電廠低負(fù)荷脫硝運(yùn)行方式及氮氧化物的控制

郝潤生

摘? 要：本文通過對漳澤發(fā)電廠2×1000MW“上大壓小”改擴(kuò)建工程、電廠低負(fù)荷脫硝運(yùn)行方式及NOx的控制技術(shù)的研究，提出本工程寬負(fù)荷脫硝采用零號高加技術(shù)方案;NOx的控制技術(shù)采用優(yōu)化“脫硝裝置煙氣系統(tǒng)及氨煙氣混合系統(tǒng)的流場、鍋爐的配風(fēng)方式、制粉系統(tǒng)風(fēng)煤比、脫硝控制邏輯等”，實(shí)現(xiàn)對脫硝裝置SCR（選擇性催化還原法）反應(yīng)器進(jìn)出口NOx的有效控制，以確保脫硝裝置安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：脫硝? SCR裝置? 寬負(fù)荷? 研究控制

中圖分類號：X77 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098 X （2020）07（c）-0112-03

Abstract： In this paper， through the reconstruction and expansion project of Zhangze Power Plant， which is 2×1000MW， the project of "putting more pressure on the larger and reducing the smaller"， study on the low load denitration operation mode and NOx control technology of the power plant， and propose the No.0 high pressure heater technology scheme for the wide load denitration of the project; the NOx control technology adopts optimization of "flow field of flue gas system and ammonia flue gas mixing system of denitration device， air distribution mode of boiler， air coal ratio of pulverizing system， denitration control logic， etc." to realize SCR （selective catalytic reduction method） of denitration device ）The effective control of NOx at the reactor inlet and outlet can ensure the safety， environmental protection and economic operation of denitration device.

Key Words： Denitration; SCR unit; Wide load; Research control

漳澤發(fā)電廠2×1000MW“上大壓小”改擴(kuò)建工程，為建設(shè)2臺(tái)超超臨界空冷燃煤發(fā)電機(jī)組。按目前的常用SCR脫硝技術(shù)，由于受到煙氣溫度條件的制約，燃煤火電機(jī)組在啟?；虻拓?fù)荷運(yùn)行等階段，煙氣溫度低于脫硝設(shè)計(jì)的反應(yīng)最低溫度300℃，煙氣脫硝設(shè)施無法正常投入運(yùn)行。另外，根據(jù)2017年3月28日晉環(huán)監(jiān)控函【2017】193號要求，啟動(dòng)時(shí)間原則上并網(wǎng)后不得超過4h。受到SCR脫硝技術(shù)煙氣溫度條件的制約及環(huán)保的要求，這就提出了采用寬負(fù)荷脫硝技術(shù)來滿足NOx排放要求，采用何種寬負(fù)荷脫硝技術(shù)以及NOx的控制技術(shù)，這就需要結(jié)合本工程機(jī)組的設(shè)計(jì)工況及特點(diǎn)進(jìn)行研究。

1? 設(shè)備概述

漳澤發(fā)電廠2×1000MW“上大壓小”改擴(kuò)建工程，為建設(shè)2臺(tái)超超臨界空冷燃煤發(fā)電機(jī)組。采用低氮燃燒+SCR（還原劑為尿素）技術(shù)。主要性能指標(biāo)：

脫硝系統(tǒng)入口煙氣中NOx含量不大于350mg/Nm3;

SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%;

氨的逃逸率不大于3ppm;

鍋爐40%BMCR～100%BMCR負(fù)荷;

最低連續(xù)運(yùn)行煙溫：310℃;

從以上指標(biāo)可以看出，SCR裝置入口煙溫是脫硝裝置的主要指標(biāo)，低負(fù)荷工況下，SCR裝置入口煙溫低于310℃，使得SCR裝置無法正常運(yùn)行，造成NOx難以控制、催化劑失活、氨逃逸增高等。因此，有必要采用寬負(fù)荷脫硝技術(shù)來滿足NOx排放要求，實(shí)現(xiàn)最低出力以上全負(fù)荷、全時(shí)段穩(wěn)脫硝來滿足環(huán)保要求。

2? 寬負(fù)荷脫硝技術(shù)研究

2.1 寬負(fù)荷脫硝技術(shù)研究分析

要實(shí)現(xiàn)SCR脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行，技術(shù)路線主要是提高進(jìn)入SCR裝置煙溫滿足脫硝系統(tǒng)要求。目前，主要技術(shù)有設(shè)置零號高加、省煤器分級和省煤器煙氣旁路等。

2.1.1 設(shè)置零號高加

設(shè)置零號高加技術(shù)為：機(jī)組低負(fù)荷時(shí)抽汽到零號高加加熱給水，提高給水溫度，提高省煤器出口煙溫。原省煤器設(shè)計(jì)不變;設(shè)置零號高加及抽汽疏水管路及相關(guān)閥門;回?zé)嵯到y(tǒng)增加抽汽點(diǎn)等。其技術(shù)路線是提高給水溫度，保持脫硝入口煙溫正常工作范圍。該技術(shù)可靠性好，但低負(fù)荷熱耗降幅明顯，適用于新建機(jī)組。

2.1.2 省煤器分級

省煤器分成兩級布置，增加連接管道及低溫段進(jìn)、出口集箱、支吊架。一級布置在SCR 反應(yīng)器的入口，另一級布置在 SCR 反應(yīng)器出口。其技術(shù)路線是在機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，降低省煤器吸熱，提高SCR 反應(yīng)器的入口煙氣溫度，該技術(shù)爐效基本不變，可靠性較好。但該技術(shù)投資成本高、施工難度大、改造工期長，不適合老機(jī)組改造，適用于新建機(jī)組。

2.1.3 省煤器煙氣旁路

該技術(shù)需要增加旁路煙道及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，其技術(shù)路線是分流煙氣，是在機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，減少省煤器煙氣側(cè)放熱，以提升 SCR 入口煙溫。該技術(shù)煙溫提升效果明顯，易控制但該技術(shù)存在降低爐效、擋板及機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定等問題，適用于老機(jī)組改造。

2.2 新建機(jī)組寬負(fù)荷脫硝主流技術(shù)的比較

從上述研究分析看，新建機(jī)組低負(fù)荷脫硝主流技術(shù)主要為設(shè)置零號高加、省煤器分級。本工程為新建設(shè)機(jī)組，現(xiàn)將這二種技術(shù)比較如下：

零號高加或省煤器分級兩種方案SCR入口煙溫，根據(jù)供貨方提供的技術(shù)參數(shù)比較如表1。

根據(jù)供貨方設(shè)計(jì)，本工程原設(shè)計(jì)負(fù)荷點(diǎn)為大于75%THA工況，SCR進(jìn)口煙溫為≥350℃，方具有較高的脫硝效率。原設(shè)計(jì)40%THA工況，SCR進(jìn)口煙溫為302℃。為保證40%THA負(fù)荷點(diǎn)的脫硝高效率運(yùn)行，SCR進(jìn)口煙溫溫升需在原設(shè)計(jì)升高約40℃，給水溫度需溫升約40℃左右。供貨方提供的設(shè)置分級省煤器40%THA工況下SCR入口煙溫在原設(shè)計(jì)點(diǎn)僅提高23℃左右，煙溫提幅有限。零號高加方案40%THA工況下SCR入口煙溫在原設(shè)計(jì)點(diǎn)提高37℃左右，效果明顯。

通過以上比較可以看出，采用加裝零號高加技術(shù)方案，提高給水溫度，提高脫硝煙氣反應(yīng)溫度，可滿足全負(fù)荷脫硝煙氣溫度要求。為此，本工程在低負(fù)荷工況下，脫硝采用了零號高加技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝。

3? NOx控制技術(shù)研究

3.1 影響SCR裝置NOx排放的主要因素

（1）SCR裝置流場。

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)各截面的煙氣流場、NOx濃度場分布不均勻，將會(huì)影響脫硝裝置的噴氨量，使得氨逃逸增大，易產(chǎn)生硫酸氫氨，使催化劑失活。

（2）SCR反應(yīng)器入口NOx波動(dòng)劇烈。

SCR反應(yīng)器出口NOx發(fā)生波動(dòng)的最直接原因是SCR反應(yīng)器入口NOx的波動(dòng)，這將影響SCR反應(yīng)器出口NOx的控制效果。影響的因素主要為：燃燒區(qū)的溫度和氧含量、負(fù)荷變化、給煤量和總風(fēng)量的變化等。

（3）磨煤機(jī)的啟?？刂?。

磨煤機(jī)的啟停時(shí)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)煤比變化，從而引起氧量的變化，使得SCR反應(yīng)器入口NOx的發(fā)生波動(dòng)。

（4）脫硝控制設(shè)備原因。

CEMS小間離取樣點(diǎn)遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx測量的滯后性，使得脫硝系統(tǒng)噴氨量控制難以達(dá)到較好效果。

脫硝控制邏輯原因，傳統(tǒng)的PID控制屬于事后控制，對具有延時(shí)的不易以取得理想的效果。

3.2 針對影響NOx排放采取的控制技術(shù)

（1）針對SCR系統(tǒng)流場不均勻的問題，要優(yōu)化設(shè)計(jì)反應(yīng)器及煙道系統(tǒng)的流場、合理設(shè)計(jì)氨煙氣混合系統(tǒng)等問題。通過煙氣脫硝裝置數(shù)模等手段，保證本工程對流場模擬要求。主要指標(biāo)至少應(yīng)滿足以下要求：

入口煙氣流速偏差<±15%（均方根偏差率）

入口煙氣流向<±10°

入口煙氣溫度偏差<±10℃

NH3/NOx摩爾比絕對偏差 <5%

（2）針對SCR反應(yīng)器入口NOx波動(dòng)劇烈問題，精細(xì)優(yōu)化鍋爐的配風(fēng)方式;實(shí)時(shí)監(jiān)測入爐煤煤質(zhì)，尋找規(guī)律，實(shí)現(xiàn)變煤質(zhì)下，燃燒的快速優(yōu)化調(diào)整;建立不同負(fù)荷爐內(nèi)煤粉燃燒特性規(guī)律及最佳配風(fēng)方式。

（3）針對磨煤機(jī)的啟停問題，優(yōu)化制粉系統(tǒng)風(fēng)煤比及排煙氧量對各磨的總風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)安全高效的風(fēng)煤比優(yōu)化。

（4）針對脫硝控制設(shè)備，CEMS小間設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用選擇離取樣點(diǎn)近的位置，以減少測量SCR進(jìn)出口NOx測量的滯后性;對脫硝控制邏輯原因引起NOx測量的滯后問題，優(yōu)化脫硝控制邏輯，變事后控制為超前預(yù)測控制，實(shí)現(xiàn)對SCR進(jìn)出口NOx測量精準(zhǔn)控制。

4? 結(jié)語

本工程寬負(fù)荷脫硝采用零號高加技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)提高脫硝煙氣反應(yīng)溫度，從而滿足全負(fù)荷脫硝煙氣溫度要求。NOx的控制技術(shù)采用采用優(yōu)化“SCR反應(yīng)器及煙道系統(tǒng)、氨煙氣混合系統(tǒng)的流場、鍋爐的配風(fēng)方式、風(fēng)煤比、脫硝控制邏輯”等，實(shí)現(xiàn)對SCR裝置進(jìn)出口NOx測量有效控制，以確保脫硝SCR裝置安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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