机组宽负荷脱硝系统正常投入方案

李泽

【摘 要】本文重点针对影响脱硝烟温各因素的分析和研究，结合机组实际运行情况，对机组启动和低负荷运行过程进行燃烧优化。通过降低锅炉启动风量、减少省煤器换热、提高给水温度的措施，达到机组并网后低负荷下投入脱硝系统以及在深调峰等宽负荷下保证脱硝系统正常运行。

【关键词】超临界机组；锅炉；脱硝；烟温；调峰

一、概述

国电电力大同发电有限责任公司#9、#10机组为660MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为东方锅炉（集团）股份责任公司设计制造的超临界参数变压直流炉，一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道、采用挡板调节再热汽温、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。型号为DG2150/25.4-Ⅱ6型。

为了满足国家新的火电厂主要污染物排放标准要求，#9、#10机组相继进行了低氮燃烧器和烟气脱硝改造。脱硝装置采用“高含尘布置方式”的选择性催化还原法（SCR），系统采用一炉两个反应器配置，设置氨喷射系统、稀释风机、声波吹灰系统等。还原剂采用尿素热解制氨。反应器布置在省煤器和空预器之间，系统不设置烟气旁路和省煤器高温旁路系统。催化剂层数按2+1设置，采用南京龙源公司生产的蜂窝式催化剂，载体采用Ti02，主要成分为V205、W03，按脱硝系统进口NOx含量600mg/Nm3、出口100mg/Nm3进行设计，设计脱硝效率≥84%。

2016年根据三期机组的催化剂取样分析、现场实际脱硝效率及氨逃逸率的测量结果，增装了第三层催化剂，2016年1月起，三期机组实施超低排放改造，分别在2016年2月完成对10号机组SCR反应器进行提效改造，改造后SCR设计效率到84%，SCR出口NOx浓度低于50mg/Nm3。其中10号炉在第三层增装一层催化剂，改造后满足超低排放NOx浓度低于35mg/Nm3 的要求。

二、项目原理说明

SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（>450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生：2SO2+O2→2SO3 NH3+H2O+SO3→NH4HSO4

即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在320～420℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。

目前，机组在正常运行中，负荷大于400MW时，脱硝系统的烟温才能达到300℃左右。为保证脱硝系统的投入率，我厂脱硝系统的烟温按295℃控制，350MW也只能满足脱硝最低运行温度的要求。在机组启动过程尤其是在冷态启动过程中，锅炉点火初期，脱硝进口烟温更难满足脱硝最低连续运行温度的要求，从机组并网到带负荷350MW的时间一般需10小时。

随着电网对燃煤电厂提出进一步宽调峰工作，机组AGC指令50%—100%，修改为0%-100%。我厂三期两台660MW 机组最低运行负荷必须降至198MW，即30%的额定负荷，才能适应华北电网《两个细则》要求。

利用机组启动及带负荷过程对脱硝进口烟温的影响进行分析调整，找出解决的方法。

1、机组启动过程中提高脱硝进口烟温的方法

运行中影响脱硝系统投运条件中的烟温的主要因素为机组负荷、锅炉总风量、低再进口汽温、省煤器给水温度、尾部烟道调温挡板的开度、主再热汽温等。在启动过程中，锅炉总风量、主再热汽温等受锅炉风量要求和汽轮机温度限制，调整的余量不大，我们主要可以从锅炉点火前准备工作、给水温度和低再进口汽温等方面进行考虑优化的措施。

（1）锅炉点火前准备工作与烟温的关系

锅炉点火前，炉内温度越高，锅炉燃烧率越高，相应的脱硝进口烟温越高，因此，在锅炉点火前，提前升高炉内温度、给水温度，提高锅炉的燃烧率可以尽快提高脱硝进口的烟温，尽快投运脱硝系统。可以采取低风量启动方法有：

（a）开、停机时做好等离子、油枪的试验和消缺工作，保证磨煤机启停時顺利投运等离子、油枪，减少因等离子、油枪问题而导致的开停机时间延长。

（b）启动引、送风机前2小时，通知脱硫启动循环浆液泵，投入A磨等离子暖风机。

（c）炉膛自然通风，打开送风机出口挡板，投入一、二次风暖风器，调整二次风暖风器出口温度60～80℃进行暖炉。

（d）启动引风机、送风机。调节炉膛压力在-100Pa～-150Pa之间。

（e）调整送风量300～400t/h，开大二次风暖风器，调整二次风暖风器出口温度60～80℃进行强制暖炉，尽量提高空预器出口烟温。

（f）引风机投自动，炉膛压力定值-70Pa，总风量在30%～40%之间吹扫5分钟。

（g）做“油泄漏试验”、“炉膛吹扫”等锅炉点火前试验。

（h）确认BMS系统吹扫条件满足。

（i）在CRT画面上按下“吹扫请求”键，开始5min计时吹扫，吹扫完成后，将MFT复位，OFT复位。

（g）调整送风量200～300t/h，锅炉低风量点火，全开A层二次风门，其余二次风门全部关闭，减少送入炉内的冷风。

（k）确认各油枪进油手动门开启，打开燃油来油快关阀、调整燃油压力3.2～3.8MPa。

（l）启动密封风机，将备用风机投入联锁。

（m）启动两台一次风机，保持一次风压>7kPa。

（n）A磨五个等离子拉弧，调整一次风压，A磨煤机通风暖磨，其它磨煤机风门全部关闭。

（o）当A磨煤机出口温度达80℃时，启动A磨煤机，锅炉点火，调整给煤机15～25t/h运行。

（p）为减少机组启动至脱硝允许投运之间的时间，背压机进、回汽管道随机进行暖管。

（q）在机组并网前，做好第二台、第三台磨煤机启动的各项准备工作，机组并网立即启动第二台磨煤机。

（2）低再进口汽温和给水温度与烟温的关系

锅炉的尾部烟道采用平行烟道，尾部烟道分为前后两个通道，炉前部分布置了低温再热器，炉后部分布置有低温过热器和省煤器，高温烟气流经尾部烟道前后两个通道混合后进入脱硝系统，因此，提高低再进口汽温和给水温度有利于前通道和后通道烟温出口温度的提高，从而提高脱硝进口的烟温。同时，由于低再进口的汽温和给水温度存在温差，低再进口汽温比给水温度高，使得尾部烟道前通道的出口烟温高于后通道，因此，增加前通道温度相对较高的烟气流量有利于脱硝进口烟温的提高。

根据以上的分析，在机组启动时可采取的方法有：

（a）提高低再进口汽温的方法

在机组启动阶段，低再进口汽温主要由高压旁路调节阀阀后的汽温决定，因此，在高旁投运的情况下，提高高旁阀后温度设定值，减少高旁减温水流量，使高旁的阀后温度控制在300℃以上。

（b）增加前通道烟气流量的方法

根据上面分析，增加前通道温度相对较高的烟气流量有利于脱硝进口烟温的提高。因此在机组启动阶段，全开尾部烟道再热器侧的调节挡板的开度，过热器挡板维持最小20%开度，可以提高再热器侧（前通道）出口烟气的流量。这样可以达到以下效果：

改变前后通道内的烟气流量，使前通道内的烟气流量增加，提高混合后的烟气温度。

在再热器流量不变的情况下，前通道内烟气流量增加的同时，使前通道出口烟温提高，进一步提高混合后的烟气温度。

前通道内烟气流量增加后，提高了低温再热器出口的蒸汽温度，烟气温度也相对提高。

（c）提高给水温度的方法

在机组启动阶段，高低加随机启动，暖机期间投入高加系统，提高给水温度。省煤器进口的给水温度主要由高加出口的给水温度决定，其温度比分离器压力下的饱和温度略低。高加出口给水温度由机组除氧器水温决定，因此，为提高启动阶段省煤器进口的给水温度，可以采取的方法有：

提高高加出口的给水温度

锅炉见水后，采用换水的方法：继续开大辅汽至除氧器加热门提高除氧器温度。锅炉为保证给水品质，在换水的过程中，逐渐提高锅炉汽水系统温度。这样做一是提高给水温度，二是相应提高炉内温度。

汽机冲转后，尽早投运高加。

三、试验过程

冷态启动过程中对影响脱硝系统投运条件中的烟温的主要因素进行调整，降低锅炉总风量、提高高旁阀后蒸汽温度（低再进口汽温），及时投入高加以提高省煤器给水温度，调整尾部烟道调温挡板的开度等手段，达到提高脱硝入口烟温的目的。

四、情况说明

1、冷再进口汽温与烟温的关系

由于汽机启动方式的原因，在机组并网之前，炉侧一般维持一台磨煤机运行，锅炉总煤量约在20-35t/h左右，高旁开度为40%，汽机冲转前，冷再进口汽温随着烟温上升。汽机并网后，全关旁路，冷再进口汽温随着烟温上升。保持主汽压的稳定。在此过程中，高旁阀后的温度虽然保持在330℃左右，但随着温度相对较低的高压缸排汽量的增加，冷再进口汽温逐步下降，冷再出口汽温下降后，直接引起尾部烟道前通道（再热器侧）出口的烟气温度略有下降，但锅炉炉温逐渐升高，此时脱硝进口烟温基本不变。

2、给水温度与脱硝进口烟温的关系

当锅炉点火初期1小时内，锅炉炉内相当于预热阶段，水冷壁温度低于给水温度。随着炉内温度逐步升高，烟温缓慢升高。当水冷壁温度、省煤器温度和给水温度一致时锅炉起压，烟温快速上升。当水冷壁温度高于省煤器温度和给水温度时，随着锅炉煤量增加，烟温先缓慢、后平稳上升。

3、锅炉总风量对脱硝进口烟温影响

机组在冲转前至并网间过程中，随着煤量增加，烟温逐渐上升，烟气的体积流量逐渐增大，锅炉本体和烟道、脱硫系统等设备的阻力逐渐增大，导致引风机出力增大，锅炉漏入冷风增大，而总风量的减少，导致脱硝进口烟温上升停滞。

4、尾部烟道挡板对脱硝进口烟温的影响

脱硝系统进口的烟气由锅炉尾部烟道前部分的再热器侧出口烟气和后部分的过热器（省煤器）侧出口烟温混合而成，在主机未冲转之前，再热器进口的蒸汽温度主要由高压旁路调节阀后的蒸汽温度决定，一般可控制在300℃左右，而此时省煤器进口的给水温度约为96℃，因此再热器出口的烟气温度（300℃）高于省煤器出口的烟气温度（279℃），增加高温烟气的流量有利于混合后烟气温度的提升。

在锅炉点火后，为提高脱硝进口的烟温，将尾部烟道再热器侧的调温挡板开度开至100%，尾部烟道再热器出口烟温呈上升趋势，脱硝进口烟温随再热器侧出口烟温的上升而上升。

五、结论和建议

1、考虑锅炉差异和夏、冬季环境温度差异，提高机组启动阶段和宽负荷调峰脱硝投运率的运行优化措施主要有：

（1）通过实验，可实现机组30%额定负荷时（退出供热后）脱硝烟温达线，脱硝进口烟温将达最低点。考虑避免退出脱硝系统的烟温设定点。

（2）锅炉低风量启动，通过提高给水温度、低温再热器进口汽温、增加尾部烟道再热器侧烟气流量、烟气挡板调节等方法，对提高启动阶段脱硝投运率和宽负荷调峰脱硝烟温保障起到很大作用。

（3）在啟动阶段将脱硝投运的烟温条件由295℃降低到280℃是提高脱硝投运率的主要手段，同理，宽负荷调峰也可保证脱硝系统投运率。但降低烟温投运条件，会使低负荷阶段催化剂区域的氨积存量增加，增加了催化剂性能劣化的风险，在机组停机阶段，若将脱硝投运的烟温条件有295℃降低到280℃，在烟温较低的情况下投运脱硝喷氨将有更大的风险。

（4）根据锅炉低风量启动方法，机组投入脱硝系统时间控制在夏季7-8小时，冬季8-9小时。其中汽轮机暖机时间约2小时左右。

（5）在机组停机阶段，应采用锅炉滑压滑温停机，当烟温通过调整不能维持时停机，脱硝系统应随机停运。

（6）低烟温投运，氨逃逸较大，锅炉排烟温度较低，空气预热器冷端易产生硫酸氢胺结晶现象，会导致空气预热器堵塞或密封卡塞，这时空气预热器必须连续蒸汽吹灰。

（7）采用低风量启动对提高机组启动阶段脱硝系统投运率和排放的合格率有一定的作用，但仍不能完全保证机组锅炉点火和投入脱硝系统的全程投运。

（作者单位：国电电力大同发电有限责任公司）