤粉炉脱硝改造工程为例，对锅炉脱硝工程改造的原理及本体设计进行了分析，提出了省煤器优化结构，以配合低氮燃烧。技术改造工程得到较好结果，为类似改造工程设计提供了参考。

关键词：脱硝；传热计算；低氮燃烧；H型鳍片管，省煤器

引言

选择性催化还原系统（Selective Catalytic Reduction，简称SCR）是指在催化剂的作用下，有选择性的与烟气中的NOX（氮氧化物）反应，将锅炉烟气中的氮氧化物还原成氮气和水。SCR催化剂最佳的活性范围在380～420℃。SCR烟气脱硝技术最高可达到90%以上的脱硝效率［1，2］。

1 工作原理

SCR技术原理为：在催化剂（V2O5）作用下，向温度约380～420℃的烟气中喷入氨，将NOX还原成N2和H2O，其反应原理如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；6NO+4NH3→5N2+6H2O；6NO2+8NH3→7NO2+12H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O。经过一系列化学反应，形成了氮气和水。

2 锅炉本体改造的设计

为配合低氮燃烧和SCR脱硝改造，对锅炉尾部受热面进行改造，以满足S C R入口烟温380±5℃（SCR催化剂最佳活性温度）的要求。在SCR烟道的底部布置一级省煤器，受限于SCR烟道空间结构，一级省煤器采用H型鳍片管代替原光管省煤器；同时减少二级省煤器受热面的纵向排数，通过减少二级省煤器受热面达到提高SCR入口烟温的目的。

2.1 资料分析

本例为山东茌平某铝业自备电厂的锅炉脱硝工程改造。该锅炉为武汉锅炉股份有限公司生产的WGZ410/9.8－20型高温、高压、自然循环单锅筒、固态排渣、四角喷燃、Π型布置、全钢架悬吊结构锅炉。额定蒸发量410T/h；过热蒸汽压力9.8MPa；过热蒸汽温度540℃；给水温度215℃；冷风温度0℃；热风温度44.8℃。根据业主提供的煤质、运行记录、热力计算、图纸及改造要求［3］。对尾部受热面进行局部传热核算。同时考虑低氮燃烧以及脱硝改造后的烟气量、烟温变化，需要满足《中国电站锅炉技术标准规范汇编（第二卷）：锅炉设计标准》中对烟温、烟气阻力以及烟气流速的设计要求［4］。改造后尽量保证锅炉整体性能，二级省煤器入口烟温按590.4℃进行设计。

烟气特性整理如下：烟气量5 1.7×1 0 4 Nm3/h；屏过出口烟温943.9℃，高过冷段出口烟温743.1℃，低过进口烟温634.4℃；二级省煤器进口烟温（转向室） 590.4℃，二级省煤器出口烟温452.7℃；上级空预器出口烟温344.8℃；下级省煤器出口烟温284.8℃；排烟温度137℃。

2.2 省煤器几何尺寸表

二级省煤器改造前横向节距150mm，纵向节距60mm，横向排数39.5，纵向排数32，受热面积1185.6m2；改造后横向节距150mm，纵向节距60mm，横向排数39.5，纵向排数16，受热面积593m2。一级省煤器改造前横向节距140mm，纵向节距60mm，横向排数33，纵向排数48，受热面积1555.8m2；改造后横向节距90mm，纵向节距87mm，横向排数50，纵向排数20，受热面积2880m2。

综上所述：二级省煤器横向排数不变，沿烟气流程方向纵向排数减少一半（16排），受热面积减少一半至593m2。一级省煤器由光管错列布置改为H型鳍片管顺列布置，受热面积增加1324m2至2880m2。

2.3 传热计算

由于电厂使用的煤种与原校核煤种很接近。本次改造基于原校核煤种，利用热力计算软件（苏标73）对省煤器进行100%BRL工况下热力核算，数据汇总如表1所示。

表1 基于原校核煤种省煤器100%BRL工况下热力核算

接表1

综合分析：空预器整体吸热量增加，热风温度提升15～25℃；排烟温度原设计137℃，改造后因一级省煤器受热面积的增加（约1324 m2）保证了排烟温度基本不变。二级省煤器出口烟温升高49℃，相应的二级空预器出口烟温升高34℃，保证了SCR脱硝装置的入口烟温在375～380℃之间。酸露点、汽水阻力及烟风阻力的计算限于篇幅，本文略。末级空预器通过增加管径来防止堵灰，管壁内搪瓷来防止烟气低温腐蚀。通过在空预器入口段加装防磨套管来增加防磨性能。

2.4 H型鳍片管一级省煤器布置

图1 改造后结构图

一级省煤器采用顺列逆流布置方式，横向节距90mm，纵向节距87mm，横向排数50，纵向排数24；基管受热面积1008m2，全面积5028 m2。改造后布置如图1所示。

3 性能保证

锅炉改造后锅炉性能得到保证［5］，具体指标如下：

（1）锅炉效率不降低；

（2）SCR入口烟气温度380±5℃；

（3）排烟温度不升高；

（4）锅炉尾部系统阻力增加不超过200Pa。

进入除尘器的烟气中的氮氧化物含量大幅度降低，技术性能得到满足。

4 结束语

该锅炉经脱硝改造后，在实际投入运行中，锅炉性能得到保证，脱硝效率显著提高，电厂反映良好。本设计方案具有一定的参考性、可行性和实用性。

参考文献

［1］ 《锅炉机组热力计算标准方法》［苏］，1973.

［2］ 《JB/Z 201-83 电站锅炉水动力计算方法》 上海发电设备成套设备设计研究所编.

［3］ 《锅炉原理及计算》 清华大学电力工程系锅炉教研组编 科学出版社，1979：1.

［4］ 《锅炉设备空气动力计算（标准方法）》 ［苏］C.H.莫强 主编电力工业出版社，第三版.

［5］ 《实用锅炉设计手册》 林宗虎，徐通模主编.化学工业出版社，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

中图分类号：TK223.3

文献标识码：A

文章编号：2095-8412 （2016） 02-305-04

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.048

作者简介：

梁鹏（1981-），男，工程师，就职于四川川润动力设备有限公司，任职岗位设计员，主要从事电站锅炉本体设计、300MW、600MW锅炉机组节能减排改造设计及135MW锅炉机组脱硝工程改造设计。

E-mail： iangpeng55555@163.com