燃煤电站锅炉脱硝提效改造存在的问题及对策分析

吴玲燕

(中国石化扬子石油化工有限公司 江苏南京 210048)

1 脱硝提效改造的背景

《锅炉大气污染物排放标准》自1983年首次发布后，分别于1991年和2001年进行了修订，2014年进行了再次修订，形成国家标准《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2014)。该标准在2014年5月发布后，于当年7月正式实施，相比之前的排放标准，增加了氮氧化物和汞及其化合物的排放限值，规定燃煤锅炉氮氧化物的排放标准为200～400 mg/m3。江苏省在《江苏省煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》中要求，确保到2018年底全省100 MW及以上燃煤机组大气污染物排放浓度基本达到燃机排放标准。

中石化集团针对各子公司内部电厂锅炉实际运行效率偏低问题，要求各企业落实提效改造措施，将锅炉实际运行效率提高到92%以上。按照国家和江苏省的环保要求，扬子石化热电厂在2011年底至2014年4月，对1#～9#燃煤锅炉进行了脱硝提效改造。本文就此次脱硝提效改造的方案及存在的问题进行讨论，提出后续的改造措施并对锅炉热效率的提升效果进行分析。

2 锅炉概况

扬子石化热电厂为高温高压抽汽供热式火力发电厂，共有九炉六机，总装机容量为360 MW。9台锅炉全部选用高温高压煤粉锅炉，其中1#～8#炉额定蒸发量为220 t/h，9#炉额定蒸发量为410 t/h。1#～8#炉燃烧器为四角布置，切向燃烧，燃烧器共两层；9#炉燃烧器为四角布置，切向燃烧，燃烧器共3层。脱硝改造前对1#～9#炉进行热效率测试，除9#炉锅炉效率稍低于设计值外，其余8台锅炉平均锅炉效率为89.88%，与设计值相差较大，平均相差约1.7%。扬子石化热电厂锅炉设备型号及规格(设计值)见表1。

表1 扬子石化热电厂锅炉设备型号及规格(设计值)

3 脱硝提效改造工艺技术路线及主要内容

3.1 脱硝工艺技术路线

在脱硝工艺技术路线上，刘小辉等[1]采用低NOx燃烧技术和炉后选择性催化还原(SCR)技术相结合的工艺；余仕良[2]利用合成氨生产过程中产生的稀氨水，采用选择性非催化还原(SNCR)技术的烟气脱硝系统；姚刚[3]采用低氮燃烧器+SNCR脱硝+液相COA(低温循环氧化吸收)脱硝工艺；史晓莉[4]、栗艮[5]采用SCR脱硝技术和SNCR脱硝技术。

本次改造的1#～8#炉，采用低氮燃烧(LNB+OFA)+SNCR+烟道内布置SCR组合脱硝技术。首先通过LNB+OFA技术在源头上减少NOx的排放量；然后在锅炉炉膛燃烧区域上部和炉膛出口850～1 100 ℃烟气温度区域向烟气中喷射过量的氨蒸气，从而实现SNCR反应；最后过量的氨蒸气在下游SCR催化剂的作用下，进一步实施脱硝反应。经过上述工艺技术的组合，可以实现较高的脱硝效率。9#炉由于锅炉后墙与除尘器间空间较大，采用(LNB+OFA)+炉外布置SCR组合脱硝技术。

3.2 锅炉提效受热面改造

脱硝改造实施后，在锅炉烟道内设置了催化剂层，压缩了原烟道空间。在节省烟道高度的前提下，为实现锅炉提效改造，对1#～8#锅炉受热面重新进行核算后，增大了省煤器的换热面积。低温省煤器改造结合锅炉脱硝改造同步进行，历时两年半，到2014年全部完成，各台炉完成改造后的受热面结构形式见表2。改造后经测试，在排放指标达到国家标准要求的同时，锅炉效率提升至92.25%。

表2 1#～9#炉受热面改造内容

4 脱硝提效改造后存在问题

1#～9#炉改造后运行至2016年1月，因低温省煤器泄漏共造成停炉19次，主要出现堵灰、冲刷磨损、泄漏等情况(见图1)，具体停炉原因见表3。

表3 1#～9#炉脱硝改造后出现的低温省煤器泄漏情况

5 省煤器冲刷泄漏原因分析

锅炉脱硝系统的投运在满足环保排放要求的同时，给锅炉生产运行带来了副作用。由于不可避免地存在氨逃逸，逃逸的氨与烟气中的SO3发生反应，生成硫酸氢铵。硫酸氢铵熔点温度区为147～280 ℃，在200～240 ℃时呈熔融状态，具有很强的黏性。低温省煤器下部以及下级低温空气预热器工作温度就在该区域，同时低温省煤器管道采用螺旋翅片错列布置，造成低温省煤器及空气预热器的堵塞，积灰后又势必造成烟气偏流，烟道内局部烟气流速增大，加剧了省煤器管排的冲刷磨损，从而产生省煤器管排泄漏。通过对锅炉炉膛及尾部烟道结构的分析，燃烧烟气从过热器穿出后经转向室进入尾部竖直烟道后易产生烟气偏流。由于惯性作用，炉后方的烟气量要大于炉前方的，流速与流量成正比关系，因此炉后烟气流速相对要高，而冲刷与流速的三次方成正比关系，对低温省煤器管排炉后方的冲刷要比炉前的更加严重。

6 脱硝提效改进方案及效果分析

为了从根本上解决低温省煤器积灰严重及频繁泄漏等问题，2015年初扬子石化热电厂多次组织相关厂家的技术专家来现场进行实际调研和探讨。以8#炉为例，改造前采用错列螺旋翅片管、声波吹灰器；各厂家提出了7种改造方案，见表4。通过对各种方案的对比，扬子石化热电厂最终选择采用厂家一的方案4。

表4 各厂家改造8#炉低温省煤器方案对比

6.1 8#炉低温省煤器及吹灰系统改造

2015年按照厂家一的方案4对8#炉进行改造，以下为具体改造内容。

(1)低温省煤器由原来的错列螺旋翅片结构更改为顺列H形翅片结构，将原来的84片单管盘绕管排改为44片双管并绕管排。改造后管子规格仍为Φ32 mm×4 mm，材料为20g(20#钢),横向节距为80 mm，纵向节距为92 mm，纵向排数为18排，牺牲部分受热面增加横向节距，提高烟气流通性并降低烟气流速，为低温省煤器管排的清理和检查创造条件，保证锅炉运行的安全性及稳定性。改造后炉效降低了0.41%。

(2)为了防止硫酸氢铵堵灰后引起烟气偏流，省煤器管组四周设置烟气挡板，避免烟气集中贴壁冲刷形成烟气走廊，对管子造成严重磨损。同时管排两端弯头部分通过烟气挡板隔离保护，穿墙管处采用防磨瓦板进一步防止烟气对穿墙管子的磨损。

(3)针对易冲刷磨损的每组管排上部4根管子迎风面设置梳形防磨瓦板，防磨瓦板厚度3 mm；每条烟道左右两侧各3排管排的翅片区域设置梳形防磨瓦板，防磨瓦板厚度5 mm。

(4)管排下部3根H形翅片管改为光管加全防磨设计，进一步避开硫酸氢铵在200～240 ℃最容易黏结的温度区域，防止低温省煤器积灰、堵灰(低温省煤器出口烟气温度提高至265.3 ℃，炉效再次降低0.27%)。

(5)由于管子横向节距的变化，低温省煤器的进、出口集箱重新设计，进口集箱标高不变，出口集箱的标高由原16 300 mm变为17 300 mm。因集箱标高的变化，低温省煤器之间的连接管也需进行改造。

(6)低温省煤器管排上部采用固定旋转式蒸汽吹灰器，左右各2只，共4只。低温空气预热器下级管箱上部采用耙式吹灰器，左右各2只，共4只。

6.2 8#炉低温省煤器改造后的运行效果

(1)低温省煤器积灰及磨损情况明显改善，翅片完好，不存在变形、磨损、脱落等现象，各管排间自上而下通道顺畅，管排下部光管处有少量挂灰。

(2)低温省煤器段吹灰器由原来声波吹灰器改为蒸汽吹灰器，蒸汽吹扫后各管排之间无积灰，吹灰效果明显改善。

(3)低温预热器段增设耙式蒸汽吹灰器，蒸汽吹扫后各管板表面积灰明显减少。

(4)自2015年低温省煤器改造以来，8#炉低温省煤器共发生3次泄漏，其中2017年1次、2018年2次，主要是由局部烟气冲刷磨损引起的泄漏。

6.3 其余8台锅炉的改造效果

在8#炉省煤器按照改造方案取得锅炉效率提升的基础上，将其余8台锅炉按相同的方案进行改造，在排放指标达到标准要求的同时，锅炉效率也得到了相应的提升。

7 结语

随着国家对环保要求的逐步提高，锅炉大气污染物的排放标准也在逐步提高，各热电厂按照国家及本省环保要求进行脱硝改造的同时也要考虑锅炉热效率的提高。以扬子石化热电厂1#～9#炉的脱硝提效改造为例，发现在进行脱硝提效改造后，出现低温省煤器积灰严重及频繁泄漏等问题。通过对8#炉进行低温省煤器及吹灰系统的改造，省煤器积灰及磨损情况明显改善，低温省煤器的泄漏次数也明显减少，然后推广应用到其他锅炉，既达到锅炉排放指标满足环保要求，又提高了锅炉的运行热效率。