火電廠脫硝超低排放運行優(yōu)化

鮑天恩

摘 要：2018年，全國兩會將生態(tài)文明寫入中國憲法，環(huán)境保護問題進一步上升到全局性高度，通過不斷加大生態(tài)環(huán)境治理力度，謀求更好的生態(tài)環(huán)境治理與經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展也得到了憲法的保障。火力發(fā)電作為現(xiàn)階段我國社會生產(chǎn)生活中的主要發(fā)電方式之一，面臨的環(huán)保壓力十分嚴峻，引進新工藝、新技術(shù)，推行超低排放技術(shù)改造勢在必行。由此，本文主要分析火電行業(yè)脫硝超低排放技術(shù)在燃煤火電廠中的應(yīng)用，以促進火電廠更好地落實氮氧化物減排降耗工作，切實做到履行企業(yè)環(huán)保主體責任。

關(guān)鍵詞：火電廠;脫硝超低排放;操作優(yōu)化

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0081-03

Operation Optimization of Ultra-low

Emission Denitrification in Thermal Power Plants

BAO Tianen

（Shanxi Lujin Wangqu Power Generation Co.， Ltd.，Changzhi Shanxi 047500）

Abstract： In 2018， the two sessions of the National People's Congress of the people's Republic of China wrote ecological civilization into China's constitution， which further raised environmental protection issues to a global level. By continuously increasing the intensity of ecological environment governance， seeking better ecological environment governance and economic coordinated development has also been guaranteed by the Constitution. Thermal power generation， as one of the main power generation methods in our social production and life at this stage， is facing severe environmental pressure. It is necessary to introduce new technologies and technologies， and promote ultra-low emission technology transformation. Therefore， this paper mainly analyzed the application of denitration ultra-low emission technology in the coal-fired power plant， in order to promote the thermal power plant to better implement the NOx emission reduction and consumption reduction work， and effectively fulfill the main responsibility of the enterprise environmental protection.

Keywords： thermal power plant;denitrification ultra-low emission;operational optimization

1 脫硝超低排放提效改造背景

為積極響應(yīng)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020）》，自2015年以來，全國范圍內(nèi)燃煤電廠都在積極推行煙氣超低排放改造?，F(xiàn)有燃煤機組煙氣脫硝改造方案從裝置實際運行情況出發(fā)，遵循“改造技術(shù)成熟、可靠、先進;改造措施經(jīng)濟、合理、有效;改造后設(shè)備運行穩(wěn)定、安全;整機使用壽命周期長，達到超低排放標準”的原則，針對存在的實際問題提出建設(shè)性的改造措施，做到“范圍明確、重點突出、便于實施、縮短工期”[1，2]。

2 技術(shù)方案確定

2.1 脫硝工藝路線的確定

根據(jù)《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 296—2011），新建火電機組加裝脫硝系統(tǒng)時，設(shè)計工況宜采用BMCR工況下的煙氣量、NOx和煙塵濃度為設(shè)計值時的煙氣參數(shù);校核工況宜采用BECR工況下煙氣量、NOx和煙塵濃度為最大值時的煙氣參數(shù)。已建機組改造加裝脫硝系統(tǒng)時，其設(shè)計工況和校核工況應(yīng)根據(jù)脫硝入口實測煙氣參數(shù)確定，并考慮燃料的變化趨勢。新建或改建機組，應(yīng)首先考慮加裝或改造低氮燃燒技術(shù)，新建、擴建燃煤鍋爐宜采用SCR工藝，小容量鍋爐實施低氮改造后仍無法穩(wěn)定達標，可以實施SNCR脫硝工藝，特別情況下，可以根據(jù)實際燃煤條件及脫硝入口NOx濃度情況，進一步實施低氮燃燒+SNCR-SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。還原劑可根據(jù)需求采用液氨或尿素。燃煤電廠具體工藝路線需要結(jié)合燃煤情況、鍋爐設(shè)計情況及相關(guān)測試數(shù)據(jù)進行深度研究，確定滿足穩(wěn)定達標排放的最佳工藝路線。

2.2 氮氧化物超低排放技術(shù)

①爐內(nèi)使用先進的低氮燃燒器燃燒技術(shù)，可以有效控制氮氧化物的產(chǎn)生;當鍋爐高負荷或低負荷運轉(zhuǎn)時，燃燒器可以優(yōu)化氣流分布，以確保燃燒器的面積是處在低過量空氣系數(shù)，有效控制在低負載的NOx排放;長時間的燃燒試驗，可以提高鍋爐使用效率和操作的安全性，降低NOx的濃度。

②使用SCR脫硝技術(shù)。在超低排放的要求下，增加催化劑的量，進一步提高脫硝效率，降低NOx排放，以滿足鍋爐的穩(wěn)定運行要求。在NOx滿足超低排放的情況下，提高脫硝系統(tǒng)自動控制水平，優(yōu)化脫硝系統(tǒng)煙氣流場，確保還原劑和煙氣充分均勻混合反應(yīng)，進一步提升脫硝系統(tǒng)性能。

③當鍋爐負荷啟停或深調(diào)峰等處于低負荷狀態(tài)，脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度不能滿足還原劑噴射最低溫度要求時，可增加省煤器煙氣旁路或采用低溫催化劑，以提高鍋爐給水的溫度，或是旁路部分的省煤器給水等措施滿足脫硝投運最低溫度要求，確保投運率達標，實現(xiàn)寬負荷脫硝。

④脫硝系統(tǒng)為滿足穩(wěn)定達標，存在過量噴射還原劑導(dǎo)致空氣預(yù)熱器受氨逃逸帶來的硫酸氫銨積灰堵塞。在實際操作中，可通過增加實時數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)施，采用多點分區(qū)測量，提高測量精度，達到精準高效噴氨效果;合理摻配煤種，控制煤中的硫分，降低煙氣中三氧化硫轉(zhuǎn)化率，對SCR脫硝還要注意催化劑的全壽命管理，一旦達到使用壽命，就要及早更換或再生恢復(fù)其性能指標。另外，要特別注意在低負荷較低煙溫時段SCR用脫硝系統(tǒng)不能連續(xù)運行過久，會導(dǎo)致脫硝運行工況持續(xù)惡化甚至達不到排放限值要求。

2.3 增強脫硝側(cè)氮氧化物控制效果

SCR脫硝系統(tǒng)是當前廣泛運用的脫硝系統(tǒng)，也是大型火電廠機組脫硝改造的首選系統(tǒng)。然而，長期以來，對SCR脫硝系統(tǒng)的研究主要集中在基礎(chǔ)操作上，而對自動脫硝控制策略缺少深層次的研究。在當前執(zhí)行超低排放成為強制標準后，脫硝系統(tǒng)的自動控制品質(zhì)愈發(fā)重要，控制品質(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)系到指標的穩(wěn)定性和運行經(jīng)濟性。當前情況下，脫硝噴氨控制主要采取串級控制，但由于測量和響應(yīng)延遲，控制策略無法有效應(yīng)對燃燒條件變化引起的入口NOx快速變化。針對SCR脫硝氨氣噴射系統(tǒng)的滯后問題，有必要對原有的脫硝氨氣噴射循環(huán)進行優(yōu)化和改進，在原有反饋串級反饋控制的基礎(chǔ)上，提出智能預(yù)測反饋控制方案，通過智能控制策略，可以有效控制精準度，從而滿足機組負荷、煤種多變的工況需求。

在分析負荷、總風(fēng)量、總進氣量、SCR進氣處NOx濃度等因素的基礎(chǔ)上，進行趨勢預(yù)測，并計算后續(xù)NOx變化所需的還原劑總量。根據(jù)預(yù)測結(jié)果提前注入還原劑，并用PID控制對比圖，與前期PID控制進行對比，僅能根據(jù)入口NOx改變所需還原劑總量，然后調(diào)整該偏差來控制NOx排放，進而達到增強脫硝側(cè)氮氧化物控制的目的。

3 超低排放改造工程應(yīng)用

3.1 600MW煤粉鍋爐超低排放應(yīng)用效果

超低排放改造技術(shù)推廣應(yīng)用以來，火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)目前最典型的脫硝工藝多選擇性催化還原法（SCR）。催化反應(yīng)系統(tǒng)是SCR工藝的核心，在催化劑的作用下，利用還原劑（NH3）來有選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O，達到除去氮氧化物的目的。脫硝系統(tǒng)通常布置在省煤器出口及空預(yù)器入口中間。

某600MW機組鍋爐為單爐膛、∏型布置、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐燃煤品質(zhì)接近貧煤煤種，燃燒系統(tǒng)采用擺動式燃燒器調(diào)溫，四角布置、切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐原燃燒器采用四角布置，共24只切向燃燒擺動式，頂部燃燒器上方各設(shè)一層燃盡風(fēng)和輔助風(fēng)噴口。煤粉噴口、二次風(fēng)噴口、燃盡風(fēng)噴口均可上下擺動，用以調(diào)節(jié)再熱汽溫。正常運行時，鍋爐SCR入口NOx排放濃度在500～650mg/m3，該排放濃度無法實現(xiàn)通過脫硝SCR系統(tǒng)達到穩(wěn)定超低排放目標要求想，需要進行低氮燃燒器改造和燃燒優(yōu)化調(diào)整，同時對脫硝催化劑進行更換、增補和煙氣流暢進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)穩(wěn)定超低排放目標。

3.2 某電廠2×300M等級循環(huán)及硫化床鍋爐超低排放應(yīng)用效果

某電廠1、2號機組（2×300MW）采用2臺循環(huán)流化床鍋爐。脫硝系統(tǒng)后期建設(shè)，采用選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）工藝，以尿素為脫硝還原劑，于2013年12月完成投運。該系統(tǒng)設(shè)計脫硝效率≥50%，出口NOx排放濃度≤100mg/m3。目前NOx排放濃度不能滿足超低排放小于50mg/Nm3的要求，因此需要進行超低排放改造。本方案采用組合脫硝（即低氮燃燒+SNCR+SCR）的方式來降低NOx的排放。首先通過爐內(nèi)低氮燃燒改造將鍋爐出口NOx降至1 800mg/m3，然后通過優(yōu)化改造現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)，將煙氣中NOx進一步降至65mg/m3，最后通過加裝SCR系統(tǒng)，達到超低排放煙NOx含量≯40mg/m3的要求。

4 超低排放改造后優(yōu)化運行分析

隨著大面積實施超低排放改造機組投運，如何實現(xiàn)環(huán)保達標條件下運行成本最優(yōu)控制，適當降低環(huán)保物料單耗，成為重要的研究課題。在指標穩(wěn)定達標條件下降低脫硝還原劑噴射量，既有助于降低成本，還可以降低氨逃逸，降低二次污染，提高下游設(shè)備長周期運行的可靠性。

4.1 通過燃燒優(yōu)化，提升低氮燃燒性能，做好源頭管控

①低氮燃燒器的主要手段就是降低主燃燒區(qū)的溫度和低氧燃燒，可通過降低二次風(fēng)和關(guān)小燃盡風(fēng)的方法降低NOx的含量;②下層燃燒區(qū)的作用是降低火焰中心，使爐膛中心溫度下降，從而利于減少氮化物的產(chǎn)生;③保持燃燒穩(wěn)定，方可減少二次風(fēng)的出力，達到低氧燃燒目的，防止滅火事件發(fā)生。

4.2 優(yōu)化流場分布，實現(xiàn)精準測量和精準噴氨

①解決流場混合均勻性的問題。脫硝系統(tǒng)運行效果不僅取決于催化劑的性能，還與脫硝反應(yīng)器內(nèi)的流場優(yōu)劣和氨氣與煙氣中氮氧化物的混合均勻性關(guān)系密切，建議定期進行脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，將脫硝噴氨量調(diào)整至最佳值，避免SCR反應(yīng)器出口截面局部氨逃逸量過高，從而提高脫硝系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。②采用精準噴氨控制措施。通過對粗放式的噴氨控制邏輯，改進為分區(qū)多點測量模式，通過精準的測量手段，實現(xiàn)以SCR反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度及煙氣流量為前饋，以SCR反應(yīng)器出口氮氧化物質(zhì)量濃度為反饋，計算出理論噴氨流量，通過PID控制氨流量調(diào)節(jié)閥開度，從而實現(xiàn)脫硝噴氨量與機組負荷、入口氮氧化物質(zhì)量濃度的自動協(xié)調(diào)。③采用低溫催化劑輔助鍋爐優(yōu)化調(diào)整措施，滿足深調(diào)峰低負荷時段及機組啟停時段低負荷工況下的脫硝穩(wěn)定投運，降低低煙溫對脫硝效率的影響。④加強運行人員操作技能培訓(xùn)和日常管理。通過對每個班組脫硝還原劑用量進行量化分析，尋找最佳調(diào)節(jié)工況參數(shù)，作為經(jīng)驗數(shù)據(jù)建立優(yōu)化調(diào)節(jié)模型，鼓勵人員優(yōu)先調(diào)節(jié)燃燒，合理控制氮氧化物產(chǎn)量，同時在脫硝控制有擾動時，積極干預(yù)調(diào)節(jié)，做好超前調(diào)節(jié)和精細調(diào)節(jié)，避免大幅度調(diào)節(jié)總量，甚至過量噴氨情況的發(fā)生。

5 結(jié)語

火力發(fā)電作為我國主要發(fā)電方式之一，應(yīng)引進先進的技術(shù)，并實時更新，推行超低排放技術(shù)改造。超低排放技術(shù)在燃煤火電廠中的應(yīng)用可以幫助其節(jié)能減排環(huán)保工作的持續(xù)推進。

參考文獻：

[1]王娜.火電廠超低排放改造的技術(shù)與經(jīng)濟效益分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2017（11）：54-57.

[2]陳潤發(fā).某350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組超低排放改造及技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2017.