崔景杰，李连涛

(山东山大华特环保工程有限公司，山东 济南 250061)

为满足我国可再生能源的快速发展需要，国家"十三五"规划纲要提出将实施电力系统调节能力专项工作，提升火电机组的运行灵活性，充分挖掘燃煤机组的调峰能力[1]。同时在日益严格的环保标准和要求下，国内在役机组基本配置了脱硫脱硝及除尘装置，机组参与电网调峰时负荷降低，运行工况对脱硫及除尘装置影响相对较小，但对SCR(选择性催化还原法)脱硝系统影响较大。通常300MW火电机组30%BMCR最低稳燃负荷时，SCR反应器入口设计烟温低于300℃，而SCR脱硝系统中所使用的催化剂最佳反应温度通常在320～420℃之间，机组低负荷运行时，温度不达标造成脱硝系统的被迫退出，从而限制了机组调峰能力。

为提高机组低负荷下SCR反应器入口烟温，通常的改造方案分为烟气侧和给水侧改造[2-4]，其中烟气侧改造方案中高温烟气旁路方案因工艺流程简单、性能可靠、改造难度小、施工方便等优点而被较多采用[5-6]。高温烟气旁路方案即在锅炉尾部竖井区域的合适位置引一路高温烟气与SCR反应器入口烟气相混合，经过一定的混合距离后，使催化剂前的烟温满足连续喷氨要求，从而保证机组在较宽的负荷范围内脱硝系统的连续运行。为保证高温烟气旁路系统的运行调节，系统通常会配置关断挡板门及调节挡板门，同时在关断挡板门及调节挡板门之间配置压力及温度测点来监视系统所处状态。由于调节挡板门有一定漏风率，为防止机组高负荷时调节挡板门内漏影响锅炉效率和催化剂安全运行，设计时必须加装关断挡板门，且关断挡板门泄漏率不大于1%，同时在保证调温烟气量的前提下烟道阻力应尽量小。图1为高温烟气旁路系统的工艺流程图，其中高温烟气接引自低温再热器烟气侧入口，系统配置关断门及调节挡板门，锅炉主烟道配置主烟道挡板门，配合旁路系统调节挡板门调节SCR反应器入口烟温，从而保证SCR反应器低负荷下连续运行。

本文针对华能某电厂(2x135MW)及某矿业公司自备电厂(2x200MW)宽负荷脱硝改造项目中高温烟气旁路设计过程及后续运行中所遇到问题进行了梳理和总结，为同类型机组相似项目设计工作提供借鉴。

1 高温烟气接引位置的选择

锅炉正常运行时，炉膛温度通常在1000℃左右，而且位置越靠近火焰中心，烟气温度越高。对于高温烟气旁路烟气接引位置的选择，设计过程中要结合炉内受热管布置、温度分布及现场空间情况综合确定，如果将接引位置设置在省煤器之间，由于烟气温度较低，为达到温度要求所抽取的烟气量较大，对后墙的改动较大；同时在后期烟温调整过程中，由于主烟气流速比设计流速低，省煤器区域的压力损失与省煤器旁路烟道压力损失相差不大，导致省煤器旁路烟道达不到设计流速，SCR反应器入口烟温也就达不到设计温度。通常选择的接引位置为锅炉转向室与尾部竖井烟道中低温过热器或低温再热器入口之间的区域。该区域烟气在锅炉启动初期及30%BMCR负荷时温度较高，在与SCR反应器入口烟气混合后，能较容易的将烟温提高到300℃以上，且烟气抽取份额占总烟气量比例不大，从而旁路烟道截面尺寸较小，对锅炉尾部竖井后墙的结构影响较小。

图1 高温烟气旁路系统工艺流程图

2 烟道壁板材质的选择

高温烟气旁路烟道由于接引的烟气温度较高，通常在500℃以上，按常规《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》规范选取壁板材质已不能满足要求，需考虑耐温性能优良的合金钢材质。此系统通常是机组负荷低时投运，机组正常运行时系统退出运行，此时关断门及调节挡板门关闭。由于关断门之前的烟道与锅炉高温烟气长时间接触对壁板材质要求更高，从降低成本的角度考虑，关断门前、后的壁板材质可差别选择。根据相关资料介绍[7-8]310S不锈钢板含有较高含量的铬(Cr)、镍(Ni)成分，属于25Cr-20Ni系的高合金不锈钢，其耐高温氧化性优秀、高温强度高、且具有良好的可焊性，适于制作各种炉用构件、最高使用温度1200℃，连续使用温度1150℃。为保证高温烟气旁路系统的安全可靠运行，关断门前烟道材质可选用310S不锈钢板,关断门后烟道材质可选用304不锈钢板。

3 烟道防积灰措施

高温烟气旁路烟道一般分为水平段及竖直段，运行时竖直段发生积灰的可能性很小，为防止水平段烟道的积灰，在设计过程中将烟道入口段设计为变截面型式，使烟道入口有适宜坡度，且坡向锅炉竖井侧，同时在入口段合适区域设置一路压缩空气，必要时进行手动吹扫。竖直段与原烟道混合口处弯头选择合适角度，保证旁路烟气在进入主烟道后有一定“行程”，从而烟气混合更均匀，同时使旁路中的灰尘颗粒顺利进入主烟道而被带走。

4 锅炉开孔处让管方式的选择

由于选取的烟气接引位置为锅炉尾部竖井后墙区域，该区域属于包墙过热器炉壁，通常由一定材质、管径的换热管和扁钢焊接而成。为保证烟气顺利进入旁路烟道，同时兼顾锅炉后墙的结构强度，设计时需要对后墙开孔处让管方式进行慎重选择。结合以往工程经验，开孔处让管方式有三种选择，分别对应图2-b、图2-c、图2-d，图2-a为后包墙初始状态，开孔过程中需将管间扁钢割除。图2-b采用隔2根让1根换热管方式设置抽烟口，该方式开孔处烟气阻力小，同时部分换热管设置在未动管的背烟面，整体受磨损程度较低，但此方式对后墙结构强度影响较大，开孔面积有限，需具体核算。图2-c采用隔1根让1根换热管方式设置抽烟口，部分换热管设置在未动管的背烟面，该方式开孔处烟气阻力损失适中，对后墙结构强度影响较小，适合开孔面积大的旁路烟道。图2-d同样采用隔1根让1根换热管方式设置抽烟口，部分换热管与未动换热管前后(烟气流动方向)错开一定距离，保证烟气的流通截面积，该方式同样烟气阻力损失适中，对后墙结构影响较小，但开孔处每根换热管需设置防磨瓦，且理论计算时需考虑换热管截面对开孔面积的影响。综上所述，设计过程中开孔方式优先选择2-c，其次为2-d。

5 高温烟气与主烟气混合位置的选择

为保证接引的高温烟气与主烟气混合后在反应器第1层催化剂前烟温达到300℃以上，并且混合均匀，在空间允许的情况下，高温烟气与主烟气混合位置应尽量远离催化剂层，尽可能布置在喷氨格栅和静态混合器的上游，通过喷氨格栅和静态混合器的扰动功能，促进冷、热烟气的充分混合，从而减少系统氨逃逸量及喷氨量。从实际项目来看，最佳混合位置在省煤器出口烟道与SCR反应器入口烟道之间的变径段烟道，该烟道位于喷氨格栅之前，且烟气流速变化较大，当高温烟气通过旁路烟道变径段进入后，有利于高温烟气在烟气断面上的均匀分布。

6 主烟道挡板门安装位置及结构的选择

锅炉低负荷运行时，整体烟气流速较低，高温烟气旁路与锅炉主烟气阻力相差不大，为保证旁路系统的烟气流量，如果原锅炉系统未配置主烟道调节挡板门改造过程中需配置主烟道调节挡板门，配合旁路系统调节烟气流量，以使烟温满足催化剂要求。锅炉主烟道尺寸通常较大，所配置的调节挡板门尺寸也大，叶片数量较多。锅炉低负荷运行时，主烟道调节挡板门开度通常在35%～50%左右，此时调节挡板门叶片相当于导流板功能，使主烟气流动偏离正常运行轨迹。如果现场锅炉尾部竖井底部结构及空间允许，主烟道调节挡板门安装在此区域比较合适，对调节挡板门结构也无过多要求，烟气会在后期的混合过程中逐渐均匀。如果现场锅炉尾部竖井底部结构及空间不允许，主烟道调节挡板门通常会布置在省煤器出口烟道之后，SCR反应器入口变径烟道之前。由于主烟道调节挡板门与高低温烟气混合口距离较近，考虑到调节挡板门叶片的"导流"功能，如果烟气偏流过大，会增大后期烟气混合均匀的难度，从实际运行项目来看，主烟道调节挡板门叶片水平布置比垂直布

置有优势。一方面：叶片水平布置时，烟气偏转方向在上下方向，流过主烟道调节挡板门的低温烟气与高温烟气混合后，在下游相关设备的扰流作用下，烟气断面温度分布逐渐趋向均匀。叶片垂直布置时，烟气偏转方向在左右方向，流过主烟道调节挡板门的低温烟气与高温烟气混合后，高温烟气会偏向一侧，即使通过下游相关设备的扰流，烟温断面偏差仍旧存在且较大，为减小偏差，还要增加静态混合器等装置。另一方面：叶片水平布置时，执行机构在侧面，叶片垂直布置时，执行机构在顶部，而现场通常侧面空间要比顶部空间宽裕，安装在侧面也有利于执行机构的自然降温。

火电机组灵活性改造所采用的高温旁路烟气方案性能是否良好取决与高、低温烟气混合是否均匀，温度是否满足要求，上述设计注意事项应能为相似项目提供一定的借鉴。

图2 让管方式示意图