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火电机组深度调峰下的宽负荷脱硝

  • 来源: 大发彩票华北电力试验研究院
  • 作者: 赵日晓
  • 发布时间: 2018-03-27

1.引言

新能源的消纳是当下制约我国新能源产业发展的一个关键因素。受多方面因素影响,未来新能源,特别是光电和风电,消纳形势可能将更加严峻。破解消纳问题,一般可以从提升电源调峰能力,调整风电、光伏布局,加强电网互济和强化负荷侧管理等多个方面采取措施,其中提升电源调峰能力至关重要。我国现有热电联产火电的调峰能力只有约20%,丹麦、德国热电联产机组的火电调峰能力能够达到80%和60%,纯凝机组我国能达到50%,而丹麦、德国则能够达到80%和75%。我国电网灵活性明显不足,无法有效地在网内为新能源提供有效的消纳空间。而制约火电机组进行深度调峰的一个主要困难就是如何确保机组在低负荷时,满足正常脱硝的最低温度,即机组的宽负荷脱硝问题。

2.宽负荷SCR脱硝技术

2.1提高炉膛出口处的烟气温度

实际生产应用中,通过调整燃烧器摆角提高炉膛火焰中心、适当提高氧量,调整SOFA风摆角等,都有助于提高炉膛出口的烟气温度,一定程度上提高SCR入口处的烟气温度。

2.2 减少炉膛出口至SCR入口烟气的热量传递

省煤器旁路改造(图1),是将锅炉省煤器前的部分高温烟气,通过旁路烟道直接送入SCR系统前端,高温烟气与原有烟气在SCR前端的喷氨格栅和静态混合器等设备的扰动和搅拌下,烟气温度均匀提高后,进入SCR反应系统。需要注意的是,由于脱硝催化剂在超出420℃时存在催化剂烧结问题且脱硝烟气旁路存在漏风, 因此脱硝烟气旁路取烟气口烟气温度不可能太高, 旁路截面积也不能过大。在烟气旁路中设置烟气挡板,通过挡板开度,来调节SCR系统中的烟气温度。省煤器旁路改造,会降低锅炉热效率(0.5~1%),增加煤耗;同时,烟气挡板长期运行可能堵灰卡涩,调节挡板在高温下易变形,差生内漏,影响系统稳定运行。

                                               

图1. 省煤器旁路改造

进行省煤器分级(图2)也是减少烟气与省煤器传热的一种方式。根据热力计算结果,将原有省煤器切分为前后两级,将SCR系统接入两级省煤器之间。这种改造方式,相当于是将SCR系统在原有烟道位置的基础上进行了前移,因而减少了烟气与省煤器的热量交换,提高了SCR入口处的烟气温度。该技术工程上运用较多,已比较成熟,不过其投资成本较高,老机组改造也有一定的难度。省煤器分级不具备烟气温度的调节能力,设计、操作不当时高负荷时有烟气超温风险。与省煤器分级类似的思路是对省煤器的管片进行分隔,并在烟道上增设挡板,来实现省煤器与烟气换热面积和流量的可变调节,从而控制SCR入口烟道出的温度达到催化剂的许用温度。

图2. 省煤器分级示意

减少烟气与省煤器传热还有另一个角度就是在低负荷时提高省煤器给水温度,减少省煤器烟气侧与水侧的温差,降低两者的换热强度,提高烟气的温度。一般来说,提高省煤器给水温度可以通过减少省煤器中的水量,减少省煤器中的吸热量,来提高省煤器外烟气的温度。具体的实施方式是将省煤器进口集箱出的给水,通过水旁路,送至省煤器出口集箱(图3)。旁路中安装调节阀门,控制旁路中水的流通量,进而控制省煤器外侧的烟气温度。该方法提高烟温的效果非常有限,仅为10℃以内,且在旁路流量过高时导致省煤器过热损坏。省煤器旁路,会导致给水换热效率降低,增加排烟热损失,降低锅炉热效率(0.5%~1.5%)。

图3. 省煤器水侧旁路

 

2.3 引入外加热源

   与2.2的减少炉膛出口至SCR入口烟气中的热量传递类似,引入外热源也可以分为从烟气侧引入,以及从给水侧引入两类。

烟气侧引入外热源方面,设置外置燃油或者燃气烟道,通过燃油与燃气产生的高温烟气,混合原有烟气加入到SCR反应器,提高反应器中的烟气温度。需要注意的是燃油点火初期产生的烟气中会有大量未完全燃尽的燃油和燃油产物,这些物质会附着在催化剂表面,逐渐积累并粘滞烟尘,对催化剂造成的污染堵塞,并使系统阻力增加,影响SCR系统运行的稳定性。严重时,催化剂表面积累的油污存在燃爆风险,可能会烧毁催化剂。燃气热源则不存在上述问题。

给水侧引入外热源方面,主要是通过对省煤器给水进行加热,减少给水在省煤器中的吸热量,提高锅炉省煤器出口的烟气温度。具体来说,应用较多的是,在1号高加前面增设0号高加,在深度调峰且负荷较低时,投入0号高加来加热省煤器给水,提高SCR反应的烟气温度,此种方法,不但能提高进入SCR反应器的烟气温度,还能进一步提高机组热效率(1%),该技术在上海外高桥三厂和浙能嘉电采用,又称弹性回热技术。对于亚临界汽包锅炉,利用炉水循环泵,将部分高温水送至省煤器水侧进口联箱,也能够提高进入省煤器的给水温度。

3.结论

本文对机组进行深度调峰改造的一个重要掣肘因素——宽负荷脱硝,从已经有所应用的提高SCR入口的烟气温度技术,以及正在研发、但尚未规模化商用的先进低温脱硝科技两个大方面进行了较为全面的综述。文中提及并深入介绍了多种宽负荷脱硝技术的原理以及实际应用,涉及技术路线较多、涉及范围也较广。也正因如此,凸显出了机组灵活性改造和宽负荷脱硝改造的复杂性和艰巨性。对于这项系统而繁琐的工程,各火电机组需要最大程度地选择适配于本机组的改造方案,才能不断地挖掘机组的调峰潜力,实现经济效益与社会效益的共利共赢。


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