浅析锅炉加装SCR脱硝装置尾部受热面的改造方案
摘要：为满足脱硝改造要求，解决锅炉存在的省煤器泄露造成机组非停、排烟温度高、再热汽温偏低等问题，保证机组运行的安全性和经济性。本文针对该电厂现有煤质和运行数据进行拟合热力计算，并对结果进行全面分析，在此基础上进行管屏计算，提出2种受热面改造方案，进行方案可行性论证，确定最佳、最有效的改造方案。
关键词：脱硝改造；锅炉；校核计算；方案分析
0引言
某电厂2×220MW机组锅炉NOx的排放限值为200mg/Nm3，当前排放浓度在500～800mg/Nm3，远高于新环境保护标准的要求，电厂计划对两台锅炉进行采用SCR方案的脱硝改造，但是尾部烟道空间有限，无法布置SCR系统。两台锅炉省煤器均存在磨损严重问题。
为此，对锅炉进行综合治理，以满足脱硝改造要求，降低NOx排放浓度，同时解决锅炉存在的省煤器泄露造成机组非停、排烟温度高、再热汽温偏低等问题，是该电厂贯彻落实国家环保政策和集团节能减排要求的必然选择，同时也是提高机组安全性和经济性的当务之急。在此背景下，对锅炉的受热面改造刻不容缓。
1锅炉概况
研究对象为超高压参数、一次中间再热、单汽包、自然循环蒸汽炉，配220MW汽轮发电机组。
锅炉呈∏型布置，前部竖井为炉膛，其四周为膜式水冷壁，炉膛上方布置有前屏过热器，炉膛出口处布置有后屏过热器，在水平烟道里装设有对流过热器和再热器热段。炉顶、水平烟道两侧及转向室布满了顶棚管及包墙管;尾部竖井为烟道，其间布置有再热器冷段，以及交错布置的两级省煤器和两级空气预热器。
本锅炉系固态排渣煤粉炉，采用直流燃烧器、四角布置切圆燃烧方式，配有四台钢球磨煤机。
制粉系统为乏气送粉、中间储仓式，配有冷、热炉烟系统，热烟取自十米炉膛两侧水冷壁，冷烟来自引风机出口，由两台冷烟风机送入制粉系统内。
表1燃料特性
表2锅炉主要参数
2改造方案设想及分析
2.1问题相关性及改造必要性分析
锅炉存在的再热汽温偏低、排烟温度偏高、省煤器磨损严重、管式预热器阻力大、空气预热器漏风率大以及大负荷下送风机等问题，存在一定的相关性。当解决了再热汽温偏低问题，排烟温度随之下降，当更换了新型省煤器，解决了省煤器磨损问题，排烟温度亦随之下降;当更换了新型空气预热器，预热器阻力过大、漏风率过大和大负荷下送风机等问题得到解决，排烟温度亦随之下降。
根据以往的燃烧调整试验以及机组检修经验，以上问题通过运行调整或一般性检修已经无法彻底解决，所以说，通过综合治理的受热面改造，增加尾部烟道空间以布置SCR系统，同时一并解决锅炉存在的上述问题，以提高机组的安全性和经济性，成为电厂的当务之急。
2.2改造方案总述
方案一改造内容如下:利用水平烟道的空间，增加高温再热器的受热面;拆除尾部烟道中高温省煤器、低温省煤器以及附属设备，布置H型省煤器;拆除高温空气预热器、低温空气预热器，布置回转式空气预热器。
方案二改造内容如下:拆除原有的冷段再热器，布置全新的冷段再热器;拆除尾部烟道中高温段省煤器、低温段省煤器以及附属设备，布置H型省煤器;拆除高温段空气预热器、低温段空气预热器，布置回转式空气预热器。
3计算结果及分析
方案一改造内容为高温再热器、省煤器和空气预热器，方案二的改造内容为冷段再热器、省煤器和空气预热器。
表3不同方案对比分析
两个方案的主要区别在于:
1)改造冷段再热器现场改造工作量较大，涉及到多个部件的改造，施工周期长，需要拆除冷再所有受热面和悬吊管，冷段再热器增加面积后出口汽温进一步升高，壁温会进一步升高，考虑到方案的可靠性，低温再热器受热面管材须进行升档，采用SA－210C管材替换20G管材。同时，为增加低温再热器受热面面积，受热面由∩型布置改为受热面E型布置，蛇形管中间间距留出760毫米检修空间和装设吹灰器，再热器冷段入口集箱高度须降低840mm，需要拆除后包墙管穿墙部分和冷段再热器入口集箱，同时需要针对再热器入口管道重新进行管系计算，核算集箱及管道推力，重新选取吊挂。另外，由于低温再热器入口高度降低，需要改造省煤器出口集箱，满足低温再热器的安装空间，脱硝出口烟道高度降低，不利于脱硝系统的布置。相比之下，方案一工作量较小，仅需将高再出口段管屏隔断，连接新管屏，而且采用壁温裕量更大的T91材料，增强了运行的可靠性。
2)考虑到悬吊管的强度，在方案二中增加了冷段再热器受热面后，需要相应的减少省煤器的重量，省煤器的传热温压要高于冷段再热器，受热面面积减少后出口烟温升高，排烟温度升高，与方案一相比升高了5～10℃，所以方案二经济性低于方案一;再热系统吸热量增加后，汽汽交换器阀门开度会关小，再热蒸汽流经比例减小，过热汽温升高，过热减温水量升高，在方案二中，省煤器吸热量偏小，过热减温水量增加，受两因素叠加影响，方案二不利于过热汽温的控制。综合对比，建议采用方案一，即通过改造高温再热器、H型省煤器、回转式空气预热器来满足脱硝改造的要求，同时解决锅炉存在的一系列问题。
4结论及建议
通过对某电厂2×220MW机组锅炉综合治理受热面改造可行性研究，得出以下结论及建议:
1)NOx排放浓度高、省煤器磨损严重、排烟温度高、再热汽温低、空气预热器阻力大以及漏风率偏高等问题的存在严重影响着机组的安全性和经济性，所以对锅炉进行综合治理的受热面改造成为电厂的当务之急。
2)通过不同改造方案的对比分析，建议采用方案一，即进行高温再热器、省煤器、和空气预热器改造。
3)改造的主要内容:拆除尾部烟道的高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器以及附属设施;利用水平烟道空间，高再后半部分管屏高度加长，增加受热面面积;布置H型省煤器;布置两台回转式空气预热器。
4)受热面改造后能够满足SCR系统的布置，根据实际情况，现场条件能够满足受热面改造的施工条件，该锅炉能够进行该项受热面的改造工作。
5)该项改造实施后，常规负荷下修正后排烟温度将从162.66℃下降到147.82℃，锅炉热效率提高约1.01个百分点。
6)受热面改造后，两台机组年节约标准煤14252.48t/年，按此项计算，CO2减排量约为37267.22t/年，大气中粉尘减排量约为58.82t/年。大气中SO2减排量约为7.64t/年，将改善当地环境空气质量，对提高人民群众的生活质量水平有着重要意义，该项目的实施具有明显的社会和环境效益。
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