華潤海豐電廠NOx排放控制分析

(華潤電力海豐電廠　廣東　汕尾　516600)

氮氧化物(NOx)是一種危害人體健康、對環境有害的污染物，它主是煤中的氮化合物在高溫燃燒過種中與氧氣結合所生成的。NOx作為燃煤鍋爐重要的污染物排放種類之一，在現階段大力推進節能減排、低碳環保的趨勢下控制NOx的生成量顯得尤為重要。

一、NOx產生機理分析

煤粉在鍋爐中燃燒會生成NOx，其中一氧化氮占90%以上，二氧化氮占10%左右。NOx的生成主要有三種不同的方式。一是由于空氣中的氮分子在高溫下與氧結合而生成的熱力型NOx，O+N2→NO+N，N+O2→NO+O，占總氧氮化物的20%左右，影響的主要因素是溫度、過量空氣系數和停留時間。二是快速型，空氣中的氮和燃料中的C、H發生反應而生成，其生成率比較少，一般不予考慮。三是燃料型，是燃料中的氮化物在燃燒時氧化而生成的的，占總氧氮化物的75%左右，主要影響因素為燃料揮發分含量及過量空氣系數大小。

根據上述三種NOx生成原因分析，針對煤粉爐，可以通過降低燃燒溫度、降低含氧濃度、縮短煙氣在高溫區停留時長等幾個方面來控制。

二、海豐電廠控制NOx排放主要手段

1.華潤海豐電廠2*1000MW國產超超臨界燃燒機組，建設是按照國家淘汰能耗高、污染大的小火電機組，建設大型高效、清潔的機組等條件下建設的。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進三菱重工技術設計制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、反向雙切圓直流鍋爐。該爐型采用8角MHI反向切圓燃燒方式，爐內熱負荷和溫度場分配飽滿均勻，單只燃燒器承擔的熱功率較小，避免局部產生高溫。

2.該鍋爐采用低氮燃燒器，共6層，燃料在爐膛主燃燒區過量空氣系數較低，有利于控制燃燒溫度，燃燒的過程中部分NOx被還原成為NH3等。該燃燒器一、二次風噴嘴可以上下擺動，以此來改變燃燒中心位置，并且噴燃器擺角與A-A這風盡量拉開距離，充分建立還原性氣氛，樣爐膛沿高度可劃分為燃燒區，中間為還原區，最后為燃盡區，這種分層燃燒大大降低了NOx生成量，滿足了SCR裝置的出力要求。

3.為了達到更高的排放標準，保護環境，現在大型煤粉爐在采取了上述措施后，還多采用爐后煙氣脫硝技術，海豐電廠即采用了選擇性催化還原技術(SCR)，在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOx還原成N2和H2O，在運用了一系列的技術措施后NOx達到了超低排放的標準。

表1　燃煤鍋爐NOx排放濃度限值對比　　單位：mg/m3

三、實際運行工況應對

海豐電廠設計煤種為鄂爾多斯煙煤，揮發份Vdaf為30%，低位發熱量為4797Kca/kg，機組在BMCR工況下可滿足NOx超低排放標準。但機組在實際運營中，摻燒了大比例的印尼煤、澳煤等煤種，這些煤種揮發份遠高于30%，因此給機組排放限值帶來了很大挑戰。并且在鍋爐低負荷、快速變工況操作等特殊工況中，都是運行人員需關注的重點，需采取一系列的運行措施來保證排放標準。

(一)SCR入口增加高溫旁路煙道

因省煤器出口煙溫(SCR裝置入口煙溫)隨機組負荷而變化，且排煙溫度越低越能獲得較高鍋爐效率，當煙溫低于310℃時，脫硝系統因煙溫低即不能正常投入。為解決低負荷時脫硝裝置入口煙溫低的問題，海豐電廠對脫硝裝置入口煙道進行了改造，在低溫過熱器之前的豎井煙道與省煤器出口水平煙道之間增加高溫旁路煙道，低負荷階段，在脫硝裝置入口煙溫低于310℃時，開啟旁路煙道調整擋板，節流省煤器出口主煙道擋板，調節SCR裝置入口煙溫，以滿足不同負荷下脫硝系統投入的需要。這一措施，使機組在350MW的低負荷工況下依然能夠滿足排放標準的要求。

(二)機組協調控制脫硝優化

現今火電機組都實行了CCS協調控制，由于受控對象的復雜性、滯后性、非線性等因素影響，在AGC(自動發電控制)變負荷速率較大工況下，脫硝系統無法快速響應，導致排放濃度波動，調節滯后。

海豐電廠通過多次試驗及仿真，與相關公司投運了采用基于預測控制技術、先進模糊前饋技術的噴氨控制策略。該SCR脫硝優化系統，不改變機組DCS原有控制功能，由運行人員來判斷和控制。系統投用后，當機組負荷變化時，SCR出口NOx動態偏差控制在±15mg/m3，極大降低了排放指標超限風險，節省了噴氨量，降低了氨逃逸系數。

(三)變工況控制及磨組啟停配合

由于我廠鍋爐采用了空氣分級技術，在距F層煤粉噴嘴中心線上方7.2m處布置有四層附加燃盡風噴嘴，使得燃燒區域的各二次總風量降低，通過這樣降低了燃燒區域過量空氣系數，增加了燃盡區域氧氣供給，從而多方控制NOx的形成幾率，達到降低NOx的目的。

在日常的升負荷過程中，啟動磨煤機(尤其上層磨煤機)時，由于大量的一次風進入爐膛，會造成鍋爐氧量在短時間內快速增大，進而造成脫硝入口NOx濃度也大幅度上升。這就要求在啟動磨煤機過程中，冷熱一次風門的調節速度應緩慢穩定，保證一次風量、鍋爐總風量不會陡然增加，當出現脫硝入口NOx濃度大幅度快速上漲時，不應再繼續開大風門，待調節穩定之后方可繼續操作。

在連續降負荷過程中，由于燃燒區域氧濃度偏高，變工況下風煤比失調，當燃料量降低后，風量跟蹤調整滯后，主燃燒區域氧濃度進一步升高，則會導致NOx大量生成，通過適當關小運行磨組的二次風門，降低燃燒區域的氧量，適當開大燃盡風風門，采用倒三角的配風方式，保證燃燒區域的還原性氛圍，可以大大降低NOx的生成。

在日常負荷運行中，可盡量維持下層磨組投運，使火焰中心下移，則燃料燃盡區域增大，在相同負荷情況下，可以減少SCR噴氨量，這對防止空預器堵塞也有良好的實際意義。

(四)總結

隨著我國經濟的發展，民眾對環保、綠色健康的要求越來越高，特別是習近平總書記提出：青山綠水，就是金山銀山，舉國上下的環保理念以及對環保的重視程度也達到了一個全新的高度。華潤海豐電廠地處深汕合作區，做為廣東省首家實現超潔爭排放的百萬電廠，在環保控制及環保投入上不遺余力，在運營生產中，也秉承清潔、環保、節能、卓越的一貫理念，時刻應對新的社會需求。