低NOχ燃燒器和SCR脫硝技術在1 000 MW超超臨界機組中的應用

李 京

經驗交流

低NOχ燃燒器和SCR脫硝技術在1 000 MW超超臨界機組中的應用

李 京

（銅山華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

為降低機組NOχ排放量，采用低NOχ同軸燃燒系統和選擇性催化還原（SCR）脫硝技術，通過試驗研究降低NOχ排放量的措施，在實際運行中效果明顯，達到了降低NOχ排放量、減少發電企業運行成本的目的。同時對提高SCR脫硝效率進行探討，為同類型機組提供一定參考。

低NOχ燃燒器；SCR；1 000 MW

燃煤發電機組排放的大氣污染物中，NOχ對人體健康和生態環境危害較大，且難以處理，成為需要重點控制排放的污染物之一。近年來，我國不斷提高企業環保排放標準，加大對于環保超標企業的獎懲考核力度，特別是大容量機組，更應注重NOχ排放量的控制。為降低機組運行中NOχ排放量，銅山華潤電力有限公司1 000 MW超超臨界燃煤機組通過設置低NOχ同軸燃燒器，分析煤粉燃燒時NOχ的產生機理，研究合理的運行調整措施［1］。同時增加SCR脫硝技術，達到了有效控制NOχ排放量、減少電廠SCR運行成本的目的。

1 系統設計特點

銅山華潤電力有限公司2×1 000 MW機組配置上海鍋爐廠制造的SG-3044／27.46-M53x超超臨界參數、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、切圓燃燒方式塔式直流鍋爐，采用鍋爐低氮燃燒技術和SCR脫硝技術。

1.1 低NOχ同軸燃燒系統（LNTFS）

燃燒方式采用低NOχ同軸燃燒系統，煤粉燃燒器采用擺動式、四角布置、切向燃燒方式［2-3］，通過分析煤粉燃燒時NOχ的生成機理，在煤粉早期著火時使用燃料／空氣分段燃燒技術，分層布置噴嘴和二次風，以減少揮發分氮轉化為NOχ，有效降低NOχ的生成量。系統主要部件為：可水平擺動的分離燃盡風噴嘴（SOFA）、緊湊級燃盡風噴嘴（CCOFA）、預置水平擺角的輔助風噴嘴（CFS）、強化著火煤粉噴嘴（EI）。

煤粉燃燒器采用典型的LNTFS燃燒器，共布置12層煤粉噴嘴，煤粉噴嘴四周布置燃料風噴嘴。燃燒器風箱分為獨立的3組，下面2組風箱各有6層煤粉噴嘴，依次對應3臺磨煤機，相鄰的2層煤粉噴嘴間設置1層供燃油用的燃油輔助風噴嘴。2層相鄰的煤粉噴嘴上方設置1個組合式噴嘴，其中預置了水平偏角的煤粉輔助風噴嘴（CFS）和直吹風噴嘴約各占一半面積。系統共設置6臺直吹式中速液壓加載式磨煤機，保證在任何負荷情況下至少有1臺磨煤機處于備用狀態。每臺磨煤機設置2層煤粉燃燒器，磨煤機出口共4根煤粉管道，進入爐膛四角后通過分配器變成8根煤粉管道進入爐膛燃燒。

1.2 SCR脫硝技術

脫硝還原劑采用液氨，催化劑以氧化鈦為基體，其結構形式為板式，布置在一個固定的反應器內。脫硝裝置安裝在省煤器至空預器區段，能夠對2臺機組進行100%煙氣量脫硝處理。在鍋爐燃用設計煤種40%～100%BMCR工況下，當SCR進口煙氣溫度在320～420℃時，能夠達到脫硝效率不低于70%，入口煙氣NOχ含量為350 mg／Nm3。SCR工藝系統主要包括煙氣系統、空氣預熱器系統以及相應的煙風道系統、吹灰系統、氨的空氣稀釋和加注系統、煙氣取樣系統。在SCR區域，將空氣與氨氣混合后放入SCR反應器進口煙道，在催化劑的作用下，利用氨的還原特性，與氧化氮反應生成水和氮氣，從而使SCR出口的NOχ濃度降到規定值。

2 影響NOχ排放的因素

2.1 配風方式對NOχ排放的影響

低NOχ同軸燃燒器通過在爐膛不同高度布置CCOFA和SOFA風擋板［4-5］，將爐膛分成初始燃燒區、NOχ還原區和燃料燃盡區3個相對獨立的部分。機組正常運行中應盡量使用倒寶塔式配風，開大上層CCOFA和SOFA風擋板，關小下層輔助風及燃料風擋板，使初始燃燒區下部區域一次風所攜帶的煤粉缺氧燃燒，缺氧燃燒時煤粉的燃燒速度和溫度均降低，能夠有效減少熱力型NOχ的生成量。燃料中析出的含氮中間產物HCN、NH3等會進一步將NO分解成N2，有效抑制了燃料型NOχ的生成。通過在燃料燃盡區內保持煤粉富氧燃燒，會有一部分殘留的氮被氧化成NOχ，因殘留量較少且火焰溫度較低，熱力型NOχ生成量較少，未燃盡的煤粉和可燃氣體被有效燃盡，亦可降低爐渣可燃物含量。表1為機組正常運行中，調整配風方式前后NOχ生成量對比。

表1 調整配風方式前后NOχ生成量對比

由表1可見，此種配風方式對降低NOχ排放量效果明顯，機組正常運行中，應盡量開大上層CCOFA和SOFA風擋板運行。因開大此擋板對爐膛風箱差壓影響很小，不會影響鍋爐燃燒穩定性。

2.2 過量空氣系數對NOχ排放的影響

適當減小過量空氣系數，保持爐膛內低氧燃燒可以降低爐膛內部中心溫度，抑制NOχ的生成，有效降低NOχ排放量。若過量空氣系數過低，會使煤粉燃盡率和鍋爐燃燒穩定性降低，造成煤粉燃燒效率降低，從而降低鍋爐效率［6］。在鍋爐正常運行調整中，根據不同的煤質情況，應維持合理的過量空氣系數。

低NOχ同軸燃燒器每個區域的過量空氣系數由3個因素控制：CCOFA和SOFA風量的分配；總的過量空氣系數；總的OFA風量。該燃燒器采用的空氣分級方法是通過使每個區域內的過量空氣系數得到優化，有效降低NOχ的排放量，同時提高鍋爐燃燒效率。表2為機組在800 MW負荷、300 t／h給煤量下穩定運行時，降低氧量對NOχ排放的影響。

表2 氧量變化對NOχ排放的影響

機組實際運行中，當鍋爐負荷小于650 MW時，因鍋爐穩燃要求，一般維持氧量偏高運行，容易造成NOχ排放量超標，噴氨量增大，使SCR運行成本增加。此時應通過提高磨組出口溫度、調整風門擋板開度等方式使燃燒趨于穩定，進而降低氧量運行，有效控制NOχ排放量。

2.3 磨組運行方式對NOχ排放的影響

機組運行時保持鍋爐負荷在800 MW穩定運行，過量空氣系數和配風方式等參數不變，調整磨組運行方式，試驗前后數據如表3所示。

表3 不同磨組運行方式對NOχ排放的影響mg／Nm3

由表3可見，底層磨組運行時NOχ的排放量要比上層磨組運行時低，主要原因是當上層磨組運行時，高溫區域沿爐膛高度方向比較大，熱力型NOχ的生成量增多；下層磨組運行時，高溫區域沿爐膛高度方向比較小，可以減少熱力型NOχ的生成量。在機組運行中，應盡量保持下層磨組運行，以減少NOχ的生成量。下層磨組運行時，火焰中心相應下移，主汽溫度、再熱汽溫均相應下降，應通過將燃燒器噴嘴向上擺動、提高過熱度等方式進行調整，使主汽溫度、再熱汽溫維持在額定值。

3 提高SCR脫硝效率措施

3.1 提高煙氣溫度

SCR反應原理：

催化劑以氧化鈦為基體時，一般當煙氣溫度在320～420℃時，催化劑才具有活性。機組正常運行時，當SCR進口煙氣溫度達到320℃，運行人員即投入噴氨系統，進行脫硝。根據環保要求，在保證SCR出口NOχ含量低于65mg／Nm3的前提下，通過調整進氨調節閥，使SCR脫硝效率大于60%，通常控制在65%～85%。為延長催化劑壽命，實際運行中應控制最低煙氣溫度大于320℃，最低短期運行煙氣溫度大于300℃。

當機組長時間在低負荷（500 MW左右）運行時，爐膛內部熱負荷低，使SCR煙氣入口溫度下降。脫硝考核標準要求機組負荷在500 MW以上時必須投入脫硝系統運行，機組負荷低時應通過提高磨組出口溫度和風溫等措施，提高爐膛溫度，使煙氣溫度滿足SCR最佳工作工況。

3.2 穩定供氨壓力及溫度

機組運行中，應保持SCR供氨壓力及溫度穩定，供氨壓力波動會改變供氨流量，當供氨壓力上升時，會造成氨用量浪費；當供氨壓力下降時，會造成SCR出口NOχ排放量超標。機組運行中供氨壓力應維持在0.3 MPa左右，超出0.27～0.33 MPa時應及時調整。

運行中應保證氨站汽化器溫度穩定，特別當冬天外界氣溫低時，應定期對供氨系統進行檢查，防止出現供氨管路或儀表結冰等情況。

3.3 加強SCR吹灰

機組運行中，規定SCR區域每月進行2次吹灰，以便保持較高的催化劑表面清潔度，吹灰汽源取自機組一級再熱器進口蒸汽。機組實際運行中，可適當提高吹灰頻率，維持每周進行1次SCR吹灰，吹灰時應保證吹灰壓力不低于1.2 MPa，以保證吹灰效果。

4 結束語

當前，污染物排放造成環境問題已經成為普遍關注的熱點。本文1 000 MW機組通過布置低NOχ燃燒系統，運行中通過合理的燃燒調整，可以有效降低爐膛出口的NOχ含量，爐膛出口的煙氣經過SCR裝置進行脫硝處理，可以進一步降低排入大氣中的NOχ含量，從而達到高效環保、清潔燃燒的目的。

［1］ 路 野，吳少華.玉環1 000 MW超超臨界鍋爐低NOχ燃燒系統的設計和NOχ性能考核試驗簡析［J］.鍋爐制造，2008，30（4）：2-4.

［2］ 高繼錄，王文生，李志龍.電站鍋爐NOχ排放特性試驗研究［J］.東北電力技術，2012，33（11）：10-12.

［3］ 高小濤，周 玨.電站鍋爐低NOχ燃燒技術的發展與探討［J］.華東電力，2003，32（5）：278-281.

［4］ 周 國.燃煤電站鍋爐中的低NOχ燃燒技術［J］.節能技術，2005，23（1）：44-46.

［5］ 畢玉森.低NOχ同軸燃燒系統在我國的應用［J］.中國電力，1994，39（10）：30-35.

［6］ 張 偉，趙毓勝.燃燒調整對鍋爐效率的影響研究［J］.東北電力技術，2012，33（5）：42-44.

Application on Low?NOχBurner and SCR Technology in 1 000 MW Ultra?super Critical Coal Fired Unit

LIJing
（Tongshan China Resources Power Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221000，China）

To reduce NOχemission of 1 000 MW ultra supercritical coal?fired unit，low NOχcoaxial denitration technology of the com?bustion system and selective catalytic reduction technology are adopted.This paper studys that themeasures for reduction of NOχemis?sion by experiment，it has favorable effect through the actual operation.The results of experiment show that themeasures can achieve the aim of low generating costs.The selective catalytic reduction denitration efficiency is discussed and this paper provides a reference for similar units.

Low NOχburner；SCR；1 000 MW

TK223.2

A

1004-7913（2015）07-0044-03

李 京（1986—），男，學士，工程師，主要從事集控運行工作。

2015-02-05）