中低負(fù)荷下1000MW機(jī)組氮氧化物超低排放調(diào)整策略

摘 要：燃煤機(jī)組中氮氧化物的生成抑制機(jī)制與鍋爐理想燃燒理論相悖[1]，這一問(wèn)題在機(jī)組中低負(fù)荷工況下顯得更加突出。在環(huán)保部門要求的不斷提高和降低運(yùn)營(yíng)成本的共同壓力下，如何在機(jī)組深度調(diào)峰狀態(tài)下既能實(shí)現(xiàn)氮氧化物的超低排放、又可以確保機(jī)組健康穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)尤為重要。本文針對(duì)在中低負(fù)荷下氮氧化物超低排放的控制方式進(jìn)行深入分析研究，并給出有效合理的控制策略，這對(duì)提高機(jī)組的脫銷運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性有著顯著的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：氮氧化物；超低排放；中低負(fù)荷；調(diào)整策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.013

1 引言

伴隨著最新的《全面實(shí)施燃煤電廠的超低排放和節(jié)能措施》的發(fā)布[2]，要求在2020年前我國(guó)火電機(jī)組氮氧化物的生成量在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，相比之前的排放限值降低50%?？梢酝茰y(cè)未來(lái)國(guó)家將會(huì)對(duì)燃煤機(jī)組的環(huán)保指標(biāo)有著更高的要求。而近年來(lái)在我國(guó)逐步進(jìn)入經(jīng)濟(jì)新常態(tài)發(fā)展、眾多大型火力發(fā)電廠集中建成投產(chǎn)和全社會(huì)用電量下降等多種因素共同作用下，燃煤機(jī)組的可利用小時(shí)數(shù)正在逐年降低，燃煤機(jī)組將持續(xù)中低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。

對(duì)于燃煤機(jī)組脫硝設(shè)備而言，在機(jī)組中低負(fù)荷運(yùn)行條件下氮氧化物生成量較高。如果盡可能降低爐膛氧量，雖然有利于抑制氮氧化物的生成，但過(guò)度的調(diào)整又會(huì)引起爐膛不穩(wěn)定燃燒、氣溫大幅波動(dòng)等不利條件，造成不完全燃燒損失和其他潛在危險(xiǎn)。所以氧量的控制調(diào)整必須平衡考慮多方面因素。筆者對(duì)此查閱了相關(guān)資料文獻(xiàn)，對(duì)中低負(fù)荷導(dǎo)致脫硝控制問(wèn)題進(jìn)入了深入分析，并提出了在機(jī)組運(yùn)行中、低負(fù)荷下對(duì)鍋爐及脫硝設(shè)備進(jìn)行控制調(diào)整方法。

2 研究對(duì)象

本文選取大型燃煤機(jī)組為代表，以靖海電廠某臺(tái)百萬(wàn)機(jī)組配套的超超臨界、單爐膛、固態(tài)排渣、對(duì)沖燃燒、DG3033/26.15-Ⅱ1 型變壓直流爐為研究對(duì)象。如圖1所示，該鍋爐所配套脫硝設(shè)備使用高濃度含塵方式裝配，配備雙組SCR選擇性還原反應(yīng)器。氨區(qū)蒸汽與冷一次風(fēng)支管完全融合后，勻稱的向催化劑層噴入稀釋的氨氣。在催化劑層對(duì)應(yīng)的位置各配置四臺(tái)吹灰槍，工作氣源來(lái)自于主汽支路及輔助蒸汽，用于吹掉各層催化劑表面的積灰。

3 中、低負(fù)荷下氮氧化物的生成分析

表1為靖海電廠#3機(jī)組脫硝設(shè)備在不同負(fù)荷的運(yùn)行工況下，爐膛出口氮氧化物濃度、煙筒出口氮氧化物濃度、氨投入量的相關(guān)數(shù)據(jù)。在此圖可以發(fā)現(xiàn)，在SCR出口NOx濃度一致的情況下，機(jī)組在中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)省煤器出口的氮氧化物濃度較高，要求投入的氨也逐步提高；機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氮氧化物的生成明顯降低，需要投入的氨量也有所降低。由此可以得出結(jié)論，邊際負(fù)荷噴氨量隨著負(fù)荷的降低而逐漸增加。

4 中、低負(fù)荷下脫銷超低排放調(diào)整措施

4.1 制粉系統(tǒng)的運(yùn)行組合優(yōu)化

不同的制粉系統(tǒng)運(yùn)行組合方式直接影響氮氧化物的生成[3]，尤其在中、低負(fù)荷下這一情況更為明顯。由于各層燃燒器供給的煤粉減少、濃度降低，這將導(dǎo)致煤量和空氣的混合程度增大，造成富氧燃燒，將引起NOx的產(chǎn)生。當(dāng)#3機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在400MW，保持中下層三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)均處在穩(wěn)定狀態(tài)，隨后開(kāi)啟一臺(tái)上層磨煤機(jī)，脫銷入口NOx參數(shù)立即快速上升并保持在高值。由此可知，在中低負(fù)荷時(shí)具備停磨條件的工況下，及時(shí)停運(yùn)上層磨對(duì)降低脫銷入口NOx有明顯作用。在保證機(jī)組運(yùn)行安全和燃料量供給正常、單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)不超限的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量減少中上層磨煤機(jī)的運(yùn)行數(shù)量和運(yùn)行出力，下調(diào)中、低層的二次風(fēng)量。

除此之外，已經(jīng)停運(yùn)的制粉系統(tǒng)應(yīng)盡快關(guān)閉其所有風(fēng)門擋板，防止由于制粉系統(tǒng)未及時(shí)停運(yùn)而帶來(lái)的多余風(fēng)量，造成入口NOx激增的情況。應(yīng)確保主、再熱氣溫、氣壓正常和磨煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)前提下，視情況下調(diào)工作磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)的風(fēng)壓和風(fēng)量、風(fēng)溫，適時(shí)提前加大噴氨量。另外應(yīng)降低空氣分級(jí)程度，降低爐內(nèi)風(fēng)與粉的混合速度、降低燃燒初期氧濃度，采用各類手段、方式抑制氮氧化物的形成。根據(jù)不同的煤種的化學(xué)特性，采用調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器等手段控制煤粉細(xì)度，力爭(zhēng)在燃燒前期燃煤能夠快速分散、揮發(fā)和消耗大量氧份。調(diào)整操作時(shí)應(yīng)注意堵磨、跳磨、過(guò)熱面超溫、尾部煙道煙溫過(guò)高的等安全問(wèn)題。

4.2 控制爐膛過(guò)?？諝庀禂?shù)

爐膛過(guò)量空氣系數(shù)與爐膛的氧量息息相關(guān)，當(dāng)爐膛氧量升高時(shí)，脫銷入口的氮氧化物生成量將大幅升高。在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)出力、空預(yù)器堵塞等情況造成氧量偏低，若進(jìn)一步減少風(fēng)量的很容易引起鍋爐不完全燃燒損失，甚至導(dǎo)致負(fù)荷限高。在中低負(fù)荷時(shí)由于爐膛氧量普遍較高，此時(shí)SCR入口NOx含量會(huì)大大升高。因此盡可能的下調(diào)爐膛氧量，有利于NOx的減少。

但是，氧量不能無(wú)限制的減少，操作時(shí)應(yīng)顧及鍋爐、汽機(jī)等各項(xiàng)主參數(shù)穩(wěn)定，防止?fàn)t膛滅火、風(fēng)機(jī)喘振等問(wèn)題出現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)保留一定的調(diào)節(jié)裕度。通過(guò)大量數(shù)據(jù)可以證實(shí)，針對(duì)與相同負(fù)荷下?tīng)t膛過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)脫銷的作用情況，在中低負(fù)荷下?tīng)t膛出口氧量每下降1%可以調(diào)節(jié)19%氮氧化物的生成。

4.3 其他策略

（1）中低負(fù)荷下應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的吹灰頻率和次數(shù)，避免結(jié)焦積灰，保持受熱面干凈整潔。如吹灰器單個(gè)或多個(gè)故障應(yīng)盡快處理，避免長(zhǎng)時(shí)間不吹造成局部積灰嚴(yán)重。

（2）及時(shí)關(guān)注入爐煤質(zhì)變化。揮發(fā)分含量較高的燃煤經(jīng)過(guò)燃燒形成的氮氧化物單位含量越低[4]。應(yīng)積極開(kāi)展燃煤混配工作，恰當(dāng)?shù)奶岣哂∧崦旱谋戎匾哉{(diào)整氮氧化物的排放濃度。但印尼煤等高揮發(fā)性煤會(huì)引起易燃、易爆等安全故障，直接關(guān)系到制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)平衡安全性與經(jīng)濟(jì)性。

（3）中、低負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)，容易造成NOx超標(biāo)。而在增負(fù)荷時(shí)，由于系統(tǒng)二次風(fēng)量加大，可能疊加一臺(tái)制粉系統(tǒng)的風(fēng)量，造成過(guò)量空氣系數(shù)變大引起超標(biāo)。因此必要時(shí)應(yīng)手動(dòng)操作噴氨量進(jìn)行干預(yù)，從而保證煙囪出口的氮氧化物含量不超標(biāo)。

（4）在機(jī)組減負(fù)荷時(shí)，為防止NOx超標(biāo)。應(yīng)避免將送風(fēng)機(jī)打到手動(dòng)模式，在再熱氣溫可控的前提下，減少二次風(fēng)量以降低過(guò)量空氣系數(shù)，同時(shí)保持燃盡風(fēng)門開(kāi)度。

5 結(jié)論

筆者針對(duì)靖海電廠#3機(jī)組鍋爐以及其配套的SCR脫硝處理裝置在中、低不同負(fù)荷下氮氧化物的生成情況進(jìn)行了研究，對(duì)各種要素對(duì)氮氧化物的影響開(kāi)展了分析并提出了應(yīng)對(duì)方法，得出了以下結(jié)論：

（1）通過(guò)合理運(yùn)行的調(diào)節(jié)，在中、低負(fù)荷機(jī)組脫硝進(jìn)、出口NOx含量、噴氨量等能夠得到有效控制。

（2）鍋爐調(diào)整在控制NOx同時(shí)可能造成其他參數(shù)如穩(wěn)定燃燒、燃燒效率、排煙溫度、煤耗等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)惡化，運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮所有因素，應(yīng)盡量尋找平衡點(diǎn)，避免顧此失彼，以達(dá)到最佳效果。

由于實(shí)際工況條件的限制，并未做更大幅度的相關(guān)試驗(yàn)。但根據(jù)觀察，只要運(yùn)行人員及時(shí)干預(yù)，進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，那么可在中低負(fù)荷工況以及變負(fù)荷工況下，控制好NOx的排放值在規(guī)定要求內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡志宏，郝衛(wèi)東，薛美盛，王軍.1000MW超超臨界燃煤鍋爐燃燒與NOx排放特性試驗(yàn)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010（04）.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.GB13223-2011.火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[3]曾漢才.大型鍋爐高效低NOx燃燒技術(shù)的研究[J].鍋爐制造，2001（01）.

[4]馬斌.大型超臨界、超超臨界鍋爐低燃燒系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：于宗平（1986-），男，吉林人，碩士，助理工程師，主要從事集控運(yùn)行工作。