超超臨界1000MW機組啟動期間降低NOx排放的研究

文_沈志勇 李冬 李軍 國家能源集團泰州發電有限公司

隨著近幾年火電機組年利用小時降低，機組啟停次數逐年增加，機組在啟動并網后往往存在NOx 排放超標的情況，本文對此進行分析，并提出切實可行的措施，以降低機組啟動過程中NOx 的排放量。

1 設備概況

某電廠1000MW 超超臨界燃煤機組，鍋爐采用П型布置、單爐膛、反向雙切圓燃燒方式，MPM 燃燒器+SOFA 燃燒器+偏置周界風燃燒器，內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環泵啟動系統、一次中間再熱，配置兩臺汽動引風機和一臺備用電動引風機。脫硝部分采用選擇性催化還原技術（Selective Catalytic Reduction，簡稱“SCR”），機組正常運行時，NOx 排放濃度控制在50mg/Nm3之內。

2 機組啟動階段NOx排放情況及超標原因分析

某機組2020年3月份和4月份各啟動一次，機組并網后NOx排放情況如表1。表1 數據均來源于環保網站上相關CEMS 數據小時均值。

表1 某機組啟動期間NOx排放情況

從表1 可見，某機組這兩次啟動期間，機組并網初期4h 多，沒有達到排放標準。

2.1 NOx的產生機理

在煤粉燃燒的過程中產生的NOx，根據形成的條件不同大致可以分為燃料型、熱力型、快速型。在NOx 排放總量中，燃料型NOx 所占比例在75%以上，其機理是燃料中的氮化合物與氧氣反應結合生成NOx。影響燃料型NOx 的因素主要是：燃煤本質特性和燃燒過程中的過量空氣系數。

2.2 NOx的排放數據修正

根據GB13223-2011 標準中的有關規定，NOx 排放數據按照6%煙氣氧量進行折算：

式中：

NOx(O2=6%)為折算后到6%的NOx 排放濃度，mg/m3；

(NOx)為實際測量NOx 排放濃度，ppm；

(O2)為煙氣中實際測量O2濃度，%。

2.3 NOx排放超標分析

機組啟動階段，鍋爐過量空氣系數偏大導致爐膛燃燒區域氧化性氣氛增加和NOx 排放數據的折算倍率變大；另外，SCR入口煙氣溫度偏低導致脫硝系統無法投運，這是造成NOx 排放量超標的兩個主要原因。

機組啟動時鍋爐燃料量很小，風煤比與機組正常運行時相比大得多。鍋爐過量空氣系數增大，意味著煙氣中的氧量增高，則爐膛內氧化性氣氛增強，氮化合物更易被氧化成NOx，另外，根據NOx 排放的折算公式，當煙氣中氧量大于6%時，折算值將大于實際值，氧量越多，折算值倍率越大，見表2。而機組在并網前煙氣中的氧量一般已達到12%以上，導致折算后的NOx排放量進一步增加。

表2 折算值為50mg/Nm3對應不同煙氣氧量的實測值

SCR 進口煙溫大于310 ℃才能投運，若煙氣溫度過低，則催化劑性能下降，脫硝系統中未反應的NH3會與逸出氨（NH3）及煙氣中的SO3和水蒸汽生成硫酸氫銨凝結物（NH3+SO3+H2O →NH4HSO4），其冷凝以后易附著在空預器換熱元件表面，粘住煙氣中的飛灰顆粒，堵塞空預器換熱元件通道。

機組并網后，雖然總煤量增加，但由于蒸汽量也同時變大，吸收的熱量大于爐膛燃燒釋放的熱量，導致煙氣有一段下降的趨勢。因此，需要在機組初負荷暖機后，繼續加負荷才能提升煙氣溫度，在此之前無法投運SCR，造成NOx 排放一直處于超標狀態。

3 降低NOx排放的措施

3.1 降低二次風量，減少爐膛氧化性氣氛

二次風量低于額定總風量25%時會觸發鍋爐MFT，為了心理上的安全感，機組啟動過程中，鍋爐的總風量保持較大，并網前已到達1600t/h 左右。因此，在滿足爐膛穩定燃燒的情況下，可以適當減少鍋爐總風量。

機組啟動階段，爐膛上部的3 層SOFA 風門開度不大，停運磨的輔助風門投自動，這導致爐膛下層燃燒區域風量增加，為了減少燃燒區域氧化性氣氛，可以全開3 層SOFA 風門，并將停運磨的輔助風門手動關小。

3.2 提高SCR入口煙溫

影響SCR 入口煙溫的因素有兩方面，即鍋爐燃燒產生的煙氣熱量和省煤器入口水溫。

鍋爐配置6 臺中速磨煤機，根據磨出口至爐膛的燃燒器位置由低到高的順序分別命名為A、B、C、D、E 和F。其中，A磨額外增加了等離子點火裝置，用于鍋爐啟動點火和爐膛穩燃。為了防止因煤質惡化或其他原因導致爐膛燃燒不穩，分別在A、B 磨燃燒器和C、D 磨燃燒器之間設置了AB 層和CD 層油槍，用于助燃和穩燃。

鍋爐點火時，在保證底層A 磨高熱值的煤種情況下，可以在其余磨加倉相對低熱值的煤種，增加入爐的總煤量，提高煙氣量。另外，原先鍋爐轉態時采用的是下層兩臺磨加中間第四臺磨，即A、B、D 磨組運行，爐膛火焰相對偏下，經過現場分析，鍋爐轉態前，A、B 磨運行時，爐膛燃燒穩定，火檢信號正常，可以啟E 磨轉態，同時CD 層油槍熱備，一旦發生E 磨燃燒不穩，火檢偏弱時，可以迅速投入對應角的油槍助燃，采用下層兩臺磨加上層第五臺磨，即A、B、E 磨組轉態，可以明顯提升爐膛火焰，進一步提高了煙氣溫度。

在機組啟動過程中，燃料量的增加意味著機組負荷的增加，因此需要優化啟機操作，盡快提高機組負荷。比如，提前安排暖磨，在主機沖轉時，安排汽泵和汽動引風機的沖轉，主機高速暖機時進行高低加暖管等。

省煤器入口水溫升高，可以降低省煤器的吸熱量，提高鍋爐的排煙溫度。進入省煤器的水有兩路，一路是經過除氧器和高加的給水，另一路是經過爐膛水冷壁吸熱后并被爐水循環泵加壓后的鍋爐循環水。因此，爐水循環泵運行時，應保持其出口調閥在80%以上的開度，增大熱水再循環量，提升省煤器入口水溫。

鍋爐點火前，盡可能開大輔汽至除氧器加熱調閥，使得除氧器溫度保持在150℃以上，提高鍋爐上水溫度，有利于鍋爐的點火和穩燃。另外，點火后盡早投入2#高加，可以進一步提高給水溫度。

鍋爐熱態清洗結束后，鍋爐就不需排放了。但是，由于輔汽母管汽源來自于鄰機，而對除氧器的加熱汽源和軸封的供汽汽源都來自輔汽，外來的汽源會導致熱井水位不斷升高，可能會淹沒凝汽器的抽氣口，進而影響真空，需要鍋爐不時排放熱水，補充溫度相對較低的給水來控制熱井水位，但這卻會降低省煤器入口水溫。因此，在鍋爐熱態清洗時，應提前降低熱井水位設定值，保持一個較低的水位，并在滿足投運條件的情況下，應盡早將軸封汽源切至冷再，除氧器加熱汽源切至四抽，實現本機自供汽。

4 結語

本文對超超臨界機組在啟動過程中NOx 排放超標的原因進行分析， 并提出了適當減少總風量，關小燃燒區域風門，調整加倉煤種、改變鍋爐轉態時的磨組運行方式、合理安排輔機啟動，提高給水溫度，控制凝汽器低水位和盡早實現本機自供汽等方法，對于同類型的機組在啟動過程中降低NOx 的排放量具有一定的借鑒意義。