燃煤電廠SCR入口氮氧化物高原因分析及運(yùn)行調(diào)整措施

（徐州華潤(rùn)電力有限公司，徐州 221000）

0 引言

隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，以及國(guó)家超低排放政策的落地，SCR煙氣脫硝裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行成為關(guān)鍵因素，若操作調(diào)整不當(dāng)，很容易造成環(huán)保超標(biāo)、液氨浪費(fèi)、空預(yù)器ABS堵塞等異常情況，影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，甚至需要停爐處理。

近些年煤炭市場(chǎng)緊張，許多發(fā)電企業(yè)由于不能保證燃煤供應(yīng)，不得不燃用大量與設(shè)計(jì)煤種參數(shù)相差很大的煤種，或者摻燒一些高灰分，低揮發(fā)分的劣質(zhì)煤種，直接導(dǎo)致了許多機(jī)組出現(xiàn)SCR入口氮氧化物偏高情況。我司#3機(jī)組氮氧化物長(zhǎng)期處于500 mg/m3以上的水平，嚴(yán)重超過(guò)350 mg/m3的設(shè)計(jì)要求，液氨用量偏高，對(duì)空預(yù)器等設(shè)備安全運(yùn)行造成了較大隱患，急需進(jìn)行有效控制。

1 設(shè)備概述

#3機(jī)組于2004年建成投產(chǎn)，鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的 DG1025/18.2-II12 型 320MW亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐，如表1所示。鍋爐為亞臨界壓力，一次中間再熱的自然循環(huán)汽包爐，單爐膛，燃燒器布置于爐膛四角，切圓燃燒，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Π型，平衡通風(fēng)，半露天島式布置。鍋爐采用四角布置、切向燃燒，假想切圓直徑為Φ790 mm。燃燒器采用低NOx燃燒器，采用空氣分級(jí)和燃料分級(jí)相結(jié)合的技術(shù)，運(yùn)行中維持較大量（20%左右）的高位燃盡風(fēng)；A層布置小油槍點(diǎn)火裝置。除A磨燃燒器噴口外，其余全部采用上下濃淡中間帶穩(wěn)燃鈍體的燃燒器；采用節(jié)點(diǎn)功能區(qū)技術(shù)。通過(guò)調(diào)整主燃燒器區(qū)一二次風(fēng)擋板開(kāi)度，一次風(fēng)與主燃區(qū)的二次風(fēng)形成縱向分級(jí)燃燒。每個(gè)風(fēng)室的風(fēng)門(mén)擋板配一個(gè)執(zhí)行器。一、二次噴口、燃盡風(fēng)噴口均為耐熱鑄鋼件。二次風(fēng)噴口上下擺動(dòng)30°（最下層上翹5°，不參與擺動(dòng)），一次風(fēng)噴口上下擺動(dòng)20°（微油層不參與擺動(dòng)）；在主燃燒器上方增加燃盡風(fēng)，與最上層燃盡風(fēng)（OFA）保持較大的距離；燃盡風(fēng)從大風(fēng)箱頂部開(kāi)口上取二次風(fēng)；燃盡風(fēng)也布置在四角，燃盡風(fēng)噴口可進(jìn)行上下20°、水平10°擺動(dòng)。設(shè)計(jì)燃燒效果NOx排放濃度不超過(guò)350 mg/Nm3（標(biāo)態(tài)6%的O2）。鍋爐采用的是正壓直吹式冷一次風(fēng)機(jī)制粉系統(tǒng)，共設(shè)置5臺(tái)中速磨煤機(jī)（ZGM95G），每臺(tái)磨煤機(jī)出口四根粉管，分別對(duì)應(yīng)同一層燃燒器的4個(gè)噴口。脫硝裝置采用選擇型催化還原技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝，脫硝裝置三層催化劑運(yùn)行。

表1 鍋爐容量和主要參數(shù)

本鍋爐燃用徐州混煤和晉東南貧煤，前者為設(shè)計(jì)煤種，后者為校核煤種；設(shè)計(jì)煤種為貧煤，校核煤種為煙煤[1]如表2所示。

2 脫硝系統(tǒng)存在問(wèn)題

近年來(lái)我司入爐煤質(zhì)變化較大，含氮量高的低揮發(fā)煤種占比越來(lái)越高，導(dǎo)致我司各臺(tái)爐SCR入口NOx值升高較多，#1至#4爐在加倉(cāng)煤質(zhì)及加倉(cāng)方式基本一致情況下，鍋爐入口NOx值及噴氨量明顯存在較大差異（如表3所示）。

表2 燃用煤種參數(shù)

表3 #1-#4機(jī)組SCR入口NOx和噴氨量對(duì)比

從表中數(shù)據(jù)可以看出#3機(jī)組在相同工況下SCR入口氮氧化物含量明顯高于其他機(jī)組，致使噴氨用量處于偏高水平。

3 氮氧化物偏高原因分析

3.1 低氮燃燒器工作原理

低氮燃燒器一般把一次風(fēng)分成濃淡兩股，濃相在內(nèi)，更靠近火焰中心；淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內(nèi)著火時(shí)，火焰溫度相對(duì)較高，但是氧氣比相對(duì)較少，故生成的氮氧化物的幾率相對(duì)減少；淡相在外，氧氣比相對(duì)較大，但由于距火焰高溫區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度相對(duì)較低，故氮氧化物的生成也不會(huì)很多；濃淡分離技術(shù)，將燃燒器局部的煤粉濃度提高了相對(duì)的就降低了此局部區(qū)域的一次風(fēng)量，則煤粉氣流中的含氧量便相對(duì)降低，在氧供應(yīng)不足的情況下，游離的N轉(zhuǎn)化為NOx的機(jī)會(huì)減小[2]。如圖1所示。

圖1 低氮燃燒器原理

3.2 影響氮氧化合物生成量的因素

根據(jù)氮氧化合物生成機(jī)理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區(qū)段氧濃度、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時(shí)間和煤的特性[3]，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個(gè)方面：降低火焰溫度，防止局部高溫；降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。燃料型NOx是空氣中的氧與煤中氮元素?zé)峤猱a(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成NOx，影響燃料型NOx生成與還原的因素包括煤質(zhì)與燃燒設(shè)備運(yùn)行參數(shù)兩方面的因素。影響燃料型NOx轉(zhuǎn)化率的煤質(zhì)因素包括：燃料中氮的含量、氮化合物存在的狀態(tài)、固定碳與揮發(fā)分的含量之比、氮在熱解時(shí)析出的過(guò)程及在揮發(fā)分和焦炭中分配的比例等；熱力型NOx是燃燒時(shí)空氣中的N2和O2在高溫下生成的NOx，影響熱力型NOx生成量的主要因素有燃燒反應(yīng)的溫度、氧氣濃度和反應(yīng)時(shí)間，主要控制因素是溫度，溫度對(duì)熱力型NOx生成速率的影響呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。影響熱力型NOx生成的另一個(gè)主要因素是反應(yīng)環(huán)境中的氧濃度比。因此控制熱力型NOx生成量的方法概括為：降低燃燒溫度水平，避免局部高溫；降低氧氣濃度；縮短燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間等[4]。

各煤種NOx排放量指標(biāo)（參考值）：

煙煤 170～300 mg/Nm3（O2=6%）

褐煤 170～400 mg/Nm3（O2=6%）

貧煤 ＜600 mg/Nm3（O2=6%）

無(wú)煙煤 ＜800 mg/Nm3（O2=6%）

4 運(yùn)行調(diào)整措施

4.1 細(xì)化燃煤摻配

由于各煤種中含氮量不同，所以在燃煤摻配時(shí)要合理進(jìn)行分配，注意控制氮含量高的煤種的摻配比例。

4.2 控制爐內(nèi)氧量

根據(jù)CO測(cè)點(diǎn)數(shù)值合理控制爐內(nèi)氧量，在滿(mǎn)足燃料完全燃燒的前提下盡量降低爐內(nèi)氧量，同時(shí)運(yùn)行中適當(dāng)加大燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板及SOFA風(fēng)擋板的開(kāi)度，適當(dāng)關(guān)小主燃區(qū)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度，使主燃燒器區(qū)域的氧濃度降低，這既能控制燃燒區(qū)域的火焰溫度，又能抑制燃料氮形成的中問(wèn)產(chǎn)物與氧的化合[5]。加強(qiáng)了空氣分級(jí)效果，可以達(dá)到降低了NOx排放量的需求。但是缺氧燃燒，生成的還原性氣體使?fàn)t膛容易結(jié)焦，所以應(yīng)該權(quán)衡把握，不宜調(diào)整幅度過(guò)大。如圖2所示。

圖2 氧量調(diào)整前后NOx值對(duì)比

4.3 保持相鄰磨組運(yùn)行

相鄰磨組運(yùn)行時(shí)，低氮燃燒器各層燃料與空氣分級(jí)效果較好，能夠很好的抑制氮氧化物的生成；當(dāng)磨組隔層運(yùn)行時(shí)，燃燒出現(xiàn)斷層，分級(jí)燃燒效果被嚴(yán)重削弱，由于停運(yùn)磨上下均通有熱二次風(fēng)，引起該區(qū)域氧量較高，導(dǎo)致停運(yùn)磨的相鄰磨燃燒時(shí)為富氧燃燒，氮氧化物生產(chǎn)量增加，引起SCR入口NOx值上升，噴氨量增大。所以當(dāng)出現(xiàn)磨組隔層運(yùn)行時(shí)，需將該磨噴口上下兩層輔助風(fēng)擋板適當(dāng)關(guān)小，以降低該區(qū)域氧量[6]。如圖3所示。

圖3 磨組隔層與不隔層運(yùn)行NOx值對(duì)比

4.4 控制較低的一次風(fēng)量

一次風(fēng)的主要作用為輸送煤粉，但同時(shí)也為煤粉燃燒提供了部分氧量。當(dāng)一次風(fēng)量較大時(shí)，煤粉燃燒時(shí)的氧量增加，氮氧化物生成量較大；在不堵磨的前提下盡量降低一次風(fēng)量，使得煤粉燃燒時(shí)的氧量降低，能夠抑制氮氧化物的生成，降低SCR入口NOx值，從而達(dá)到降低噴氨量的目的。如圖4所示。

圖4 一次風(fēng)量降低前后對(duì)比

5 效果驗(yàn)證

如圖5、圖6所示。

圖5 調(diào)整前后液氨用量走勢(shì)

圖6 調(diào)整前后液氨用量分布

運(yùn)行調(diào)整措施實(shí)施后，#3爐液氨用量從調(diào)整前的平均73 kg/h下降至63 kg/h，降幅達(dá)到13%，從調(diào)整前后的液氨用量分布分析，80 kg/h至140 kg/h的高用量區(qū)間占比明顯減少，也就是說(shuō)運(yùn)行調(diào)整后，隨著SCR入口NOx值的降低，大量噴氨情況有所改善，噴氨幅度更為平穩(wěn)。經(jīng)濟(jì)收益上，按照液氨單價(jià)3800元/t計(jì)算，全年可以節(jié)約液氨87.6 t，節(jié)約生產(chǎn)成本約33.28萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章系統(tǒng)的闡述了320MW亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐的工作原理，以及SCR脫銷(xiāo)過(guò)程中入口NOx存在偏高的問(wèn)題，從技術(shù)性方面和燃燒反應(yīng)過(guò)程加以改進(jìn)，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn)改造效果顯著。