某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造方案分析

时光，张杨，裴煜坤，冯前伟，杨用龙，朱跃（.华电内蒙古能源有限公司，内蒙古呼和浩特0000；.华电电力科学研究院，浙江杭州30030）

某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造方案分析

时光1，张杨2，裴煜坤2，冯前伟2，杨用龙2，朱跃2
（1.华电内蒙古能源有限公司，内蒙古呼和浩特010020；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

“W”火焰锅炉超低排放改造难点在于氮氧化物控制。针对某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造项目进行模型分析，从改造工期、施工方案、改造投资、能耗物耗、运行成本、运行可靠性等多方面进行了全面论述，可供后续开展相关工作借鉴与参考。

“W”火焰锅炉；氮氧化物；超低排放；技术经济比较

0 引言

自2014年5月30日浙能嘉华电厂8号1000MW机组首次实现超低排放，2014年9月12日三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号）以来，燃煤机组超低排放改造工作迅速推进，煤电烟气治理水平全面提升。考虑到“W”火焰锅炉N O x生成特性以及相应配套脱硝技术可靠性与经济性等问题[1]，国家及各地方政府尚未对其作强制性超低排放要求。但目前湖南、贵州、四川等地区已明确鼓励“W”火焰锅炉进行超低排放改造，部分发电企业已率先开展相关改造工作，长期来看“W”火焰锅炉超低排放已成为大势所趋[2]。针对某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造工程方案进行分析与讨论，为后期类似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 项目概况

某2×600MW机组锅炉为D G1950/25.4-Ⅱ8型超临界参数、W型火焰燃烧、垂直管圈水冷壁变压运行直流锅炉，锅炉设计N O x排放浓度为1090m g/m3（标态、干基、6%O2，下同），配置S C R烟气脱硝装置，采用液氨作为还原剂，初装2层催化剂时，设计在锅炉正常负荷范围内，S C R入口N O x浓度为1100m g/m3条件下，性能考核试验时的脱硝效率不低于88%，在催化剂质量保证期期满之前，脱硝效率不低于83%，且N O x排放浓度不超过187m g/m3。当前实际运行条件下，锅炉N O x生成浓度能够控制在700m g/m3以下（个别时段超出），S C R出口按200m g/m3达标排放进行控制。

1.2 工艺论证

低氮燃烧是国内外燃煤锅炉控制N O x排放的优先选用技术，但考虑到某2×600MW机组锅炉已经采用当前“W”火焰锅炉较为先进的低氮燃烧技术，当前实际运行N O x浓度能够控制在较优水平[3]，进一步进行低氮改造的空间及必要性不大，因此不建议再作低氮燃烧改造。S C R脱硝技术应用于燃煤锅炉脱硝效率可达90%以上，而S N C R技术应用于大型煤粉炉一般脱硝效率能够达到30%-50%。在此基础上模型分析相应提出两个改造方案:

方案一:在对当前低氮燃烧系统进行进一步优化调整的基础上，尽可能在不影响锅炉燃烧的条件下降低N O x生成浓度，在此基础上直接对现有S C R脱硝装置进行提效改造。考虑到S C R提效改造如进行反应器加层改造则工程量及投资非常大，因此尽量采用催化剂添加/更换方案[4]；

方案二:在对当前低氮燃烧系统进行进一步优化调整的基础上，为稳定可靠实现N O x超低排放要求，先采用S N C R技术降低S C R入口N O x浓度，在此基础上再对S C R脱硝装置提效改造，即S N C R+S C R提效改造。

1.3 设计参数

通过对比当前实际运行参数与原设计参数，当前锅炉N O x生成浓度低于原设计值。为尽量提高后续运行可靠性，在对当前低氮燃烧系统进行进一步优化调整的基础上，仍在当前常规运行值基础上留取一定裕量，将初始N O x浓度定为800m g/m3。若采用方案一S C R提效改造，则相应S C R脱硝入口N O x浓度将按800m g/m3进行设计；若采用方案二S N C R+S C R提效改造，则相应要求S N C R部分将N O x浓度由800m g/m3降至500m g/m3以内（其中S N C R脱硝效率要求不低于37.5%），相应S C R脱硝入口N O x浓度将按600m g/m3进行设计。其余参数相较原设计条件变化不大，仍维持不变。

性能指标方面以50m g/m3作为出口N O x排放浓度限值，相应脱硝效率分别为93.8%（方案一）与91.7%（方案二），其余性能指标均参考设计规范确定。

1.4 改造范围

表1 改造设计参数及性能指标汇总

方案一仅考虑S C R提效，由于入口浓度明显低于原设计值，导致还原剂消耗量较设计值有所降低，因此还原剂制备区可不做改造。但经核算，仅增加备用层催化剂因高度受限，无法满足性能指标要求，因此需要在加装备用层催化剂的基础上再更换一层旧催化剂，在加装备用层催化剂的同时须同步加装配套吹灰器，并对反应器内流场构件进行局部改造或调整。

方案二采用S N C R+S C R联合脱硝，S C R部分还原剂制备区可不做改造，经核算加装备用层催化剂能够满足性能指标要求，同步加装配套吹灰器，并对反应器内流场构件进行局部改造或调整；S N C R部分由于采用尿素作为还原剂，需新建还原剂制备系统，新增炉区混合、计量、分配模块及喷枪等。

1.2.4 体外透皮试验。党参总皂苷用蒸馏水配成质量浓度44.70 mg/mL党参总皂苷水溶液。在透皮扩散仪接收池中加入生理盐水接收液，将鼠皮固定在扩散仪上，移取1 mL待测液加到供给池中，开启扩散仪(温度设定为37 ℃，转速300 r/min)，定时取样，取样后补加等体积接收液，分光光度计测定接受液中药物含量，计算药物累积渗透量Qn[12]。

两个方案主要新增工艺设备见表2。

表2 主要新增工艺设备

2 方案比较与讨论

2.1 工期与施工方案

某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造工程无特大设备，基本通过小型汽车式起重机和锅炉自身吊装系统即可满足吊装需求。S N C R还原剂区建设可在机组运行期间进行，S N C R反应区喷枪布置以及S C R部分加装催化剂等工作须在停炉期间完成，具体工期安排可根据机组检修时间，按照表3所列时间倒排工程进度。由于方案一S C R提效仅需增加/更换催化剂以及进行配套的吹灰器安装、流场局部调整等工作，而方案二在此基础上，S N C R部分还涉及新建还原剂制备区、锅炉开孔布置喷枪等工作，因此方案二工程量明显大于方案一。

表3 改造工程实施过程及周期

2.2 改造投资

针对方案一，工程静态投资为3450万元，单位投资28.02元/k W。其中S C R脱硝装置系统投资2720万元:工艺系统投资2539万元、电气系统投资27万元和热控系统投154万元。此外还包括其他费用482万元，基本预备费160万元。见表4。

针对方案二，工程静态投资为5135万元，单位投资42.79元/k W。其中S N C R脱硝装置系统投资2376万元:工艺系统投资1991万元、电气系统投139万元、热控系统投资137万元和调试工程投资109万元；S C R脱硝装置系统投资1851万元:工艺系统投资1670万元、电气系统投资27万元和热控系统投154万元。此外还包括其他费用660万元，基本预备费245万元。

表4 改造投资估算

根据上述改造方案测算的改造前后所增加能耗物耗见表5，其中尿素耗量是按照实际运行S N C R氨氮摩尔比为1.4进行测算。在此基础上按液氨单价3000元/t、尿素单价2500元/t、催化剂单价12000元/m3、低压蒸汽单价135元/t、除盐水单价27元/t、厂用电价0.3363元/k Wh进行测算，两种改造方案的运行成本分别见表6。可以看出方案一年运行成本远低于方案二，具体差异主要在于S N C R所需还原剂耗量巨大，直接造成年约5000万元的材料费成本，S N C R还原剂成本占到总运行成本约75%，所增加的上网电费达到15.33元/MWh，甚至超出10元/MWh的超低排放电价补贴。

表5 消耗品用量

表6 改造后总成本分析

2.4 运行可靠性及注意事项

虽然上述两种改造方案在技术上均是可行的，但在实际运行中，S C R脱硝要长期稳定达到90%以上的脱硝效率，且将NH3逃逸控制在性能保证范围内，不对下游设备造成不利影响，运行难度相当大，因此在实际运行中仍应尽可能优化燃烧系统运行方式，条件允许时可配合使用配煤掺烧的方式，尽可能降低S C R脱硝入口N O x浓度，同时高度关注下游设备运行状态，对可能出现的异常状况及时进行分析处理，将S C R脱硝装置维持在健康高效状态。相较而言，S N C R+S C R提效方案，由于前置S N C R能够脱除一部分N O x，因此S C R部分脱硝压力明显降低，但在实际运行中，仍应注意低氮燃烧、S N C R、S C R之间的协调配合，尽量使三者协同控制氮氧化物维持在较为经济高效的水平。

3 结语

“W”火焰锅炉超低排放的主要难点在于氮氧化物，当前技术通过低氮燃烧深度控制氮氧化物生成后，通过S C R提效或S N C R+S C R改造实现超低排放是可行的。针对某2×600MW机组“W”火焰锅炉进行了氮氧化物超低排放改造工程方案分析，可得出以下几点结论:

（1）由于增设S N C R涉及大量新增设备与配套改造，因此S N C R+S C R改造方案工程量及投资明显高于直接S C R提效方案。

（2）由于“W”火焰锅炉初始N O x生成浓度极高且高效率所需氨氮摩尔比较高，采用S N C R技术导致的脱硝能耗物耗及年运行成本显著增加，明显高于直接S C R提效方案。

（3）相对而言，前部增设S N C R将大大降低后部S C R运行难度与风险，因此S N C R+S C R方案运行可靠性优于直接S C R提效方案。

（4）在锅炉初始N O x浓度可控、运维水平较高的条件下，从经济性角度出发，推荐采用直接S C R提效方案，否则建议采用S N C R+S C R提效方案。但无论采用哪种方案，在实际运行中均应进行精细化运维控制，以确保脱硝系统维持在稳定、高效、经济状态。

[1]杨立强，张杨，何胜，等.煤电机组“超低排放”技术路线及应用分析[J].发电与空调，2016，37（3）:10-17.

[2]朱法华，许月阳，王圣.燃煤电厂超低排放技术重大进展回顾及应用效果分析[J].环境保护，2016，44（6）:59-63.

[3]潘栋，王春昌，丹汇杰，等.“W”火焰锅炉低氮燃烧改造策略分析[J].热力发电，2013，42（12）:137-140.

[4]胡永锋.燃煤电厂烟气N O x超低排放改造方案对比分析[J].石油石化节能与减排，2015，5（6）:32-37.

Model Analysis on NOx Ultra Low Emission Retrofit in 2×600MW“W”Type Flame Boiler

SHI Guang1，ZHANG Yang2，PEI Yu-kun2，FENG Qian-wei2，YANG Yong-long2，ZHU Yue2
（1.Huadian Inner Mongolia Energy Incorporated Company，Huhhot 010020，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

N O x control i s t h e d i ff iculty o f t h e ultra lo w emi ss ion retro f it in“W”T y p e f lame b oiler.O n t h e b a s i s o f mo d el analy s i s on 2×600MW“W”ty p e f lame b oiler，t h e p ro j ect time-limit，con s truction s c h eme, in v e s tment，ener g y an d material con s um p tion，runnin g co s t an d o p erational relia b ility h a v e b een d ee p ly calculate d an d d i s cu ss e d，an d t h e re s ult s can b e u s e d f or f urt h er re f erence.

“W”ty p e f lame b oiler；ultra lo w emi ss ion；D e-N O x；tec h no-economic com p ari s on

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.002

T K299.6，X773

B

2095-3429（2017）03-0006-04

2017-05-08

修回日期：2017-05-31

时光（1975-），男，山东邹城人，本科，工程师，主要从事电力企业科技、环保方面的技术管理工作。