解决SCR烟温偏高问题的H型鳍片省煤器的应用

李晓晖

（台州发电厂，浙江台州318016）

解决SCR烟温偏高问题的H型鳍片省煤器的应用

李晓晖

（台州发电厂，浙江台州318016）

某300MW机组进行低NOX燃烧器和汽轮机扩容改造（330MW）后，SCR烟温超过了400℃的安全限值，利用H型鳍片管省煤器代替原有的光管省煤器，在330 MW工况下，SCR最高烟温降低到了386.6℃的安全温度，同时也降低了排烟温度，使发电标煤耗降低约1.16 g/kWh。

省煤器；H型鳍片管；SCR烟温；排烟温度

随着我国电力工业的迅速发展，火电装机容量逐年增长，大气污染也日渐突出，NOX是继SO2之后燃煤电站环保治理的重点对象，其主要控制手段是低NOX燃烧器改造和加装SCR脱硝系统[1]。由于低NOX燃烧器改造是将燃烧区域分成主燃区和再燃区，使炉膛火焰中心上移，从而导致炉膛出口烟温以及后续受热面烟温升高[2，3]。SCR（选择性催化还原）反应器进口烟温是SCR系统运行的重要参数之一，其最佳反应温度在340~380℃[4，5]之间，若SCR进口烟温过高，将会严重影响催化剂的正常运行，甚至导致催化剂的中毒，从而大大降低脱硝效率[6，7]。

针对1台存在SCR烟温偏高问题的前后墙燃烧300MW机组锅炉，优化省煤器受热面布置，以降低SCR反应器的进口烟温，为SCR运行提供最佳的运行温度，使得锅炉在大部分运行工况下均能够满足SCR催化剂高效安全运行的需求。

1 锅炉概况

300 MW机组的锅炉采用北京巴布科克·威尔科克斯有限公司生产的1 025 t/h亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉，正压直吹MPS型中速磨系统，前后墙对冲燃烧方式。

锅炉总体采用倒“U”型露天布置，系单炉膛、平衡通风、固态排渣全悬吊结构，尾部分烟道倒L型布置。换热面布置如图1所示，尾部竖井由隔墙分成前后2个通道，前部布置水平低温再热器，后部为一级过热器和省煤器，通过分烟道底部的烟气挡板，调节再热蒸汽出口温度。

为了增加机组出力和降低NOX排放，对汽轮机进行了扩容改造使机组铭牌出力达到了330 MW，并进行了空气分级低NOX燃烧和SCR脱硝改造。SCR反应器位于省煤器和空预器之间。

图1 锅炉换热面布置示意

增容改造前后锅炉的热力参数见表1（未考虑脱硝工况）。根据热力计算结果，在原始设计条件下，额定负荷时，空预器进口烟温已达到了402℃（实际运行时最高在390℃左右），增容改造后空预器进口烟温达到了408℃。同时，低NOX燃烧改造也会使得尾部烟温有一定程度的升高。

因此系列改造实施后，SCR实际运行烟温（脱硝改造前的空预器进口烟温）经常超过400℃，超过了SCR催化剂的上限，给SCR脱硝系统的安全、经济运行带来不利影响，同时增加了锅炉排烟损失。

表1 机组增容前后锅炉尾部受热面烟温

2 改造方案分析与设计

2.1 改造方案的可行性分析

省煤器属于气液换热，影响省煤器换热效率的主要因素是烟气侧换热系数k和换热面积F。因此，可以通过提高k或F来增加烟气侧放热量Q，实现省煤器出口烟温的降低，同时省煤器出口水温也会有所提高。针对既有设备，单纯提高换热系数有较大的难度，一般考虑采用增加换热面积来增加换热量。

增加省煤器面积可以有增加管排数或采用扩展受热面2种方式。根据热力计算，如果采用增加省煤器管排数来降低烟温，将SCR进口烟温下降20℃，则需要增加近60%的原省煤器面积，由于场地布置空间限制，增加60%省煤器面积不具有可实施性，因此只有选用扩展换热面。

扩展换热面的形式常用的一般有螺旋肋片管和H型鳍片管。在省煤器位置的烟气属于高尘烟气，一般来说H型鳍片管更适合作为该位置的扩展受热面[8]。H型鳍片管是在矩形鳍片的基础上发展而来，其强化传热以及不易积灰的特性正逐步受重视，在换热设备中具有广泛的应用前景[9-11]。

光管与H型鳍片管的换热性能比较如表2所示，在运行状况不变时（相同换热量），H型鳍片管的总管排数（125 mm×5.7 mm）也明显小于光管省煤器（125mm×16.6mm）。在相同布置空间中，假设采用相同的管节距，则H型鳍片管可实现约2.9倍的换热量，而实现20℃的烟温降幅需要增加约60%的换热量，因此，采用H型鳍片管省煤器，完全可以替代原省煤器的作用，且具有足够的布置空间。

表2 光管与H型鳍片管换热参数比较

2.2 省煤器改造设计

为了使SCR催化剂既能安全运行，又能处于高效运行温度窗口，以在全负荷范围内合理控制氨逃逸率，并具适当提升节能效果，SCR烟温降幅的设计目标值是15℃。

根据热力计算，SCR烟温降低15℃，则省煤器出口烟温下降约23℃，省煤器出口水温升高约4℃，达到约277℃，对省煤器运行影响不大（饱和温度363.2℃）。

在可行性分析的基础上，针对省煤器的实际布置条件等多方面因素，进行了H型鳍片管省煤器的工程设计与改造，设计结构见图2。

图2 H型鳍片管省煤器结构设计

改造后省煤器接口与原省煤器一致，不改变给水管路，对给水系统无明显影响。

增加省煤器面积使得省煤器重量增加，通过荷载校核，原支吊结构能够满足承重需求。

3 应用效果及效益分析

为了对比分析H型鳍片管省煤器的应用效果，省煤器改造前在330 MW负荷下进行了烟温测试，SCR烟温为400.2℃，改造后在相同煤种和负荷条件下，SCR烟温下降到了386.6℃，下降了13.6℃，基本达到了预期目标。

由于H型鳍片管省煤器改造降低了SCR烟温，即降低了空预器进口烟温，从而也降低了排烟温度。试验表明，排烟温度（修正到20℃）由改造前的132.3℃降低到改造后的123.3℃，修正排烟温度降低了9.0℃，排烟热损失下降了38%。仅计排烟温度降低带来的锅炉效率提升可降低发电标煤耗约1.16 g/kWh。

省煤器的改造不仅提升了SCR运行的安全性，具有一定的环保效益，还具有显著的经济效益。通过约1年的运行实践，H型鳍片管省煤器运行稳定，没有出现积灰堵塞情况。

[1]王书肖，于超，郝吉明.电厂NOX控制政策与技术∶美国的经验及对我国的启示[J].环境工程学报，2011，5（6）∶1213-1220.

[2]田军，唐亚平，杨立中.低NOX燃烧技术探讨[J].能源研究与管理，2013（2）∶32-36.

[3]周俊虎，赵琛杰，许建华，等.电站锅炉空气分级低NOX燃烧技术的应用[J].中国电机工程学报，2010，30（23）∶19-23.

[4]周响球，杨晨.选择性催化还原脱硝反应器数学模型及仿真[J].重庆大学学报（自然科学版），2007，30（6）∶39-43.

[5]SCHAUB G，UNRUH D，WANG J，et al.Kinetic analysis of selective catalytic NOXreduction（SCR）in a catalytic filter[J].Chemical Engineering and Processing，2003，42（5）∶365-371.

[6]曹志勇，秦逸轩，陈聪.SCR烟气脱硝催化剂失活机理综述[J].浙江电力，2010，29（12）∶35-37.

[7]李磊.SCR催化剂失活机理及寿命管理[J].全面腐蚀控制，2014（11）∶82-88.

[8]赵虹，周霭琳，施浩勋，等.不同扩展换热面传热、积灰、磨损特性对比[J].热力发电，2015，44（4）∶33-38.

[9]何雁飞.H型鳍片管省煤器在热电站煤粉锅炉上的应用[J].锅炉技术，2013，44（3）∶76-80.

[10]吴艳艳，孙奉仲，李飞，等.H型翅片管束空气流动及换热特性[J].山东大学学报（工学版），2014，44（6）∶90-94.

[11]牛天况，王振滨.H型鳍片管传热的分析和计算[J].锅炉技术，2012，43（1）∶1-5.

（本文编辑：陆莹）（本文编辑：陆莹）

Application of H-type Finned Tube Econom izer for Flue Gas Temperature Decrease in SCR

LIXiaohui
（Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318016，China）

The flue gas temperature in SCR（Selective Catalytic Reduction）exceeds the safety threshold limit value of 400℃after low NOXburner and steam turbine capacity increase transformations（330 MW）of 300 MW units.The H-type finned tube economizer is used to replace the original plain tube economizer.In the operating condition of 330MW,the highest flue gas temperature in SCR decreases to the safety temperature of 386.6℃and in the meantime discharged flue gas temperature also decreases,which enables standard coal consumption rate for power generation to approximately decrease by 1.16 g/kWh.

economizer；H-type finned tube；flue gas temperature in SCR；discharged flue gas temperature

TK223.3+3

B

1007-1881（2016）01-0050-03

2015-07-17

李晓晖（1978），男，工程师，主要从事发电厂生产技术管理工作。