淺析1000MW超超臨界鍋爐降低NOx排放的措施

楊　飛（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東 揭陽 515223）

淺析1000MW超超臨界鍋爐降低NOx排放的措施

楊飛
（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東 揭陽 515223）

本文介紹了NOx產(chǎn)生機(jī)理及影響因素，結(jié)合本廠實(shí)際提出了降低NOx排放技術(shù)措施，為類似機(jī)組運(yùn)行中降低NOx排放提供有價(jià)值的參考。

降低；NOx；措施

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題也日益突出，燃煤鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量NOx，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害，也越來越受到人們的關(guān)注。2014年新的環(huán)保法實(shí)施，對火電廠大氣污染物排放提出了更高要求，對超限排放處罰力度更加嚴(yán)重，開展如何降低超超臨界鍋爐NOx的排放具有十分重要的意義。

1　NOx生成機(jī)理

燃燒過程中生成的氮氧化物主要是NO和NO2，通常把這兩種氮的氧化物統(tǒng)稱為NOx。其中NO的生成量占90%以上。

NOx生成機(jī)理和途徑一般分為熱力型、燃料型和快速型3種。

（1）熱力型是指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox。在1350℃以下，熱力型NOx生成量很少，幾乎100%是燃料型NOx，但隨著溫度的上升，熱力型NOx生成量迅速增加，溫度達(dá)1600℃以上時(shí)，熱力型NOx占NOx生成總量的25%~30%；

（2）燃料型指的足燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解而又氧化生成NOx，占到NOx總量的70%~80%；

（3）快速型指的是燃燒時(shí)空氣中的氮?dú)夂腿剂现械奶細(xì)潆x子團(tuán)等反應(yīng)生成NOx，量很少，一般小于5%，可以不予考慮。它的生成量與爐內(nèi)壓力的0.5次方成正比，而與爐內(nèi)溫度的關(guān)系不大。

影響NOx生成的因素主要有：火焰溫度、氧濃度、高溫區(qū)停留時(shí)間、燃料比Fc/V(固定碳含量/揮發(fā)分)等。

2　設(shè)備概況

廣東某電廠鍋爐型號為DG3033/26.15-Π1型。為東方鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓直流爐、前后墻對沖燃燒、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、采用煙氣檔板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，Π型鍋爐。設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西晉北煙煤。

磨煤機(jī)采用上海重型機(jī)械廠生產(chǎn)的HP1163Dyn中速磨煤機(jī)，鍋爐制粉系統(tǒng)采用6臺中速磨煤機(jī)，冷一次風(fēng)正壓直吹系統(tǒng)，5臺運(yùn)行，1臺備用，煤粉細(xì)度R90=16~20%，煤粉均勻性指數(shù)為1.0~1.1。

脫硝系統(tǒng)采用東方鍋爐生產(chǎn)選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，催化劑層數(shù)按2+1模式布置，初裝2層預(yù)留1層。2層催化劑條件下脫硝效率不小于50%，反應(yīng)器及裝置輔助系統(tǒng)容量按脫硝效率不小于80%的空間及荷載來設(shè)計(jì)。脫硝催化劑采用蜂窩式催化劑，還原劑采用液氨。脫硝系統(tǒng)停止噴氨的最低煙溫為300℃，最高連續(xù)運(yùn)行煙溫420℃。

3　降低NOx排放措施

目前降低火電廠NOx排放量主要有兩種方式：一是采用低NOx燃燒技術(shù)，減少爐膛內(nèi)燃燒生成的NOx量；二是在煙道尾部加裝脫硝裝置，采用煙氣脫銷技術(shù)，將NOx從煙氣中脫出，減少向環(huán)境的排放量。

3.1減少NOx生成的措施

鍋爐產(chǎn)生的NOx主要以熱力型NOx和燃料型NOx為主，因此，降低煤粉鍋爐NOx排放量的控制措施應(yīng)著重從降低燃料型NOx和熱力型NOx的生成量下手。針對影響NOx生成因素，結(jié)合我廠實(shí)際情況，采取如下措施來減少NOx生成。

（1）鍋爐負(fù)荷與NOx生成量關(guān)系較大，主要體現(xiàn)在氧量的高低上。低負(fù)荷時(shí)雖然熱力型NOx會減少，但低負(fù)荷時(shí)爐膛氧量高，燃燒器區(qū)域出于富氧狀態(tài)，所以低負(fù)荷工況SCR入口NOx含量會大大升高。低負(fù)荷階段適當(dāng)降低爐膛氧量，可抑制NOx的生成量，但降低氧量對鍋爐汽溫又有不利影響，所以兩者之間必須平衡。70%及以上負(fù)荷控制爐膛出口氧量≯3.0%；50%~69%負(fù)荷控制爐膛出口氧量≯5.0%；50%以下負(fù)荷控制爐膛出口氧量≯7.0%；

（2）在相同負(fù)荷下，中下層磨運(yùn)行時(shí)NOx會少于上層磨運(yùn)行。中低負(fù)荷工況下盡量保持中下層磨運(yùn)行，如需運(yùn)行上層磨，也應(yīng)盡量減少上層磨出力增大下層磨出力。在50%及以下負(fù)荷工況下，保持3臺磨運(yùn)行比4臺磨運(yùn)行對減少NOx生成量是非常有效的；

（3）開大燃盡風(fēng)。適當(dāng)降低主燃燒器區(qū)域的氧量能減少NOx，特別是提高燃盡風(fēng)量效果較好。但當(dāng)燃盡風(fēng)開度超過70%再繼續(xù)提高燃盡風(fēng)量時(shí)效果提高不明顯；

（4）各燃燒器層制粉出力按正三角調(diào)整，二次風(fēng)出力按倒三角調(diào)整；

（5）確定合適的煤粉細(xì)度。適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度，可促使燃燒初期揮發(fā)分迅速而大量地析出燃燒消耗氧份，造成局部還原性氣氛，從而抑制NOx的生成量；

（6）優(yōu)化磨煤機(jī)運(yùn)行方式，避免最上兩層磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行，盡量降低爐膛火焰中心。當(dāng)鍋爐最上兩層磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，由于熱力型NOx的生成量急劇增加，爐膛NOx含量急劇升高；

（7）降低NOx生成采取的措施，與穩(wěn)定燃燒、提高燃燒效率采取的措施相矛盾，在運(yùn)行中不應(yīng)以惡化燃燒來達(dá)到降低NOx生成。運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮所有因素，以達(dá)到最佳效果。

3.2脫銷系統(tǒng)調(diào)整

鍋爐NOx生成量與燃料特性，鍋爐負(fù)荷（氧量、爐膛溫度、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式、燃燒配風(fēng)方式）息息相關(guān)。而脫硝系統(tǒng)的被控過程具有大滯后、非線性、時(shí)變性及NOx測量會失真等特點(diǎn)，按照我廠的控制邏輯策略，對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行如下運(yùn)行調(diào)整。

3.2.1鍋爐煙氣的調(diào)整

煙氣溫度是影響NOx脫除效率的重要因素，控制反應(yīng)器入口煙氣溫度在320℃～400℃范圍，并盡量維持在340℃～380℃的最適宜溫度。煙氣溫度過低會影響催化劑的活性，影響NOx的脫除效率。煙氣溫度高于340℃時(shí)催化劑的活性上升明顯，380℃時(shí)催化劑活性達(dá)到最大，超過400℃后活性又開始略有降低，所以反應(yīng)器入口最適宜

煙氣溫度為340℃～380℃。當(dāng)煙氣溫度過高超過400℃時(shí)，NH3會與煙氣中的O2發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致煙氣中的NOx增加，超過450℃還有可能引起催化劑燒結(jié)堵塞微孔，造成催化劑失活失效，催化劑廠家規(guī)定450℃以上運(yùn)行不能超過5個(gè)小時(shí)。

煙氣溫度低于320℃時(shí)，煙氣中的SO3容易與逃逸的NH3生成銨鹽，附著在催化劑表面和空預(yù)器換熱元件上，降低催化劑的活性及造成空預(yù)器堵塞，催化劑活性的進(jìn)一步降低又加劇了NH3的逃逸形成惡性循環(huán)。

3.2.2噴氨流量的調(diào)整

（1）在不同的鍋爐負(fù)荷下要根據(jù)SCR反應(yīng)器入口NOx濃度和出口NOx濃度來調(diào)節(jié)噴氨流量；

（2）控制氨的逃逸率，保證氨逃逸率在3.0ppm以下，否則應(yīng)減少氨氣噴入量；

（3）控制SCR出入口差壓低于450Pa，否則應(yīng)增加吹灰頻率，必要時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷；

（4）提高鍋爐脫硝設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，在鍋爐負(fù)荷大幅變化及啟停磨時(shí)，NOx生成量大幅變化，造成噴氨調(diào)門大幅度波動，因此在快速升降負(fù)荷時(shí)，要密切關(guān)注SCR反應(yīng)器出入口NOx變化情況，提前對噴氨量進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少NOx排放。

4　結(jié)論

在火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求日益嚴(yán)格的形勢下，通過低NOx燃燒控制技術(shù)，能夠顯著降低NOx排放濃度，同時(shí)也會對爐內(nèi)火焰穩(wěn)定性和燃料的完全燃燒程度有不利的影響，選擇合理的NOx控制措施必須要兼顧燃燒經(jīng)濟(jì)性的影響。脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整是一個(gè)相對復(fù)雜的化學(xué)、物理反應(yīng)過程，影響因素較多，跟煙氣流速、流場分布等息息相關(guān)，不是簡單的一噴了之。降低火電廠NOx排放應(yīng)以控制NOx生成為主，煙氣脫銷為輔，綜合考慮所有因素，以達(dá)到環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的和諧統(tǒng)一。

[1]周沖.玉環(huán)電廠降低NOx的排放措施[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(01).

[2]劉智勇，張志遠(yuǎn).660MW超臨界鍋爐降低NOx排放的調(diào)整優(yōu)化[J].科技信息,2011(29).