660MW機(jī)組鍋爐NOx排放超標(biāo)問題分析及優(yōu)化措施
摘要：介紹某燃煤電廠660MW調(diào)頻機(jī)組在正常運(yùn)行期間由于負(fù)荷頻繁變動導(dǎo)致鍋爐NOx排放超標(biāo)的情況。針對鍋爐的脫硝技術(shù)，綜合考慮影響鍋爐燃燒生成NOx的各種因素，優(yōu)化和調(diào)整鍋爐燃燒系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、脫硝氨系統(tǒng)、氧氣控制等，達(dá)到鍋爐NOx排放不超標(biāo)的目的，確保了裝置安全高效運(yùn)行，同時實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。
關(guān)鍵詞：脫硝過程；超標(biāo)排放；優(yōu)化調(diào)整
0引言
近年來，廣東省珠江三角洲地區(qū)的火電廠通過添加或改造脫硝技術(shù)達(dá)到了“超低排放”的指標(biāo)要求。“超低排放”出自《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011），燃煤電廠排放煙氣中的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和煙塵濃度必須達(dá)到或低于本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的大氣污染物排放限值。單位排放限值，即在參考氧含量6%的情況下，煙氣中粉塵、SO2和NOx的含量分別低于5mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。
1機(jī)組情況概述
燃煤電廠660MW機(jī)組鍋爐采用亞臨界壓力、一次中間再加熱，強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，單爐Π型布置。過熱蒸汽采用一級噴水調(diào)節(jié)汽溫，再熱蒸汽溫度采用燃燒器擺角和一級噴水調(diào)節(jié)。鍋爐采用膜式水冷壁，其最大連續(xù)蒸發(fā)量為2100t/h。燃料燃燒系統(tǒng)為正壓直吹式，配備6套HP983中速碗式磨煤機(jī)，由下至上為A、B、C、D、E、F，設(shè)計給煤機(jī)給煤率為53t/h，正常情況下5臺制粉系統(tǒng)即可滿足BMCR運(yùn)行要求。燃燒方式為四角雙切圓，燃燒器布置在鍋爐四角。
2鍋爐脫硝系統(tǒng)采用的工藝
低氮燃燒引入了垂直空氣分級技術(shù)：分離燃盡風(fēng)（SOFA）噴嘴添加到主燃燒區(qū)的上部，且一部分二次空氣與主燃燒區(qū)分離并通過上部SOFA噴嘴送到爐子。SOFA風(fēng)共有8個噴口，即鍋爐兩側(cè)各4個，從主燃燒區(qū)分離出一部分二次風(fēng)后使?fàn)t內(nèi)主燃燒區(qū)處于一個整體欠氧的狀態(tài)，形成還原氣氛，抑制燃料氮轉(zhuǎn)化為NO，并且由于總體欠氧化而降低了主燃燒區(qū)中煙道氣的溫度，避免了生成過多的熱力型NOx。然后將分離的二次空氣補(bǔ)充到爐子主燃燒區(qū)上部的SOFA噴口中，以確保燃料燃燒。低氮燃燒可有效降低鍋爐的NOx排放濃度。
根據(jù)鍋爐后部的煙氣流動模式設(shè)置選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝，并設(shè)置單爐雙SCR結(jié)構(gòu)。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐尾部煙道省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間。脫硝系統(tǒng)設(shè)備處理100%煙氣量，脫硝反應(yīng)器與還原劑供應(yīng)系統(tǒng)按照脫硝效率80%設(shè)計。脫硝還原劑采用液氨，鍋爐氨區(qū)供氨系統(tǒng)集中布置，經(jīng)氨氣蒸發(fā)器后由一條供氨母管送至鍋爐區(qū)域，和稀釋風(fēng)機(jī)打出的空氣混合噴入SCR反應(yīng)器中。
3脫硝氨控制系統(tǒng)和SOFA調(diào)節(jié)擋板控制
圖1顯示了脫硝系統(tǒng)A和B兩側(cè)氨控制閥的自動控制邏輯。取入口O2含量和入口NOx含量作為主控制器的前饋信號，出口O2含量和出口NOx含量作為反饋信號一起供給主控制器，給出氨流量調(diào)節(jié)閥的開度，以調(diào)節(jié)注入爐內(nèi)的噴氨量。
圖2給出的是日常運(yùn)行中，在保證脫硝SCR入口NOx含量小于350mg/m3的條件下，分體式燃盡擋板（SOFA）開口與鍋爐負(fù)荷之間的基本關(guān)系。由于SOFA風(fēng)被帶到鍋爐的二次風(fēng)管道，一部分風(fēng)量以犧牲輔助風(fēng)的速度送到燃盡區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，因此，為了保證鍋爐主燃料區(qū)安全燃燒，目前8個SOFA風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板仍放在手動調(diào)節(jié)模式，操作員在負(fù)荷變化時應(yīng)根據(jù)此曲線及時調(diào)整SOFA調(diào)節(jié)擋板開度，保證低氮燃燒。
4存在的問題
負(fù)荷頻繁、大幅度（200～660MW）變化，CCS自動控制鍋爐總風(fēng)量、燃料量、氧量均隨負(fù)荷變化而大幅度變化，導(dǎo)致噴氨系統(tǒng)進(jìn)出口氧量、NOx含量變化幅度很大，由于噴氨調(diào)節(jié)響應(yīng)時間約為3min，故調(diào)節(jié)滯后嚴(yán)重，鍋爐出口NOx頻繁超標(biāo)。另外，由于調(diào)節(jié)滯后，導(dǎo)致經(jīng)常性出現(xiàn)噴氨過量的情況，氨逃逸率增加，加劇了對SCR之后的煙氣系統(tǒng)如空氣預(yù)熱器、電袋除塵器等低溫區(qū)域的腐蝕。另外，會形成硫酸氫銨等黏稠物質(zhì)吸附在煙氣通道表面，增大空氣預(yù)熱器、電袋除塵器前后壓差，導(dǎo)致機(jī)組引風(fēng)機(jī)負(fù)擔(dān)增大，動葉開度過大，當(dāng)動葉開度大于90%時，引風(fēng)機(jī)容易失速、喘振，為保證安全運(yùn)行需限制負(fù)荷上限，降低了經(jīng)濟(jì)性。
5優(yōu)化措施
5.1氧量調(diào)整
圖3所示為氧氣設(shè)定值和負(fù)荷關(guān)系曲線，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，氧氣設(shè)置會根據(jù)曲線自動調(diào)整到設(shè)定值。而氧量值與過量空氣系數(shù)直接相關(guān)，隨著過量空氣系數(shù)的增加，鍋爐的總NOx生成量增加。由于氧量控制參與送風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)，在快速降負(fù)荷時，一方面，為保證送風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，其動葉開度大于10%時，氧氣控制應(yīng)及時切手動，設(shè)定值應(yīng)根據(jù)曲線設(shè)高；另一方面，當(dāng)送風(fēng)機(jī)動葉開度足夠、總風(fēng)量滿足時，應(yīng)盡量將氧量設(shè)定值設(shè)低，降低鍋爐過量空氣系數(shù)，減少鍋爐NOx生成。另外，當(dāng)機(jī)組快速升負(fù)荷時，應(yīng)及時將氧量控制投回CASC，以防止氧量過剩。
5.2降低主燃燒區(qū)高度
降低主燃燒區(qū)的高度可以有效地減少NOx的產(chǎn)生。當(dāng)機(jī)組減負(fù)荷時，各制粉系統(tǒng)給煤率逐漸降低。當(dāng)需要執(zhí)行減少制粉系統(tǒng)的操作時，優(yōu)先停止上層制粉系統(tǒng)，保留下層制粉系統(tǒng)運(yùn)行。另外，通過對給煤機(jī)設(shè)定偏差，可以降低上層制粉系統(tǒng)的給煤量，同時提高下層制粉系統(tǒng)的給煤量。另外，在保證主、再熱蒸汽參數(shù)正常的情況下，盡量將燃燒器擺角向下擺，可有效降低燃燒中心高度，對減少NOx生成有一定效果。
5.3調(diào)整SOFA調(diào)節(jié)擋板開度
當(dāng)鍋爐NOx超標(biāo)時，在確保鍋爐輔助風(fēng)量的情況下應(yīng)盡可能地將SOFA調(diào)節(jié)擋板的開度調(diào)大，增加SOFA的空氣量，減少主燃燒區(qū)的空氣過剩率。粉煤燃燒不足，爐內(nèi)的平均溫度降低，并形成還原氣氛，延遲粉煤的燃燒，有利于抑制產(chǎn)生NOx的氧化反應(yīng)和減少產(chǎn)生的NOx，因此可以達(dá)到減少NOx排放濃度的效果。在實(shí)際運(yùn)行操作中，減少NOx的生成可以降低鍋爐消耗的噴氨量，降低脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
5.4噴氨系統(tǒng)切手動
根據(jù)鍋爐進(jìn)出口NOx含量的曲線變化趨勢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)NOx含量曲線呈明顯上升趨勢時，預(yù)先手動控制氨噴射控制閥以增加噴射的氨量，可以防止NOx排放超過標(biāo)準(zhǔn)。但為了防止噴氨過量，應(yīng)時刻關(guān)注曲線變化，當(dāng)NOx含量曲線呈明顯降低趨勢時，應(yīng)及時減少噴氨量，投回自動控制。
5.5SCR催化劑運(yùn)行管理優(yōu)化
在滿足NOx排放濃度不超標(biāo)的前提下，應(yīng)該加強(qiáng)對催化劑狀態(tài)的監(jiān)控和調(diào)整，最大程度地延長催化劑壽命，優(yōu)化催化劑再生和更換方案，以減少還原劑液氨的消耗，并盡量避免對下游熱交換設(shè)備（如空氣預(yù)熱器）等產(chǎn)生不利影響。SCR反應(yīng)器催化劑的工作溫度嚴(yán)格控制在280～400℃之間，以確保催化劑的活性。聲波吹灰器保持24h不間斷運(yùn)行，當(dāng)SCR進(jìn)出口壓差偏高時，蒸汽吹灰器的吹灰頻率應(yīng)適當(dāng)增加。每次啟動蒸汽吹灰時，應(yīng)暖管充分，保證入爐的蒸汽是無水狀態(tài)；吹灰壓力應(yīng)控制在500～800kPa（5～8bar），保護(hù)催化劑不受損壞。
5.6煤粉調(diào)整
提高每個磨煤機(jī)煤粉的出口溫度，相應(yīng)提高煤粉的點(diǎn)火溫度，有利于煤粉的充分燃燒；提高煤粉的細(xì)度，使粉煤與空氣充分接觸，降低點(diǎn)火高度，抑制熱NOx的產(chǎn)生。另外，實(shí)行多煤種摻燒可有效減少NOx的生成。
6結(jié)語
通過一系列的優(yōu)化調(diào)整，在機(jī)組負(fù)荷大幅度調(diào)頻變動時，有效地控制了鍋爐出口NOx排放量，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時，確保了鍋爐NOx排放不超標(biāo)。
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