低NOχ燃燒器和SCR脫硝技術(shù)在1 000 MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

李 京

經(jīng)驗(yàn)交流

低NOχ燃燒器和SCR脫硝技術(shù)在1 000 MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

李 京

（銅山華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221000）

為降低機(jī)組NOχ排放量，采用低NOχ同軸燃燒系統(tǒng)和選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)，通過試驗(yàn)研究降低NOχ排放量的措施，在實(shí)際運(yùn)行中效果明顯，達(dá)到了降低NOχ排放量、減少發(fā)電企業(yè)運(yùn)行成本的目的。同時(shí)對提高SCR脫硝效率進(jìn)行探討，為同類型機(jī)組提供一定參考。

低NOχ燃燒器；SCR；1 000 MW

燃煤發(fā)電機(jī)組排放的大氣污染物中，NOχ對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害較大，且難以處理，成為需要重點(diǎn)控制排放的污染物之一。近年來，我國不斷提高企業(yè)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，加大對于環(huán)保超標(biāo)企業(yè)的獎懲考核力度，特別是大容量機(jī)組，更應(yīng)注重NOχ排放量的控制。為降低機(jī)組運(yùn)行中NOχ排放量，銅山華潤電力有限公司1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組通過設(shè)置低NOχ同軸燃燒器，分析煤粉燃燒時(shí)NOχ的產(chǎn)生機(jī)理，研究合理的運(yùn)行調(diào)整措施［1］。同時(shí)增加SCR脫硝技術(shù)，達(dá)到了有效控制NOχ排放量、減少電廠SCR運(yùn)行成本的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

銅山華潤電力有限公司2×1 000 MW機(jī)組配置上海鍋爐廠制造的SG-3044／27.46-M53x超超臨界參數(shù)、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、切圓燃燒方式塔式直流鍋爐，采用鍋爐低氮燃燒技術(shù)和SCR脫硝技術(shù)。

1.1 低NOχ同軸燃燒系統(tǒng)（LNTFS）

燃燒方式采用低NOχ同軸燃燒系統(tǒng)，煤粉燃燒器采用擺動式、四角布置、切向燃燒方式［2-3］，通過分析煤粉燃燒時(shí)NOχ的生成機(jī)理，在煤粉早期著火時(shí)使用燃料／空氣分段燃燒技術(shù)，分層布置噴嘴和二次風(fēng)，以減少揮發(fā)分氮轉(zhuǎn)化為NOχ，有效降低NOχ的生成量。系統(tǒng)主要部件為：可水平擺動的分離燃盡風(fēng)噴嘴（SOFA）、緊湊級燃盡風(fēng)噴嘴（CCOFA）、預(yù)置水平擺角的輔助風(fēng)噴嘴（CFS）、強(qiáng)化著火煤粉噴嘴（EI）。

煤粉燃燒器采用典型的LNTFS燃燒器，共布置12層煤粉噴嘴，煤粉噴嘴四周布置燃料風(fēng)噴嘴。燃燒器風(fēng)箱分為獨(dú)立的3組，下面2組風(fēng)箱各有6層煤粉噴嘴，依次對應(yīng)3臺磨煤機(jī)，相鄰的2層煤粉噴嘴間設(shè)置1層供燃油用的燃油輔助風(fēng)噴嘴。2層相鄰的煤粉噴嘴上方設(shè)置1個組合式噴嘴，其中預(yù)置了水平偏角的煤粉輔助風(fēng)噴嘴（CFS）和直吹風(fēng)噴嘴約各占一半面積。系統(tǒng)共設(shè)置6臺直吹式中速液壓加載式磨煤機(jī)，保證在任何負(fù)荷情況下至少有1臺磨煤機(jī)處于備用狀態(tài)。每臺磨煤機(jī)設(shè)置2層煤粉燃燒器，磨煤機(jī)出口共4根煤粉管道，進(jìn)入爐膛四角后通過分配器變成8根煤粉管道進(jìn)入爐膛燃燒。

1.2 SCR脫硝技術(shù)

脫硝還原劑采用液氨，催化劑以氧化鈦為基體，其結(jié)構(gòu)形式為板式，布置在一個固定的反應(yīng)器內(nèi)。脫硝裝置安裝在省煤器至空預(yù)器區(qū)段，能夠?qū)?臺機(jī)組進(jìn)行100%煙氣量脫硝處理。在鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種40%～100%BMCR工況下，當(dāng)SCR進(jìn)口煙氣溫度在320～420℃時(shí)，能夠達(dá)到脫硝效率不低于70%，入口煙氣NOχ含量為350 mg／Nm3。SCR工藝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、空氣預(yù)熱器系統(tǒng)以及相應(yīng)的煙風(fēng)道系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、氨的空氣稀釋和加注系統(tǒng)、煙氣取樣系統(tǒng)。在SCR區(qū)域，將空氣與氨氣混合后放入SCR反應(yīng)器進(jìn)口煙道，在催化劑的作用下，利用氨的還原特性，與氧化氮反應(yīng)生成水和氮?dú)猓瑥亩筍CR出口的NOχ濃度降到規(guī)定值。

2 影響NOχ排放的因素

2.1 配風(fēng)方式對NOχ排放的影響

低NOχ同軸燃燒器通過在爐膛不同高度布置CCOFA和SOFA風(fēng)擋板［4-5］，將爐膛分成初始燃燒區(qū)、NOχ還原區(qū)和燃料燃盡區(qū)3個相對獨(dú)立的部分。機(jī)組正常運(yùn)行中應(yīng)盡量使用倒寶塔式配風(fēng)，開大上層CCOFA和SOFA風(fēng)擋板，關(guān)小下層輔助風(fēng)及燃料風(fēng)擋板，使初始燃燒區(qū)下部區(qū)域一次風(fēng)所攜帶的煤粉缺氧燃燒，缺氧燃燒時(shí)煤粉的燃燒速度和溫度均降低，能夠有效減少熱力型NOχ的生成量。燃料中析出的含氮中間產(chǎn)物HCN、NH3等會進(jìn)一步將NO分解成N2，有效抑制了燃料型NOχ的生成。通過在燃料燃盡區(qū)內(nèi)保持煤粉富氧燃燒，會有一部分殘留的氮被氧化成NOχ，因殘留量較少且火焰溫度較低，熱力型NOχ生成量較少，未燃盡的煤粉和可燃?xì)怏w被有效燃盡，亦可降低爐渣可燃物含量。表1為機(jī)組正常運(yùn)行中，調(diào)整配風(fēng)方式前后NOχ生成量對比。

表1 調(diào)整配風(fēng)方式前后NOχ生成量對比

由表1可見，此種配風(fēng)方式對降低NOχ排放量效果明顯，機(jī)組正常運(yùn)行中，應(yīng)盡量開大上層CCOFA和SOFA風(fēng)擋板運(yùn)行。因開大此擋板對爐膛風(fēng)箱差壓影響很小，不會影響鍋爐燃燒穩(wěn)定性。

2.2 過量空氣系數(shù)對NOχ排放的影響

適當(dāng)減小過量空氣系數(shù)，保持爐膛內(nèi)低氧燃燒可以降低爐膛內(nèi)部中心溫度，抑制NOχ的生成，有效降低NOχ排放量。若過量空氣系數(shù)過低，會使煤粉燃盡率和鍋爐燃燒穩(wěn)定性降低，造成煤粉燃燒效率降低，從而降低鍋爐效率［6］。在鍋爐正常運(yùn)行調(diào)整中，根據(jù)不同的煤質(zhì)情況，應(yīng)維持合理的過量空氣系數(shù)。

低NOχ同軸燃燒器每個區(qū)域的過量空氣系數(shù)由3個因素控制：CCOFA和SOFA風(fēng)量的分配；總的過量空氣系數(shù)；總的OFA風(fēng)量。該燃燒器采用的空氣分級方法是通過使每個區(qū)域內(nèi)的過量空氣系數(shù)得到優(yōu)化，有效降低NOχ的排放量，同時(shí)提高鍋爐燃燒效率。表2為機(jī)組在800 MW負(fù)荷、300 t／h給煤量下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，降低氧量對NOχ排放的影響。

表2 氧量變化對NOχ排放的影響

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)鍋爐負(fù)荷小于650 MW時(shí)，因鍋爐穩(wěn)燃要求，一般維持氧量偏高運(yùn)行，容易造成NOχ排放量超標(biāo)，噴氨量增大，使SCR運(yùn)行成本增加。此時(shí)應(yīng)通過提高磨組出口溫度、調(diào)整風(fēng)門擋板開度等方式使燃燒趨于穩(wěn)定，進(jìn)而降低氧量運(yùn)行，有效控制NOχ排放量。

2.3 磨組運(yùn)行方式對NOχ排放的影響

機(jī)組運(yùn)行時(shí)保持鍋爐負(fù)荷在800 MW穩(wěn)定運(yùn)行，過量空氣系數(shù)和配風(fēng)方式等參數(shù)不變，調(diào)整磨組運(yùn)行方式，試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同磨組運(yùn)行方式對NOχ排放的影響mg／Nm3

由表3可見，底層磨組運(yùn)行時(shí)NOχ的排放量要比上層磨組運(yùn)行時(shí)低，主要原因是當(dāng)上層磨組運(yùn)行時(shí)，高溫區(qū)域沿爐膛高度方向比較大，熱力型NOχ的生成量增多；下層磨組運(yùn)行時(shí)，高溫區(qū)域沿爐膛高度方向比較小，可以減少熱力型NOχ的生成量。在機(jī)組運(yùn)行中，應(yīng)盡量保持下層磨組運(yùn)行，以減少NOχ的生成量。下層磨組運(yùn)行時(shí)，火焰中心相應(yīng)下移，主汽溫度、再熱汽溫均相應(yīng)下降，應(yīng)通過將燃燒器噴嘴向上擺動、提高過熱度等方式進(jìn)行調(diào)整，使主汽溫度、再熱汽溫維持在額定值。

3 提高SCR脫硝效率措施

3.1 提高煙氣溫度

SCR反應(yīng)原理：

催化劑以氧化鈦為基體時(shí)，一般當(dāng)煙氣溫度在320～420℃時(shí)，催化劑才具有活性。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)SCR進(jìn)口煙氣溫度達(dá)到320℃，運(yùn)行人員即投入噴氨系統(tǒng)，進(jìn)行脫硝。根據(jù)環(huán)保要求，在保證SCR出口NOχ含量低于65mg／Nm3的前提下，通過調(diào)整進(jìn)氨調(diào)節(jié)閥，使SCR脫硝效率大于60%，通?？刂圃?5%～85%。為延長催化劑壽命，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)控制最低煙氣溫度大于320℃，最低短期運(yùn)行煙氣溫度大于300℃。

當(dāng)機(jī)組長時(shí)間在低負(fù)荷（500 MW左右）運(yùn)行時(shí)，爐膛內(nèi)部熱負(fù)荷低，使SCR煙氣入口溫度下降。脫硝考核標(biāo)準(zhǔn)要求機(jī)組負(fù)荷在500 MW以上時(shí)必須投入脫硝系統(tǒng)運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷低時(shí)應(yīng)通過提高磨組出口溫度和風(fēng)溫等措施，提高爐膛溫度，使煙氣溫度滿足SCR最佳工作工況。

3.2 穩(wěn)定供氨壓力及溫度

機(jī)組運(yùn)行中，應(yīng)保持SCR供氨壓力及溫度穩(wěn)定，供氨壓力波動會改變供氨流量，當(dāng)供氨壓力上升時(shí)，會造成氨用量浪費(fèi)；當(dāng)供氨壓力下降時(shí)，會造成SCR出口NOχ排放量超標(biāo)。機(jī)組運(yùn)行中供氨壓力應(yīng)維持在0.3 MPa左右，超出0.27～0.33 MPa時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

運(yùn)行中應(yīng)保證氨站汽化器溫度穩(wěn)定，特別當(dāng)冬天外界氣溫低時(shí)，應(yīng)定期對供氨系統(tǒng)進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)供氨管路或儀表結(jié)冰等情況。

3.3 加強(qiáng)SCR吹灰

機(jī)組運(yùn)行中，規(guī)定SCR區(qū)域每月進(jìn)行2次吹灰，以便保持較高的催化劑表面清潔度，吹灰汽源取自機(jī)組一級再熱器進(jìn)口蒸汽。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，可適當(dāng)提高吹灰頻率，維持每周進(jìn)行1次SCR吹灰，吹灰時(shí)應(yīng)保證吹灰壓力不低于1.2 MPa，以保證吹灰效果。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，污染物排放造成環(huán)境問題已經(jīng)成為普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。本文1 000 MW機(jī)組通過布置低NOχ燃燒系統(tǒng)，運(yùn)行中通過合理的燃燒調(diào)整，可以有效降低爐膛出口的NOχ含量，爐膛出口的煙氣經(jīng)過SCR裝置進(jìn)行脫硝處理，可以進(jìn)一步降低排入大氣中的NOχ含量，從而達(dá)到高效環(huán)保、清潔燃燒的目的。

［1］ 路 野，吳少華.玉環(huán)1 000 MW超超臨界鍋爐低NOχ燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和NOχ性能考核試驗(yàn)簡析［J］.鍋爐制造，2008，30（4）：2-4.

［2］ 高繼錄，王文生，李志龍.電站鍋爐NOχ排放特性試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（11）：10-12.

［3］ 高小濤，周 玨.電站鍋爐低NOχ燃燒技術(shù)的發(fā)展與探討［J］.華東電力，2003，32（5）：278-281.

［4］ 周 國.燃煤電站鍋爐中的低NOχ燃燒技術(shù)［J］.節(jié)能技術(shù)，2005，23（1）：44-46.

［5］ 畢玉森.低NOχ同軸燃燒系統(tǒng)在我國的應(yīng)用［J］.中國電力，1994，39（10）：30-35.

［6］ 張 偉，趙毓勝.燃燒調(diào)整對鍋爐效率的影響研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：42-44.

Application on Low?NOχBurner and SCR Technology in 1 000 MW Ultra?super Critical Coal Fired Unit

LIJing
（Tongshan China Resources Power Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221000，China）

To reduce NOχemission of 1 000 MW ultra supercritical coal?fired unit，low NOχcoaxial denitration technology of the com?bustion system and selective catalytic reduction technology are adopted.This paper studys that themeasures for reduction of NOχemis?sion by experiment，it has favorable effect through the actual operation.The results of experiment show that themeasures can achieve the aim of low generating costs.The selective catalytic reduction denitration efficiency is discussed and this paper provides a reference for similar units.

Low NOχburner；SCR；1 000 MW

TK223.2

A

1004-7913（2015）07-0044-03

李 京（1986—），男，學(xué)士，工程師，主要從事集控運(yùn)行工作。

2015-02-05）