1 000 MW機組啟動期間NOx控制方法探討與應用

馬建華，楊軼文，曹 軍，徐少峰，周篤毅

(上海上電漕涇發電有限公司，上海 201507)

1 000 MW機組啟動期間NOx控制方法探討與應用

馬建華，楊軼文，曹 軍，徐少峰，周篤毅

(上海上電漕涇發電有限公司，上海 201507)

隨著脫硝設備及技術推廣，燃煤電廠NOx控制在機組正常運行階段已完全能滿足環保部門要求，但在機組啟動階段(并網初期)，由于鍋爐工況限制，NOx排放會超過排放標準。介紹了在現有設備情況下，運用運行調節手段，降低機組啟動階段NOx排放的措施。

超超臨界機組；NOx控制；寬負荷脫硝

上海上電漕涇發電有限公司2×1 000 MW超超臨界鍋爐采用塔式直流鍋爐。煤粉燃燒器采用APBG公司引進的低NOx同軸燃燒系統(LNTFSTM)。脫硝部分采用選擇性催化還原技術(Selective Catalytic Reduction , 簡稱SCR)，SCR催化劑由之前三層板式改為現在的二層蜂窩式。1、2號機組分別在2015年的1B02等級檢修期間和2014年的2B02等級檢修期間進行了“超低排放”技術改造，改造之后機組正常運行中，二氧化硫、氮氧化物、粉塵排放濃度分別控制在35 mg/Nm3、50 mg/Nm3、5 mg/Nm3之內，達到燃氣機組的排放水平，低于現行排放標準。伺候通過對啟動階段NOx超標原因分析，從運行調整入手，實現機組自并網起實現NOx“超低排放”。

1 機組啟動階段NOx排放情況及超標原因分析

1.1 NOx的產生機理

在煤粉燃燒的過程中，NOx的生成量特別是排放量與燃燒的溫度和燃燒區的過量空氣系數密切相關，根據形成的條件不同大致可以分為燃料型、熱力型、快速型三大類。

(1)燃料型NOx

燃料型NOx即為燃燒原料中含有的氮化合物與氧氣反應結合生成的NOx，據統計，燃料型NOx在NOx排放總量中所占的比例為75%以上。而影響燃料型NOx生成量的因素主要有兩點：燃煤本質特性及燃燒過程中的過量空氣系數。

(2)熱力型NOx

熱力型NOx主要是由空氣中的N2與O2反應產生，反應發生的必要條件是高溫，隨著溫度的升高，熱力型NOx的生成量會以幾何倍數規律增長，而影響熱力型NOx生成量的主要因素則是煤粉在爐內的停留時間和爐內的N2濃度有關。

(3)快速型NOx

燃料中的CH原子團撞擊N2，產生CN化合物，CN化合物與O2進一步反應產生的NOx即為快速型NOx，這個反應較快，故稱之為快速型NOx。但是快速型NOx在燃煤產生的NOx總量里占據很少比例。

1.2 機組啟動階段NOx排放情況

表1為2016年6月20日2號爐冷態啟動期間NOx排放情況，數據來源為環保網站上相關CEMS數據小時均值。

表1 2號爐冷態啟動期間NOx排放情況

從表1可見，2016年6月20日，2號爐冷態啟動期間，機組并網初期三個小時，沒有達到超凈排放標準。

2016年9月1日起上海市環保局對NOx排放將實施更嚴格的考核標準：機組啟動過程NOx(6%O2)<50 mg/Nm3。假如折算NOx超考核標準50%(即75 mg/Nm3)，取消超凈排放電價優惠。假如折算NOx超考核標準100%(即100 mg/Nm3)，對超標企業進行扣罰、且通報批評。

1.3 鍋爐燃燒特性對NOx排放超標的影響

在不考慮SCR裝置作用的條件下，NOx在鍋爐中產生的數量與鍋爐內的過?？諝庀禂涤兄苯拥年P系。一方面過剩空氣系數越大，則煙氣中含氧量越高，爐膛內氧化性氣氛越嚴重，氮化合物易被氧化形成NOx。另一方面NOx排放數據按照6%煙氣氧量進行折算(折算值=測量值×15/(21-O2))，當氧量大于6%時，環保局考核的折算值將大于測量值，而隨著氧量進一步上升，根據折算公式，折算值將快速升高，甚至數倍于測量值。如果并網后要排放達標，不同氧量下的排放實測值限額見表2。氧量過大，不僅大量生成NOx引起環保超標，另外折算倍率越大，也不利于排放達標。

在機組正常運行階段，氧量一般控制在3%左右，燃料量與風量比例控制合理，折算值將小于測量值，SCR進口NOx折算值一般在150～200 mg/Nm3間，經SCR處理后，煙氣中的NOx折算值一般被控制在20 mg/Nm3左右，完全符合排放要求。而在機組啟動初期，由于火電機組運行特性，燃料量很小，而相對的風量卻較大，造成了煙氣中氧量極大，并網初期一般達到10%，按照折算公式，折算值將是測量值的1.36倍，所以如不采取有效地運行控制手段，在并網初期，根據以往的運行情況，NOx排放折算值會接近400～600 mg/Nm3。

表2 超低排放改造后氧量折算表

1.4 SCR裝置催化劑溫度要求的影響

對SCR裝置催化劑，按照廠家給出的允許工作溫度為320～450℃，上電漕涇SCR投用條件為SCR進口煙溫大于310℃，而機組并網初期由于燃燒率不足，之前SCR進口煙溫一般僅維持在210～240℃左右，按之前的運行方式需經3個多小時的加負荷過程，方能達到310℃以上，而在此之前無法投用SCR，NOx數值都將處于超標狀態。

綜合上述兩方面因素，造成了上電漕涇機組啟動并網初期NOx排放值大于50 mg/Nm3。

2 減少NOx生成及提前SCR投運的手段

通過前期調研，對低溫投SCR 的危害性進行了分析，再結合上電漕涇設備實際情況目前設定了SCR投入條件為進口溫度必須大于280℃，該溫度調整經過遠達催化劑公司審核確認。另外SCR 投入后，在3小時內加負荷將煙溫提高到305℃以上(遠達催化劑公司要求12小時內)。進一步優化運行調整操作，實現機組啟動階段折算NOx控在小于50 mg/Nm3之內。

2.1 機組啟動前合理選煤

根據經驗一般選取低氮化合物、高熱值、高揮發份煤種。推薦：熱值大于5 500大卡、含硫0.3%(參考)、揮發份28%神木煤，可以滿足機組啟動要求。

2.2 提高給水溫度

概況:機組啟動過程中提高給水溫度，給水在省煤器中吸收的熱量就會減少，這樣就使鍋爐的排煙溫度得到提高。因此寬負荷脫硝是否能正常及時投用，給水溫度是否能提高到一定水平就成了關鍵的因素。要求在機組并網前給水溫度要>200℃。漕涇電廠1、2號機為1 000 MW機組，1號機在7月10日～11日啟動中由于提高了給水溫度，使寬負荷脫硝得以正常及時的投用，取得了良好效果。

2016年7月10日20：17分1號爐點火；22：50分程控啟動走步；7月11日0:17分360 r/min低速暖機；3：56分程控轉速釋放沖3 000 r/min；4：01分汽輪機全速發電機并網；4：40分高旁轉為“B”模式；DEH轉為“2”初壓模式。

(1)提高除氧器溫度

機組啟動過程中在輔汽允許情況下盡可能的提高除氧器溫度，除氧器溫度保持在130℃以上為宜，盡可能取高限。除氧器水溫的提高有利于減少2號高加給水的進出口溫差、有利于高加水位的穩定，防止了高加水位波動引起的水位保護動作，高加跳閘。除氧器溫度的提高還降低了除氧器的含氧量。從7月10日20：00鍋爐點火-11日4：01分機組并網期間，除氧器平均水溫保持在較高水平。

(2)根據機組啟動需求重新設定高旁后溫度

高旁后溫度原自動設定值為380℃可適當降低，這樣就滿足了冷再向輔汽母管供汽的要求。當本機冷再蒸汽溫度接近輔汽正常運行溫度時，可向輔汽母管供汽(投用前注意充分疏水)，注意輔汽母管溫度控制在300℃～330℃之間，這樣就保證了除氧器有足夠的加熱汽源，對提高除氧器溫度非常有利。并注意1、2機的軸封汽溫度正常。機組負荷80～100 MW高加已全部正常投用后，逐步停用本機供輔汽。因為這時冷再溫度不能滿足向輔汽母管供汽的要求。本機冷再向輔汽母管供汽減少了凝汽器的冷源損失(否則這些蒸汽將通過低旁進入凝汽器)，這些蒸汽可供本機的除氧器的加熱、小機的驅動汽源、大小機的軸封汽源。提高了機組啟動的經濟性。

(3)盡早投運本機冷再自供輔汽

鍋爐啟動升溫升壓過程中滿足冷再蒸汽溫度后將輔汽母管汽源平穩切至冷再供本機供應，如供輔汽調門滿足投自動的條件時應投自動,如不滿足則手動調節，注意保證再熱器有足夠的冷卻蒸汽，啟動中一級再熱管壁溫度控制在正常范圍內。1、2號機都要加強對輔汽母管壓力、溫度的監視。

(4)采取措施確保2號高加的正常、安全、穩定運行

啟動過程中除氧器水溫處于較高的水平，是保證2號高加正常、安全、穩定運行的基礎。針對2號高加邏輯在啟動時不合適的部分作了修改，保證了2號高加的水位穩定，防止了水位不正常引起的高加跳閘：

2號高加向凝汽器危急疏水調門邏輯：水位30 mm調節開；88 mm保護開；-50 mm保護關。

2號高加向除氧器危急疏水調門邏輯：水位48 mm調節開；58 mm保護開；-50 mm保護關。

上述兩疏水調門邏輯只適合機組正常運行中高加水位保護，不適合啟動中疏水調門的自動調節。高加水位138 mm延時30 s高加汽側切除；188 mm整列高加水側切除。

為保證啟動過程中為了滿足2號高加水位正常調節，可以采取以下措施：手動將2號高加向凝汽器危疏調門、除氧器危疏調門疏水水位設定值降低。當高加汽側壓力較低時，向凝汽器調門投自動，水位按設定值基準調節，向除氧器危疏水調門放手動，高加水位保護開功能不變。當高加汽側壓力滿足向除氧器疏水要求時，向除氧器危疏調門投自動，水位以按設定值基準調節，向凝汽器疏水調門放手動，高加水位保護開功能不變。

(5)2號高加投入的注意事項

2號高加進汽門手動調節在合適開度，保證高加的溫升在合理范圍內，保證高加運行的安全性。

7月10日22：00分冷再壓力0.3 MPa投入2號高加，向凝汽器危疏水調門投自動疏水向凝汽器、向除氧器危疏水調門投手動。隨著冷再壓力升高，當2號高加汽側壓力達到1.0 MPa時，向除氧器危疏水調門投自動疏水向除氧器、向凝汽器危疏水調門投手動。及時將2號高加疏水切至向除氧器有利于熱量回收，減少了凝汽器的冷源損失，提高了機組啟動的效率。

保持通過高加水側的給水流量穩定有利于2號高加的水位穩定，切忌給水流量大起大落，給水流量波動將引起高加水位的波動，若流量波動大將引起高加水位保護動作高加跳閘。

7月10日22：00分2號高加投入至4：01并網：2號高加水位基本穩定，未出現由于水位原因引起的高加跳閘發生。2號高加進水平均溫度為146℃、出水溫度平均為212℃、高加平均溫升為66℃。

2.3 減少省煤器吸熱

(1)利用啟循泵減少省煤器吸熱

上電漕涇每臺鍋爐為回收機組啟動期間熱量，在分疏箱下部安裝有一臺啟循泵。機組啟動期間投運啟循泵，將分疏箱內的熱水通過啟循泵打入省煤器進口，提高省煤器進口水溫，從而減少省煤器吸熱，提升SCR進口煙溫。啟循泵投運后，省煤器進口水溫由212.7℃，提升到246.7℃，提升了34℃。從而提高了SCR進口煙溫。

(2)利用寬負荷脫硝系統減少省煤器吸熱

上電漕涇二臺鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設計制造的1 000 MW超超臨界、一次再熱、平衡通風、直流塔式鍋爐。利用機組等級檢修機會，在省煤器進出水母管增加旁路，減少省煤器的水量，省煤器的出口水溫提高，降低了省煤器的換熱溫差，減少對流換熱量，提高省煤器出口煙氣溫度(俗稱寬負荷脫硝系統)，實現了機組負荷在40%時仍能正常投運SCR，從而確保煙囪50米處NOx控50 mg/Nm3之內。

上電漕涇在2016年7月11日，1號爐冷態啟動期間，3：29，寬負荷脫硝系統投入(即并網前半小時)，從而減少省煤器吸熱。

寬負荷脫硝系統投運前狀態(3：29)：1)雙磨1B/1C=55/56t/h+八根微油槍；2)高加出口給水壓力13.3 MPa，而省煤器出口水壓僅為9.5 MPa；3)高加出口給水溫度209℃，省煤器進口水溫208℃，省煤器出口流量計下方水溫222℃，省煤器出口下降母管水溫263℃，省煤器出口壓力下保護溫度295℃，SCR進口煙溫=267℃；4)高加出口給水流量1 100 t/h，省煤器進口流量254 t/h，省煤器出口流量1 096 t/h。寬負荷流量374 t/h，省煤器旁路/進水調節門22.07%。

2.4 磨煤機運行方式優化

上電漕涇每臺鍋爐配有六臺中速磨煤機(北京電力設備總廠生產的ZGM133G型磨煤機)。在磨煤機B八根一次風噴嘴處裝有八根微油槍。六臺磨煤機的中間輔助風噴嘴處設有輕油槍。為此，鍋爐點火之后，首臺啟動磨上電漕涇是磨煤機B。之前為確保汽機沖轉時主汽溫和再汽溫控410℃左右，第二臺啟動磨選擇磨煤機A。而本次啟動為提高SCR進口煙溫，第二臺啟動磨選擇磨煤機C，這樣可適當提高爐膛火焰中心位置，從而提高SCR進口煙溫。

2.5 其他輔助手段

2.5.1 降低二次風量，減少NOx生成

啟動階段鍋爐燃料量很小，而相應的二次風量較大，風煤比相比鍋爐正常運行中大得多。二次風量受制于鍋爐最小風量的限制(總風量小于25%，鍋爐觸發MFT )，為此，運行人員往往憑經驗將風量控制在遠大于25%值上，以取得心理上的安全感。從而造成NOx生成量相對較大。

在機組啟動期間，為降低NOx生成，上電漕涇在機組啟動期間將二次風量控制由之前的900 t/h，改為850 t/h。本次啟動，二次風量控34%(見表3、表4)。

表3 上電漕涇正常情況下，風量按下列數據進行控制

表4 為了降低機組并網后NOx，現已改成按如下數據進行控制

2.5.2 利用SOFA風擋板，減少爐膛內氧化性氣氛

上電漕涇二臺鍋爐煤粉燃燒器采用APBG公司引進的低NOx同軸燃燒系統(LNTFSTM)。它一共設有12層煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(周界風)。燃燒器風箱分成獨立4組，下面3組風箱各有4層煤粉噴嘴，對應2臺磨煤機，在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層燃油輔助風噴嘴。每相鄰2層煤粉噴嘴上方布置了1個組合噴嘴，其中預置水平偏角的輔助風噴嘴(CFS)和直吹風噴嘴各占約50%出口流通面積。最上面1組風箱為SOFA風箱。具體見圖1、圖2。

圖1 燃燒器組布置圖

圖2 單組燃燒器結構圖

為降低啟動期間NOx生成，上電漕涇對鍋爐燃燒器配風系統進行操作優化調整。之前機組啟動期間，受制于大風箱差壓控制(考慮保持二次風大風箱差壓，即送風剛性，一般不予投用SOFA風擋板)，SOFA風就算開啟，開度也不大。

作為低氮燃燒的重要組成，嘗試在啟動階段全開六層SOFA風擋板，并適度關小非運行磨的輔助風和燃料風擋板。(見表5、表6)

表5 上電漕涇正常情況下，風箱差壓控制情況

表6 為了降低啟動期間NOx，現已改成按如下數據進行控制

六層SOFA風擋板全開，大風箱差壓為0.071 kPa，除運行磨B外的所有輔助風和燃料風均關小，從而降低NOx生成。

2.5.3 提高汽機沖轉參數，延長升溫升壓時間，提升并網前煙氣溫度

按現行的環保考核方式，是從機組并網后開始計量NOx數據進行考核，并網前雖有NOx數據但不進行考核，所以如能提升并網時煙氣溫度，使機組并網時SCR進口煙溫已滿足投入條件，就可實現NOx控制。上電漕涇汽機沖轉時主汽溫和再汽溫由之前的410℃，提升到430℃，并適當延長升溫升壓時間，從而盡可能提升SCR進口煙溫。

2.5.4 優化SCR投運條件

根據SCR裝置制造廠提供的數據，再結合實際情況本次機組冷態啟動采用當SCR進口煙溫≥280℃時，才可手動控噴氨調節門，最大≯5%，且手控時間≯3小時。

2016年7月11日，3：45，即1#號機組并網之前的16分鐘，上電漕涇1#號爐開始手動噴氨時的SCR進口煙溫已達295-298℃，手動噴氨量控38 m3/h，此時的煙囪50米處NOx(即FGD后NOx)131.6 mg/Nm3。至1#號機組并網時(4:01并網)，煙囪50 m處NOx(即FGD后NOx)已降至小于50 mg/Nm3。

3 優化啟動階段運行方式后所取得的實際效果

3.1 優化啟動階段運行方式

(1)充分利用2#號高加，提高給水溫度；

(2)利用寬負荷脫硝系統和啟循泵運行，減少省煤器吸熱；

(3)優化磨煤機運行方式；

(4)降低二次風量，減少NOx生成；

(5)充分利用六層SOFA風擋板，使鍋爐燃燒區欠氧燃燒，減少NOx生成；

(6)提高汽機沖轉參數，延長升溫升壓時間；

(7)優化SCR投運條件。

3.2 運用效果

經過不斷地總結摸索，上述運行方式優化手段在機組啟動階段已逐漸成熟，機組啟動期間的NOx排放折算值控在50 mg/Nm3之內。表7為2016年7月11日，1號爐冷態啟動期間NOx排放情況，數據來源為環保網站上相關CEMS數據小時均值：

本次鍋爐冷態啟動，從機組并網起NOx排放折算值就已控在50 mg/Nm3之內，沒有任何超標，取得了明顯的效果?，F正已在上電股份有限公司內部作為樣板進行推廣。

表7 1號機組冷態啟動期間NOx排放情況

4 運行調整中的注意事項

(1)寬負荷脫硝系統流量控制

在機組正常運行期間的40%負荷段，高加出口給水壓力與省煤器出口水壓二者差值僅為0.2 MPa左右。而在機組啟動期間高加出口給水壓力達13.3 MPa，而省煤器出口壓力最高僅為9.5 MPa，二者差壓最起碼有3.8 MPa。一旦寬負荷脫硝系統流量失控，極易誘發因省煤器內水量過小，逐步汽化設備損壞事件。因此，控好機組啟動期間寬負荷脫硝系統流量是防止寬負荷脫硝系統跳閘主要手段(上電漕涇寬負荷脫硝系統保護設有：省煤器出口水溫欠焓<8℃，省煤器旁路/進水調節門強制關閉)，從而可避免MFT發生。

(2)防止啟循泵跳閘

上電漕涇設有最低給水流量，MFT觸發值為777 t/h。為此，在機組啟動期間必須監視好分疏箱水位(分疏箱水位低于2 m，啟循泵跳閘)。因為啟動初期為回收熱量，高加出口給水流量控300～600 t/h左右，啟循泵出口流量控350～600 t/h左右，從而確保省煤器出口流量控850～1 200 t/h，假如發生啟循泵跳閘，極易誘發MFT。

(本文編輯：楊林青)

Application of NoxComtrol Oluring the Start-up Period of 1 000 MW Unit

MA Jian-hua, YANG Yi-wen, CAO Jun, XU Shao-feng, ZHOU Du-yin

(Shanghai ShangDia Caojing Power Generation Co., Ltd., Shanghai 201507, China)

With the extension of denitration equipment and techuology, NOxcontrol of cool-fired plants has met the reguirments of enviromental protection department during the normal operation of the unit. But at the start-up stage (early in gird-connectiong-period), NOxemissions will exceed the stand and due to the limitation of boiler operating conolitions. The measures inthe case of existing equipment to reduce NOxemissions in the start-up process of units were intruduced.

ultra-super critical unit, NOxcontrol, wide-rangede-NOx

10.11973/dlyny201606021

馬建華，男，從事發電企業節能減排工作。

X701

B

2095-1256(2016)06-0762-06

2016-11-03