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省煤器分级改造的研究与计算

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程宏潮

摘要：为解决一些燃煤电厂省煤器面积设计偏大，省煤器出口烟温过低，无法满足低工况时烟道下游脱销装置（SCR）运行的温度要求的问题，本文研究了省煤器分级改造方案，设计热力计算及校核流程，采用将原省煤器一分为二的方案，将部分省煤器受热面移至脱销装置后的烟道，计算得出，将原受热面的21%～28%移至脱销装置后，可满足50%-100%负荷下系统的进口烟温满足要求，同时，省煤器整体受热面积不变，对排烟温度影响较小。

关键词：省煤器;分级改造;SCR系统;烟气温度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.057

随着清洁能源的广泛应用，电网对燃煤电站参与调峰能力要求越来越高，燃煤电站需在低负荷下长期稳定运行。同时，为减少燃煤电站锅炉运行中NOx的排放，满足国家的环保要求，厂内脱硝装置在锅炉运行的各负荷下均需投运。燃煤电站常用的催化还原脱销（SCR）系统中，催化剂的活性反应温度一般在320～400℃，烟温过高或过低都将影响反应速率，所以为确保脱硝效率，降低NOx排放，SCR系统的入口烟温应满足投运温度要求。

一些燃煤电站的锅炉设计为降低排烟温度，提高热效率，通常设置足够的省煤器受热面积，尽可能降低省煤器的出口烟温，导致在低负荷下，省煤器出口烟温较低，不能满足SCR系统运行要求。提高SCR系统入口烟温常用的技术有省煤器分级改造、增加省煤器给水旁路、调整给水温度、增加烟气旁路等，笔者针对某电厂的实际情况，对省煤器分级改造的方案进行研究计算。

1 基本问题

燃煤电厂SCR系统多采用高温高尘布置，即SCR系统布置在省煤器后、除尘器前，本文针对某电厂采用高温高尘的SCR系统，进口烟温在低负荷时无法满足要求，脱销效率低下的问题，通过对锅炉尾部受热面的计算分析，提出省煤器分级改造的方案，提高低负荷时SCR装置入口烟气温度，同时，保证满负荷运行时，烟气温度不高于催化剂正常运行允许的温度上限值。

表1为某电厂不同运行工况下省煤器出口温度，从表中可以看到，在50%THA、30%BMCR和高加全切工况下，烟气温度分别为303、268、314℃，即在50%负荷以下，烟道下游进入SCR反应器的温度不满足要求。

2 改造方案

2.1 省煤器分级改造方案

笔者研究采用原有的省煤器受热面分级布置。在进行热力计算的基础上，将原有省煤器部分（靠烟气下游部分）拆除，在SCR反应器后增设一定的省煤器热面。给水直接引至位于SCR反应器后面的省煤器，然后通过连接管道引至位于SCR反应器前面的省煤器中。通过减少SCR反应器前省煤器的吸热量，达到提高SCR反应器入口温度在320℃以上的目的，以保证SCR可以在50%负荷以上正常运行。烟气经SCR反应器脱氮后，进入SCR反应器下游的省煤器进一步释放热量，以保证空气预热器进、出口烟温基本不变，即在保证SCR系统稳定运行的同时，锅炉的热效率等性能指标几乎不受影响。

根据现有运行参数，制定省煤器分级改造的具体方案：即将省煤器拆分为一级省煤器和二级省煤器：一级省煤器布置在SCR反应器出口处，加热给水;一级省煤器工质出口进入布置在烟井低温再热器下面的二级省煤器，通过分级省煤器减少了SCR反应器前烟道的吸热量，达到SCR系统区域温度合理的目的。

图1为分级省煤器在锅炉尾部烟道的布置示意图。如图所示，将布置在SCR反应器前的原省煤器受热面积重新分配，设置为布置在SCR反应器前的二级省煤器和SCR反应器后的一级省煤器。

两级省煤器的工质及烟气流动示意如图2所示。

2.2 热力计算设计及校核思路根据省煤器受热面换热特点，制定省煤器受热面分配热力计算方案。图3为受热面分配设计计算流程图、图4为校核计算流程图。如图所示，首先，取50%负荷时二级出口烟温满足烟温下限（320℃）进行热力计算，得到满足50%负荷时SCR系统运行的二级省煤器的最大面积，并用该面积校核计算100%负荷下二级省煤器出口烟温是否超温度要求上限（400℃）;然后，取100%负荷时二级出口烟温为烟温要求上限（400℃）进行热力计算，得到满足满负荷SCR系统运行不超温的二级省煤器的最小面积，并用该面积校核计算低负荷工况下二级省煤器出口烟温是否低于温度要求下限（320℃）。

综上，可确定二级省煤器在出口烟温为320℃～400℃之間的受热面积分配范围，在此范围内选定二级省煤器受热面积，进行具体分级改造。

3 计算结果分析

表2为二级省煤器受热面设计及校核的计算结果。如表所示，二级省煤器面积占原省煤器换热面积的70.14%～81.75%时，可满足50%～100%工况下SCR系统的进口烟温在320～400℃，比原方案温度提高17～35℃，符合催化剂工作温度要求。

为保证实际运行中符合要求，需在设计计算结果上留有一定裕度，取二级省煤器受热面所占比例在72%～79%之间，一级省煤器受热面占比为28%～21%。由于原鳍片省煤器难以切割，具体改造过程需原鳍片省煤器管组全部拆除，根据设计比例、尾部烟道空间结构重新制造一级省煤器、二级省煤器安装在SCR系统出口和入口。

4 结语

（1）采用省煤器分级改造，经过设计及校核的热力计算得出，将原省煤器的受热面积的70.14%～81.75%布置原烟道，并将其余受热面积布置于SCR系统下游，50%～100%负荷下SCR系统入口温度为320～400℃，能有效解决高尘布置的SCR系统进口烟温过低的问题;同时，将省煤器受热面整体不变，避免排烟温度的增高，保证热利用效率;（2）省煤器分级改造后在SCR区域布置省煤器受热面因缩口处流速较高，在高负荷下速度达到10m/s以上，受热面存在冲刷磨损，在确定一级省煤器受热面时需考虑受热面管道的防磨性。

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