中低負荷下1000MW機組氮氧化物超低排放調整策略

摘 要：燃煤機組中氮氧化物的生成抑制機制與鍋爐理想燃燒理論相悖[1]，這一問題在機組中低負荷工況下顯得更加突出。在環保部門要求的不斷提高和降低運營成本的共同壓力下，如何在機組深度調峰狀態下既能實現氮氧化物的超低排放、又可以確保機組健康穩定運行已經尤為重要。本文針對在中低負荷下氮氧化物超低排放的控制方式進行深入分析研究，并給出有效合理的控制策略，這對提高機組的脫銷運行安全經濟性有著顯著的現實意義。

關鍵詞：氮氧化物；超低排放；中低負荷；調整策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.013

1 引言

伴隨著最新的《全面實施燃煤電廠的超低排放和節能措施》的發布[2]，要求在2020年前我國火電機組氮氧化物的生成量在現有的基礎上，相比之前的排放限值降低50%。可以推測未來國家將會對燃煤機組的環保指標有著更高的要求。而近年來在我國逐步進入經濟新常態發展、眾多大型火力發電廠集中建成投產和全社會用電量下降等多種因素共同作用下，燃煤機組的可利用小時數正在逐年降低，燃煤機組將持續中低負荷運行的狀態。

對于燃煤機組脫硝設備而言，在機組中低負荷運行條件下氮氧化物生成量較高。如果盡可能降低爐膛氧量，雖然有利于抑制氮氧化物的生成，但過度的調整又會引起爐膛不穩定燃燒、氣溫大幅波動等不利條件，造成不完全燃燒損失和其他潛在危險。所以氧量的控制調整必須平衡考慮多方面因素。筆者對此查閱了相關資料文獻，對中低負荷導致脫硝控制問題進入了深入分析，并提出了在機組運行中、低負荷下對鍋爐及脫硝設備進行控制調整方法。

2 研究對象

本文選取大型燃煤機組為代表，以靖海電廠某臺百萬機組配套的超超臨界、單爐膛、固態排渣、對沖燃燒、DG3033/26.15-Ⅱ1 型變壓直流爐為研究對象。如圖1所示，該鍋爐所配套脫硝設備使用高濃度含塵方式裝配，配備雙組SCR選擇性還原反應器。氨區蒸汽與冷一次風支管完全融合后，勻稱的向催化劑層噴入稀釋的氨氣。在催化劑層對應的位置各配置四臺吹灰槍，工作氣源來自于主汽支路及輔助蒸汽，用于吹掉各層催化劑表面的積灰。

3 中、低負荷下氮氧化物的生成分析

表1為靖海電廠#3機組脫硝設備在不同負荷的運行工況下，爐膛出口氮氧化物濃度、煙筒出口氮氧化物濃度、氨投入量的相關數據。在此圖可以發現，在SCR出口NOx濃度一致的情況下，機組在中低負荷運行時省煤器出口的氮氧化物濃度較高，要求投入的氨也逐步提高；機組滿負荷運行時氮氧化物的生成明顯降低，需要投入的氨量也有所降低。由此可以得出結論，邊際負荷噴氨量隨著負荷的降低而逐漸增加。

4 中、低負荷下脫銷超低排放調整措施

4.1 制粉系統的運行組合優化

不同的制粉系統運行組合方式直接影響氮氧化物的生成[3]，尤其在中、低負荷下這一情況更為明顯。由于各層燃燒器供給的煤粉減少、濃度降低，這將導致煤量和空氣的混合程度增大，造成富氧燃燒，將引起NOx的產生。當#3機組負荷穩定在400MW，保持中下層三臺磨煤機運行，各項參數均處在穩定狀態，隨后開啟一臺上層磨煤機，脫銷入口NOx參數立即快速上升并保持在高值。由此可知，在中低負荷時具備停磨條件的工況下，及時停運上層磨對降低脫銷入口NOx有明顯作用。在保證機組運行安全和燃料量供給正常、單臺磨煤機運行參數不超限的范圍內，應盡量減少中上層磨煤機的運行數量和運行出力，下調中、低層的二次風量。

除此之外，已經停運的制粉系統應盡快關閉其所有風門擋板，防止由于制粉系統未及時停運而帶來的多余風量，造成入口NOx激增的情況。應確保主、再熱氣溫、氣壓正常和磨煤機的正常運轉前提下，視情況下調工作磨煤機入口的一次風的風壓和風量、風溫，適時提前加大噴氨量。另外應降低空氣分級程度，降低爐內風與粉的混合速度、降低燃燒初期氧濃度，采用各類手段、方式抑制氮氧化物的形成。根據不同的煤種的化學特性，采用調整動態分離器等手段控制煤粉細度，力爭在燃燒前期燃煤能夠快速分散、揮發和消耗大量氧份。調整操作時應注意堵磨、跳磨、過熱面超溫、尾部煙道煙溫過高的等安全問題。

4.2 控制爐膛過剩空氣系數

爐膛過量空氣系數與爐膛的氧量息息相關，當爐膛氧量升高時，脫銷入口的氮氧化物生成量將大幅升高。在機組高負荷運行時，由于風機出力、空預器堵塞等情況造成氧量偏低，若進一步減少風量的很容易引起鍋爐不完全燃燒損失，甚至導致負荷限高。在中低負荷時由于爐膛氧量普遍較高，此時SCR入口NOx含量會大大升高。因此盡可能的下調爐膛氧量，有利于NOx的減少。

但是，氧量不能無限制的減少，操作時應顧及鍋爐、汽機等各項主參數穩定，防止爐膛滅火、風機喘振等問題出現，同時應保留一定的調節裕度。通過大量數據可以證實，針對與相同負荷下爐膛過量空氣系數對脫銷的作用情況，在中低負荷下爐膛出口氧量每下降1%可以調節19%氮氧化物的生成。

4.3 其他策略

（1）中低負荷下應嚴格執行規定的吹灰頻率和次數，避免結焦積灰，保持受熱面干凈整潔。如吹灰器單個或多個故障應盡快處理，避免長時間不吹造成局部積灰嚴重。

（2）及時關注入爐煤質變化。揮發分含量較高的燃煤經過燃燒形成的氮氧化物單位含量越低[4]。應積極開展燃煤混配工作，恰當的提高印尼煤的比重以調整氮氧化物的排放濃度。但印尼煤等高揮發性煤會引起易燃、易爆等安全故障，直接關系到制粉系統的安全穩定運行，應平衡安全性與經濟性。

（3）中、低負荷下脫硝系統自動調節不及時，容易造成NOx超標。而在增負荷時，由于系統二次風量加大，可能疊加一臺制粉系統的風量，造成過量空氣系數變大引起超標。因此必要時應手動操作噴氨量進行干預，從而保證煙囪出口的氮氧化物含量不超標。

（4）在機組減負荷時，為防止NOx超標。應避免將送風機打到手動模式，在再熱氣溫可控的前提下，減少二次風量以降低過量空氣系數，同時保持燃盡風門開度。

5 結論

筆者針對靖海電廠#3機組鍋爐以及其配套的SCR脫硝處理裝置在中、低不同負荷下氮氧化物的生成情況進行了研究，對各種要素對氮氧化物的影響開展了分析并提出了應對方法，得出了以下結論：

（1）通過合理運行的調節，在中、低負荷機組脫硝進、出口NOx含量、噴氨量等能夠得到有效控制。

（2）鍋爐調整在控制NOx同時可能造成其他參數如穩定燃燒、燃燒效率、排煙溫度、煤耗等經濟性指標惡化，運行中應綜合考慮所有因素，應盡量尋找平衡點，避免顧此失彼，以達到最佳效果。

由于實際工況條件的限制，并未做更大幅度的相關試驗。但根據觀察，只要運行人員及時干預，進行針對性調整，那么可在中低負荷工況以及變負荷工況下，控制好NOx的排放值在規定要求內。

參考文獻：

[1]胡志宏，郝衛東，薛美盛，王軍.1000MW超超臨界燃煤鍋爐燃燒與NOx排放特性試驗研究[J].機械工程學報，2010（04）.

[2]中華人民共和國國家環境保護總局.GB13223-2011.火電廠大氣污染排放標準[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3]曾漢才.大型鍋爐高效低NOx燃燒技術的研究[J].鍋爐制造，2001（01）.

[4]馬斌.大型超臨界、超超臨界鍋爐低燃燒系統研究[D].杭州：浙江大學，2007.

作者簡介：于宗平（1986-），男，吉林人，碩士，助理工程師，主要從事集控運行工作。