脱硝工程原理及锅炉本体改造设计
2016-07-21梁鹏四川川润动力设备有限公司四川自贡643000
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