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火力發電廠寬負荷脫硝技術探討
作者:管理員    發布于:2017-10-11 08:46:07    文字:【】【】【

  摘要:地區電力市場供大于求,機組需要進行深度調峰,采用天然氣尾部煙道補燃及爐膛穩燃技術進行改造,實現寬負荷脫硝,達到環保要求。

  關鍵詞:火電廠;深調峰;環保;寬負荷脫硝

  0 引言

  近幾年,吉林省乃至東北電力市場供大于求的矛盾日益突出,火電機組利用小時持續下降,計劃手段已不能解決電網低谷調峰的困難,火電機組深度調峰迫在眉睫。發電側與用戶側發力,雙向緩解熱電矛盾,促進大氣污染防治,激勵供熱機組開展靈活性改造,進行更深度調峰。2016年6月28日,國家能源局綜合司文件(國能綜電力(2016) 397號)《國家能源局綜合司關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》:為加快能源技術創新,挖掘燃煤機組調峰潛力,提升我國火電運行靈活性,全面提高系統調峰和新能源消納能力,在全面滿足深度低負荷運行的情況下,環保指標達標。雖然現階段對于鍋爐啟動階段并未出現明文規定,但部分省市已經開始對鍋爐啟動、停運階段NOx排放超標進行處罰。同時,隨著環保壓力的日益嚴重,環保廳對于排放超標的處罰會越來越嚴重。機組參與深度調時,機組脫硝系統的正常投入存在問題,環保指標不達標。

  1 機組現狀

  某電廠機組鍋爐為上海鍋爐廠生產的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環鍋爐,單爐膛∏型緊身封閉布置,固態排渣,平衡通風,高強度螺栓全鋼架懸吊結構。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,爐膛和包覆過熱器由氣密性良好的膜式壁組成。后煙井為并聯雙煙道,兩煙道的煙氣在調溫擋板后混合進入兩臺并列的三分倉容克式回轉空氣預熱器,再經由除塵器后被引風機排至脫硫系統及煙囪。鍋爐配有4套鋼球磨,采用中間儲倉式熱風送粉系統,配有16臺給粉機,通過ABCD四層每份管道和兩層三次風接至鍋爐四角燃燒器,燃燒器風箱中設有三層共12支啟動及助燃簡單機械霧化油槍,12根油槍的總出力可達30%BMCR。在B層煤粉燃燒器內設有4支空氣霧化啟動小油槍。煙氣脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)工藝。SCR脫硝反應器布置在省煤器與空預器之間,雙煙道雙反應器布置,蜂窩式催化劑,用液態純氨NH3作還原劑。

  深度負荷靈活性試點項目要求電廠在~25%BMCR負荷以上工況,鍋爐能實現穩定燃燒、環保達標,也就是說,機組此負荷段內脫硝裝置必須運行。機組擬滿足在包括點火啟動、停運及各個負荷運行時排放達標,單就控制氮氧化物的排放而言,技術上要求鍋爐內進入SCR反應器的煙氣溫度最低不小于300℃。由于鍋爐啟動階段省煤器出口煙溫遠低于300℃,無法滿足SCR脫硝裝置催化劑最低安全投運溫度的要求,將被迫停止噴氨,脫硝裝置退出。

  2 寬負荷脫硝改造必要性

  為實現機組深度調峰,保證鍋爐啟動及停運階段內確保脫硝設備SCR正常投運,擬進行寬負荷脫硝煙道補燃及爐膛穩燃技術改造(同時進行低溫省煤器改造),保證機組鍋爐在啟動和停運階段在內的各個負荷范圍內SCR 入口煙氣溫度在300~400℃之間,且具有較高的煤質及環境溫度變化的適應性。

  3 改造可行性方案

  采用天然氣尾部煙道補燃及爐膛穩燃技術,在SCR入口煙道處增設部分燃氣噴槍,噴槍內主要通入可燃氣體。燃氣通過噴槍進入SCR入口煙道后,通過小氣槍點燃大氣槍,燃氣燃燒后產生熱量,加熱原煙道內煙氣,使啟爐階段SCR催化劑入口煙氣溫度達到310℃以上,保證催化劑的催化效率,使鍋爐在啟爐、停運階段NOx排放量低于50mg/Nm3。隨著鍋爐啟停過程的進行,爐內溫度的升高(降低),鍋爐風煙系統溫度升高(降低),SCR入口溫度也逐漸升高(降低),此時天然氣消耗量會逐漸降低(增加)。當鍋爐啟動帶到一定負荷時,爐內風煙系統溫度達到鍋爐正常運行要求,此時可停止補燃系統,保證脫硝效率。而當鍋爐停運過程中,鍋爐負荷降低到一定程度,煙氣旁路或其他手段不能滿足SCR入口煙氣溫度要求,此時開啟煙道補燃系統,后根據煙氣溫度逐漸增加燃氣量,最終完成停爐,同時保證鍋爐SCR入口溫度一直處于合理范圍內,確保將NOx排放量控制在合理水平。

  將每臺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火煤粉燃燒器,共計4只。在鍋爐點火和穩燃期間,微氣點火煤粉燃燒器具有點火和穩燃功能;在鍋爐正常運行過程中,微氣點火燃燒器具有原煤粉燃燒器的功能。微氣點火煤粉燃燒器應包括小出力氣槍、配風筒、燃燒室、點火裝置、紫外火檢裝置等。氣槍采用高壓霧化的方式,點火裝置采用高頻離子點火,檢測小氣槍火焰采用紫外火檢裝置。

  所有管路根據燃氣設計規范的要求,進鍋爐廠房設計總的關斷閥,鋪設的管道系統需要吹掃,采用氮氣吹掃,及壓縮空氣作為檢修用氣。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,可能造成內燃或爆炸,采用了氮氣置換,需要設計氮置換系統。由于天然氣氣體中含有一定的水蒸汽,在長期運行過程中,可能會在燃氣管道的底部形成液態水,因此在系統的低點處設計排水口。工程改造含設計、供貨、安裝調試等相關一切服務工作,并通過相關管理部門的驗收,天燃氣管道建設另行設計安裝。

  4 運行費用估算

  根據鍋爐冷態啟動曲線,鍋爐啟動5h后達到50%負荷,因此從鍋爐啟動點火到SCR入口煙溫到達310℃時間暫按照5h計算,在該過程中天然氣用量逐漸減少,從最初的4000Nm3/h逐漸減少至0,為簡化計算,假設整個鍋爐啟動階段天然氣消耗量呈線性關系逐漸減少,整個啟動階段天然氣總用量約為:(4000+0)×5÷2=10000Nm3

  工業天然氣價格按3.8元/Nm3計算,整個啟爐階段天然氣補燃系統所需運行費用約為:

  10000×3.8=38000元。

  當鍋爐采用溫態及熱態啟動時,運行費用要低于冷態啟動所需費用。鍋爐停運階段運行費用與鍋爐啟動階段運行費用計算方法類似。全年煙道補燃系統運行費用與鍋爐每年啟停次數有關。

  5 總體預期效果

  該方案采用天然氣燃燒釋放的熱量加熱鍋爐啟動或停運階段較低溫度的煙氣至310℃,以滿足SCR脫硝系統的要求。該技術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)位置增設天然氣噴槍,對該段煙道進行改造,內部增設預燃室,防止高溫火焰對煙道造成不利影響。同時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火煤粉燃燒器,微氣點火煤粉燃燒器具有點火和穩燃功能;在鍋爐房及廠區內設置天然氣管道,用以輸送天然氣至燃氣噴槍。同時將各閥門等控制系統接入現DCS系統實現自動控制。

  按照當地2016年調峰政策,參與第一檔調峰:即負荷不低于120MW時,煙溫可達265℃,將煙溫提至310 ℃,每小時耗氣1000噸左右,每天調峰6小時,全年調峰150天,合計耗氣90萬Nm3 ,每方氣3.3元,合計300萬元,加上改造投資,共約670萬元。參與第一檔調峰,每小時調峰量為24MW,每度電0.4元,每天調峰6小時,全年調峰150天,合計收入864萬元。改造投運后十個月便收回當年的全部投資(改造及燃氣投入),以后每年獲得450萬元的收益。如果參與第二檔調峰,投資回報時間更短。

  6 結束語

  綜上所述,采用天然氣煙道補燃及爐膛穩燃技術可以避免因鍋爐啟動、停運階段因SCR入口煙氣溫度達不到310℃造成的NOx排放量超標;還可以加快鍋爐風煙系統升溫速度,加快鍋爐啟動速度,方便鍋爐點火及穩定燃燒,使鍋爐更快并網運行。

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