循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造異常的原因分析與解決方法

   鍋爐中過(guò)熱器、再熱器、蒸發(fā)器、省煤器是鍋爐中重要的受壓元件，也是對(duì)超溫較為敏感的部件，有效地監(jiān)測(cè)這些重要部件的溫度分布，是保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。另外，溫度分布測(cè)量對(duì)于大型鍋爐的在線監(jiān)測(cè)、優(yōu)化燃燒、合理布置爐內(nèi)SCNR及SCR脫硝、降低NOX排放等方面亦有重要意義。但是，據(jù)電廠運(yùn)行人員反饋，鍋爐受熱面現(xiàn)場(chǎng)溫度分布測(cè)量數(shù)據(jù)與鍋爐性能設(shè)計(jì)的溫度分布經(jīng)常存在偏差。因此，本文分析了導(dǎo)致溫度測(cè)量偏差的原因，提出一些建議，為后續(xù)鍋爐的溫度分布測(cè)量提供一定的借鑒作用。

1鍋爐機(jī)組概述

浙江某廠2010年采購(gòu)了3臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐為自然循環(huán)、單壓、燃煤、半露天布置的循環(huán)流化床鍋爐，主要參數(shù)為:額定蒸發(fā)量為220t/h，最大連續(xù)蒸發(fā)量為240t/h，額定蒸汽溫度為540℃，額定蒸汽壓力為9.8MPa.g。鍋爐由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，兩個(gè)蝸殼式汽冷旋風(fēng)分離器和一個(gè)尾部豎井煙道組成。其中，尾部豎井煙道上部有包墻過(guò)熱器包覆，下部由護(hù)板煙道組成。在爐膛的中上部，沿爐膛的寬度方向在爐膛前墻布置2片水冷屏及4片屏式過(guò)熱器，在尾部豎井里布置有高、低溫過(guò)熱器以及省煤器。

隨著國(guó)家環(huán)保政策對(duì)NOX排放日益嚴(yán)厲，為了降低鍋爐NOX排放指標(biāo)，2016年該廠首先對(duì)3#循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行尾部SCR脫硝改造。原循環(huán)流化床鍋爐尾部豎井煙道的省煤器布置，省煤器管組原設(shè)計(jì)為三組?，F(xiàn)場(chǎng)在240t/h最大連續(xù)蒸發(fā)量的負(fù)荷運(yùn)行情況下，第一組與第二組之間的實(shí)際測(cè)定煙氣溫度為370℃－380℃，此溫度剛好為SCR最佳脫硝溫度區(qū)間。

由于實(shí)際測(cè)得最大負(fù)荷情況下，第一組省煤器出口煙氣溫度剛好為最佳脫硝溫度區(qū)間，故改造方案是原有第一組省煤器管組保持不變，第二組省煤器移除作為SCR的布置區(qū)域，第三組光管省煤器更換為H型鰭片省煤器。通過(guò)調(diào)整第三組省煤器布置結(jié)構(gòu)，保證改造完鍋爐性能不發(fā)生改變。

本次改造方案于2016年11月完成。改造完成，鍋爐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn):滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)SCR區(qū)域煙氣達(dá)到430℃，即使在80%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)SCR區(qū)域煙氣亦達(dá)到410℃，均高于催化劑的使用溫度300℃－420℃。

2原因分析及誤差評(píng)估

通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及分析，發(fā)現(xiàn)改造后溫度偏高的原因?yàn)?省煤器改造前現(xiàn)場(chǎng)煙氣溫度測(cè)試失真，誤導(dǎo)尾部SCR的脫硝改造。改造前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際煙氣溫度存在較大偏差的原因?yàn)?對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)點(diǎn)周?chē)嬖跍囟容^低的受熱面，受冷輻射背景影響，造成測(cè)量溫度比實(shí)際氣體溫度低。下面將從理論上對(duì)該測(cè)量誤差進(jìn)行評(píng)估。

當(dāng)采用測(cè)溫元件對(duì)煙氣進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)溫元件從煙氣獲得熱量，并通過(guò)背景輻射對(duì)環(huán)境散失熱量。當(dāng)環(huán)境的溫度與煙氣的溫度接近時(shí)，溫度測(cè)量元件與背景之間的輻射換熱可以忽略，此時(shí)，測(cè)溫元件所測(cè)溫度與煙氣實(shí)際溫度相等，測(cè)量誤差很小，測(cè)量準(zhǔn)確度高。

      但是，當(dāng)測(cè)溫元件周?chē)嬖跍囟容^低的受熱面時(shí)，測(cè)溫元件不僅接收煙氣的對(duì)流傳熱，同時(shí)與較低溫度的受熱面有一定的輻射散熱。當(dāng)這種情況下，測(cè)溫元件平衡溫度將低于煙氣實(shí)際溫度。

  當(dāng)采用測(cè)溫元件測(cè)量高溫?zé)煔鈺r(shí)，若周?chē)嬖诶浔尘笆軣崦鏁?huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較高的誤差。在這種情況下，若采用帶遮熱罩的抽氣式熱電偶，在遮熱罩與測(cè)溫元件之間，由于抽氣作用保證了二者之間的有效換熱，遮熱罩給測(cè)溫元件提供了一個(gè)溫度較高的測(cè)溫環(huán)境，從而大大降低測(cè)溫誤差。

3現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

基于上述原因分析，現(xiàn)場(chǎng)重新采集數(shù)據(jù)并按照式(1)進(jìn)行修正2017年3月重新對(duì)3#循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行尾部SCR脫硝改造，增加上級(jí)省煤器的受熱面，降低SCR區(qū)域煙氣溫度，滿(mǎn)足SCR區(qū)域脫硝溫度的要求。

第二次改造后，鍋爐初期運(yùn)行受熱面未積灰情況下，鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，SCR區(qū)域完全可滿(mǎn)足催化劑使用溫度要求，在運(yùn)行一段時(shí)間，由于受熱面受到積灰，SCR區(qū)域的溫度略有升高，但從沒(méi)有出現(xiàn)超過(guò)催化劑使用溫度范圍，改造后一直運(yùn)行至今，脫硝效率高，鍋爐NOX排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

4建議

通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，在采用測(cè)溫元件對(duì)煙氣進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，當(dāng)測(cè)溫元件環(huán)境溫度與煙氣溫度接近時(shí)，測(cè)溫元件與背景之間的輻射換熱基本可忽略，測(cè)量誤差很小，測(cè)量準(zhǔn)確度高。當(dāng)測(cè)溫元件周?chē)嬖跍囟容^低的受熱面時(shí)，測(cè)溫元件所測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際煙氣溫度存在較大誤差。在這種情況下，建議采用帶遮熱罩的抽氣式熱電偶，在遮熱罩與測(cè)溫元件之間，由于抽氣作用保證了二者之間的有效換熱，遮熱罩給測(cè)溫元件提供了一個(gè)溫度較高的測(cè)溫環(huán)境，從而大大降低測(cè)溫誤差。

5結(jié)語(yǔ)

有效監(jiān)測(cè)鍋爐各受熱面的溫度分布，是保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，準(zhǔn)確獲得鍋爐重要受熱面的溫度分布對(duì)于鍋爐優(yōu)化燃燒、合理布置爐內(nèi)SCNR及SCR脫硝、降低NOX排放等方面有重要意義。