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，也是對超溫較為敏感的部件，有效地監(jiān)測這些重要部件的溫度分布，是保證鍋爐安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在。另外，溫度分布測量對于大型鍋爐的在線監(jiān)測、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)電廠運行人員反饋，鍋爐受熱面現(xiàn)場溫度分布測量數(shù)據(jù)與鍋爐性能設(shè)計的溫度分布經(jīng)常存在偏差。因此，本文分析了導(dǎo)致溫度測量偏差的原因，提出一些建議，為后續(xù)鍋爐的溫度分布測量提供一定的借鑒作用。

1鍋爐機(jī)組概述

浙江某廠2010年采購了3臺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。鍋爐由一個膜式水冷壁爐膛，兩個蝸殼式汽冷旋風(fēng)分離器和一個尾部豎井煙道組成。其中，尾部豎井煙道上部有包墻過熱器包覆，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片屏式過熱器，在尾部豎井里布置有高、低溫過熱器以及省煤器。

隨著國家環(huán)保政策對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)計為三組?，F(xiàn)場在240t/h最大連續(xù)蒸發(fā)量的負(fù)荷運行情況下，第一組與第二組之間的實際測定煙氣溫度為370℃－380℃，此溫度剛好為SCR最佳脫硝溫度區(qū)間。

由于實際測得最大負(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)場運行發(fā)現(xiàn):滿負(fù)荷運行時SCR區(qū)域煙氣達(dá)到430℃，即使在80%負(fù)荷運行時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原因分析及誤差評估

通過采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析，發(fā)現(xiàn)改造后溫度偏高的原因為:省煤器改造前現(xiàn)場煙氣溫度測試失真，誤導(dǎo)尾部SCR的脫硝改造。改造前現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與實際煙氣溫度存在較大偏差的原因為:對高溫?zé)煔膺M(jìn)行測量時，測點周圍存在溫度較低的受熱面，受冷輻射背景影響，造成測量溫度比實際氣體溫度低。下面將從理論上對該測量誤差進(jìn)行評估。

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

      但是，當(dāng)測溫元件周圍存在溫度較低的受熱面時，測溫元件不僅接收煙氣的對流傳熱，同時與較低溫度的受熱面有一定的輻射散熱。當(dāng)這種情況下，測溫元件平衡溫度將低于煙氣實際溫度。

  當(dāng)采用測溫元件測量高溫?zé)煔鈺r，若周圍存在冷背景受熱面會使測量數(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，遮熱罩給測溫元件提供了一個溫度較高的測溫環(huán)境，從而大大降低測溫誤差。

3現(xiàn)場驗證

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

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

4建議

通過理論分析和現(xiàn)場驗證，在采用測溫元件對煙氣進(jìn)行測溫時，當(dāng)測溫元件環(huán)境溫度與煙氣溫度接近時，測溫元件與背景之間的輻射換熱基本可忽略，測量誤差很小，測量準(zhǔn)確度高。當(dāng)測溫元件周圍存在溫度較低的受熱面時，測溫元件所測數(shù)據(jù)與實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，遮熱罩給測溫元件提供了一個溫度較高的測溫環(huán)境，從而大大降低測溫誤差。

5結(jié)語

有效監(jiān)測鍋爐各受熱面的溫度分布，是保證鍋爐安全穩(wěn)定運行的關(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。