華潤(rùn)海豐電廠NOx排放控制分析

(華潤(rùn)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(duì)環(huán)境有害的污染物，它主是煤中的氮化合物在高溫燃燒過(guò)種中與氧氣結(jié)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(xiàn)階段大力推進(jìn)節(jié)能減排、低碳環(huán)保的趨勢(shì)下控制NOx的生成量顯得尤為重要。

一、NOx產(chǎn)生機(jī)理分析

煤粉在鍋爐中燃燒會(huì)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(jié)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(guò)量空氣系數(shù)和停留時(shí)間。二是快速型，空氣中的氮和燃料中的C、H發(fā)生反應(yīng)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(shí)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(fā)分含量及過(guò)量空氣系數(shù)大小。

根據(jù)上述三種NOx生成原因分析，針對(duì)煤粉爐，可以通過(guò)降低燃燒溫度、降低含氧濃度、縮短煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)長(zhǎng)等幾個(gè)方面來(lái)控制。

二、海豐電廠控制NOx排放主要手段

1.華潤(rùn)海豐電廠2*1000MW國(guó)產(chǎn)超超臨界燃燒機(jī)組，建設(shè)是按照國(guó)家淘汰能耗高、污染大的小火電機(jī)組，建設(shè)大型高效、清潔的機(jī)組等條件下建設(shè)的。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三菱重工技術(shù)設(shè)計(jì)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)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(nèi)熱負(fù)荷和溫度場(chǎng)分配飽滿均勻，單只燃燒器承擔(dān)的熱功率較小，避免局部產(chǎn)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(qū)過(guò)量空氣系數(shù)較低，有利于控制燃燒溫度，燃燒的過(guò)程中部分NOx被還原成為NH3等。該燃燒器一、二次風(fēng)噴嘴可以上下擺動(dòng)，以此來(lái)改變?nèi)紵行奈恢?，并且噴燃器擺角與A-A這風(fēng)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(qū)，中間為還原區(qū)，最后為燃盡區(qū)，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(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)環(huán)境，現(xiàn)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(shù)，海豐電廠即采用了選擇性催化還原技術(shù)(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(yùn)用了一系列的技術(shù)措施后NOx達(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。

表1　燃煤鍋爐NOx排放濃度限值對(duì)比　　單位：mg/m3

三、實(shí)際運(yùn)行工況應(yīng)對(duì)

海豐電廠設(shè)計(jì)煤種為鄂爾多斯煙煤，揮發(fā)份Vdaf為30%，低位發(fā)熱量為4797Kca/kg，機(jī)組在BMCR工況下可滿足NOx超低排放標(biāo)準(zhǔn)。但機(jī)組在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，摻燒了大比例的印尼煤、澳煤等煤種，這些煤種揮發(fā)份遠(yuǎn)高于30%，因此給機(jī)組排放限值帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。并且在鍋爐低負(fù)荷、快速變工況操作等特殊工況中，都是運(yùn)行人員需關(guān)注的重點(diǎn)，需采取一系列的運(yùn)行措施來(lái)保證排放標(biāo)準(zhǔn)。

(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(jī)組負(fù)荷而變化，且排煙溫度越低越能獲得較高鍋爐效率，當(dāng)煙溫低于310℃時(shí)，脫硝系統(tǒng)因煙溫低即不能正常投入。為解決低負(fù)荷時(shí)脫硝裝置入口煙溫低的問題，海豐電廠對(duì)脫硝裝置入口煙道進(jìn)行了改造，在低溫過(guò)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(fù)荷階段，在脫硝裝置入口煙溫低于310℃時(shí)，開啟旁路煙道調(diào)整擋板，節(jié)流省煤器出口主煙道擋板，調(diào)節(jié)SCR裝置入口煙溫，以滿足不同負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)投入的需要。這一措施，使機(jī)組在350MW的低負(fù)荷工況下依然能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(二)機(jī)組協(xié)調(diào)控制脫硝優(yōu)化

現(xiàn)今火電機(jī)組都實(shí)行了CCS協(xié)調(diào)控制，由于受控對(duì)象的復(fù)雜性、滯后性、非線性等因素影響，在AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)變負(fù)荷速率較大工況下，脫硝系統(tǒng)無(wú)法快速響應(yīng)，導(dǎo)致排放濃度波動(dòng)，調(diào)節(jié)滯后。

海豐電廠通過(guò)多次試驗(yàn)及仿真，與相關(guān)公司投運(yùn)了采用基于預(yù)測(cè)控制技術(shù)、先進(jìn)模糊前饋技術(shù)的噴氨控制策略。該SCR脫硝優(yōu)化系統(tǒng)，不改變機(jī)組DCS原有控制功能，由運(yùn)行人員來(lái)判斷和控制。系統(tǒng)投用后，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，SCR出口NOx動(dòng)態(tài)偏差控制在±15mg/m3，極大降低了排放指標(biāo)超限風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了噴氨量，降低了氨逃逸系數(shù)。

(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(jí)技術(shù)，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(fēng)噴嘴，使得燃燒區(qū)域的各二次總風(fēng)量降低，通過(guò)這樣降低了燃燒區(qū)域過(guò)量空氣系數(shù)，增加了燃盡區(qū)域氧氣供給，從而多方控制NOx的形成幾率，達(dá)到降低NOx的目的。

在日常的升負(fù)荷過(guò)程中，啟動(dòng)磨煤機(jī)(尤其上層磨煤機(jī))時(shí)，由于大量的一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，會(huì)造成鍋爐氧量在短時(shí)間內(nèi)快速增大，進(jìn)而造成脫硝入口NOx濃度也大幅度上升。這就要求在啟動(dòng)磨煤機(jī)過(guò)程中，冷熱一次風(fēng)門的調(diào)節(jié)速度應(yīng)緩慢穩(wěn)定，保證一次風(fēng)量、鍋爐總風(fēng)量不會(huì)陡然增加，當(dāng)出現(xiàn)脫硝入口NOx濃度大幅度快速上漲時(shí)，不應(yīng)再繼續(xù)開大風(fēng)門，待調(diào)節(jié)穩(wěn)定之后方可繼續(xù)操作。

在連續(xù)降負(fù)荷過(guò)程中，由于燃燒區(qū)域氧濃度偏高，變工況下風(fēng)煤比失調(diào)，當(dāng)燃料量降低后，風(fēng)量跟蹤調(diào)整滯后，主燃燒區(qū)域氧濃度進(jìn)一步升高，則會(huì)導(dǎo)致NOx大量生成，通過(guò)適當(dāng)關(guān)小運(yùn)行磨組的二次風(fēng)門，降低燃燒區(qū)域的氧量，適當(dāng)開大燃盡風(fēng)風(fēng)門，采用倒三角的配風(fēng)方式，保證燃燒區(qū)域的還原性氛圍，可以大大降低NOx的生成。

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

(四)總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民眾對(duì)環(huán)保、綠色健康的要求越來(lái)越高，特別是習(xí)近平總書記提出：青山綠水，就是金山銀山，舉國(guó)上下的環(huán)保理念以及對(duì)環(huán)保的重視程度也達(dá)到了一個(gè)全新的高度。華潤(rùn)海豐電廠地處深汕合作區(qū)，做為廣東省首家實(shí)現(xiàn)超潔爭(zhēng)排放的百萬(wàn)電廠，在環(huán)?？刂萍碍h(huán)保投入上不遺余力，在運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中，也秉承清潔、環(huán)保、節(jié)能、卓越的一貫理念，時(shí)刻應(yīng)對(duì)新的社會(huì)需求。