爐內(nèi)NOx生成與飛灰含碳平衡控制

劉興芳 陽 斌 王文科 向若琳

（華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司，江西萍鄉(xiāng)337016）

0 引言

某廠#2機(jī)組采用660 MW超超臨界鍋爐，為超超臨界參數(shù)，二次中間再熱，變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、低NOx水平濃淡燃燒器和分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)，露天布置、干排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，∏型鍋爐。

機(jī)組自投產(chǎn)以來，SCR進(jìn)口NOx及飛灰含碳相比同類型鍋爐表現(xiàn)不佳。針對上述問題，通過研究調(diào)整控制理念，采用NOx生成及飛灰含碳在線自動控制系統(tǒng)，以更切近實(shí)際的控制模式，實(shí)現(xiàn)了燃燒控制系統(tǒng)升級換代。

1 改造前機(jī)組運(yùn)行情況

投運(yùn)前三個月月度平均飛灰含碳數(shù)據(jù)如表1所示，5月數(shù)據(jù)在同類機(jī)組中屬較好水準(zhǔn)，但這是以SCR入口NOx偏高及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)的。鍋爐的NOx、飛灰含碳在調(diào)整手段及幅度上正好相反，單個參數(shù)的調(diào)節(jié)控制很容易實(shí)現(xiàn)，兩個參數(shù)同時(shí)調(diào)節(jié)控制在相對較好的水平則比較困難，經(jīng)常會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象。

表1 #2機(jī)組改造前飛灰含碳月度統(tǒng)計(jì)

在進(jìn)行燃燒控制系統(tǒng)改造前，#2機(jī)組SCR入口NOx由運(yùn)行人員手動控制調(diào)節(jié)，負(fù)荷變化、啟停磨煤機(jī)等擾動均需人工干預(yù)，平均水平310 mg/Nm3，較機(jī)組設(shè)計(jì)值高出30%。由此導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)噴氨量處于一個較高水平，曾經(jīng)出現(xiàn)明顯的空預(yù)器堵塞現(xiàn)象。圖1為改造前SCR入口NOx歷史趨勢。

圖1 改造前SCR入口NOx歷史趨勢

2 改造技術(shù)路線

采用飛灰含碳及NOx生成自動控制系統(tǒng)，包括新型制粉控制系統(tǒng)、一次風(fēng)控制系統(tǒng)、二次風(fēng)控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)控制目標(biāo)確定為：控制飛灰含碳損失；降低SCR前NOx排放；在保證飛灰含碳損失及NOx排放可控基礎(chǔ)上降低排煙損失及送、引風(fēng)機(jī)功耗。

2.1 降低飛灰含碳

飛灰含碳損失主要與燃料在爐內(nèi)燃程長短、爐內(nèi)供氧程度相關(guān)。

影響燃料在爐內(nèi)燃程的因素有燃煤揮發(fā)分、煤粉細(xì)度、風(fēng)粉混合物溫度、一次風(fēng)風(fēng)速及爐內(nèi)主燃燒區(qū)域溫度。拉長燃料在爐內(nèi)燃程，則燃燒相對充分，飛灰含碳損失相應(yīng)減小。具體技術(shù)手段上考慮：

（1）盡量維持較高的磨煤機(jī)出口溫度。

（2）煤粉細(xì)度盡可能降低。

（3）在控制磨煤機(jī)出口溫度的基礎(chǔ)上盡量降低單磨風(fēng)量。

（4）在各層燃燒器功率分配上，維持底層磨大功率運(yùn)行，既可壓低燃燒中心高度，拉長物理燃程，又可抬高主燃燒區(qū)域溫度，使得中上層燃燒器著火點(diǎn)提前。

爐內(nèi)供氧上，僅從降低飛灰含碳損失角度考慮，抬升總風(fēng)量即可，若兼顧降低SCR進(jìn)口NOx排放，則需考慮總風(fēng)量的合理配置。技術(shù)路線上準(zhǔn)備按如下方式：

（1）合理配置總的過量空氣系數(shù)；

（2）通過風(fēng)煤反向匹配，來控制兼顧燃盡率及NOx排放。

2.2 SCR前NOx排放控制的實(shí)現(xiàn)

理論上，NOx生成由兩部分構(gòu)成，一是燃料中N在燃燒中分解氧化后形成NOx，生成量決定于燃料含氮多少，在鍋爐總排放中占比很小；占比最多的是燃燒過程中，空氣中N氧化后生成NOx，生成量與燃燒強(qiáng)度正相關(guān)。所以在電站NOx控制上主要側(cè)重于燃燒強(qiáng)度的控制，通過逐級供風(fēng)減少局部供氧，降低燃燒強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)NOx減排。

#2機(jī)組燃燒器設(shè)置了OFA，考慮了分級配風(fēng)，但相應(yīng)的控制系統(tǒng)或調(diào)整方式上沒有跟進(jìn)。首先二次風(fēng)控制系統(tǒng)上氧量控制沒有顧及NOx排放，或者沒將NOx作為控制目標(biāo)之一；小風(fēng)門控制尚處于手動階段；此外，沒有考慮的層間風(fēng)煤的配合，各層燃燒器功率是均等分配，配風(fēng)比例也是均等配置。

新控制系統(tǒng)中，控制SCR前的NOx排放手段，一是根據(jù)熱態(tài)調(diào)試，修正二次風(fēng)控制系統(tǒng)氧量定值，控制各負(fù)荷點(diǎn)下過量空氣系數(shù)，保證全程全爐膛微氧燃燒；二是自動調(diào)整主燃燒區(qū)域與燃盡區(qū)域風(fēng)量比例，調(diào)節(jié)控制主燃區(qū)域過量空氣系數(shù)，進(jìn)而控制NOx生成；三是通過燃燒功率自動調(diào)節(jié)功能，通過風(fēng)煤反向匹配，來控制兼顧燃盡率及NOx排放。

3 改造后機(jī)組運(yùn)行情況

新系統(tǒng)投運(yùn)后，飛灰含碳較之前明顯下降，投運(yùn)后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示飛灰含碳均值在1.29%，較5月均值下降19%。

SCR入口NOx較原來大幅下降，圖2為系統(tǒng)投運(yùn)前后SCR入口NOx趨勢比對。由圖可見，不僅平均值大幅下降，入口NOx在變工況下的波動幅度也得到了有效抑制，這能使后續(xù)SCR噴氨調(diào)節(jié)更加平滑可控，有利于NOx終端排放濃度的控制。

圖2 新系統(tǒng)投運(yùn)前后SCR入口NOx歷史趨勢

圖3為投運(yùn)后NOx趨勢，數(shù)據(jù)顯示，全負(fù)荷段變負(fù)荷下，NOx波幅平穩(wěn)。趨勢圖統(tǒng)計(jì)周期NOx均值為231 mg/Nm3，較投運(yùn)前下降近30%。

圖3 新系統(tǒng)投運(yùn)后SCR入口NOx歷史趨勢

SCR入口NOx控制意義：一是降低SCR噴氨耗量，降低SCR運(yùn)營成本；二是噴氨耗量的降低及入口NOx波幅降低，使得氨逃逸率下降，有利于防止空預(yù)器堵塞；三是增加SCR床料使用壽命，減少SCR運(yùn)營耗材成本。后兩點(diǎn)需要更長的周期來驗(yàn)證，噴氨流量已經(jīng)在新系統(tǒng)投運(yùn)后出現(xiàn)明顯下降。

圖4是新系統(tǒng)投運(yùn)前后噴氨流量的變化趨勢，投運(yùn)后下降趨勢明顯。

新系統(tǒng)投運(yùn)后，NOx及飛灰含碳同時(shí)得到了有效控制，且鍋爐相關(guān)能耗下降。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，磨煤機(jī)功率上升8.5%，送風(fēng)機(jī)功率下降13.6%，引風(fēng)機(jī)汽耗下降10.4%。圖5為新系統(tǒng)投運(yùn)前后引風(fēng)機(jī)汽耗歷史趨勢，相同負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)汽耗下降趨勢明顯。

圖4 新系統(tǒng)投運(yùn)前后噴氨流量歷史趨勢

圖5 新系統(tǒng)投運(yùn)前后引風(fēng)機(jī)汽耗歷史趨勢

4 結(jié)論

（1）綜合磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)能耗變動，項(xiàng)目實(shí)施后，總體能耗下降折合廠用電率0.073%，折合標(biāo)煤耗下降0.2 g/kW·h。

（2）新系統(tǒng)投運(yùn)后送、引風(fēng)機(jī)能耗的明顯下降，說明整體煙氣量下降，同樣排煙溫度下，排煙損失降低，爐效增加。

（3）噴氨流量較項(xiàng)目實(shí)施前下降27.5%，脫硝費(fèi)用下降，且將大幅緩解空預(yù)器堵塞問題。

（4）在NOx得到有效控制的前提下，目前飛灰含碳較原有水平下降。因來煤種類極多，無法按煤種灰分/發(fā)熱量予以估算，對此不作煤耗評估。

（5）飛灰含碳受控情況下，SCR入口NOx降低30%，脫硝床料使用壽命延長，空預(yù)器堵塞風(fēng)險(xiǎn)降低，存在潛在的經(jīng)濟(jì)收益。