大型燃煤電廠啟停過程中降低NOx 排放控制策略

錢勇武

（江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214513）

我國沿海地區(qū)某大型燃煤電廠采用1000MW 的前后墻對沖燃燒、平衡通風式超臨直流鍋爐機組，其使用高含塵布置方式加設脫硝裝置，并且在鍋爐的空預器入口位置設置了選擇性催化還原法脫硝裝置，同時，選用蜂窩式催化劑。在鍋爐空預器之前設置SCR 反應器，保障催化劑的運行溫度能夠與省煤器出口位置的煙氣溫度相近。該燃煤電廠的催化劑運行溫度為300 ～400℃，因此，SCR 脫硝裝置在實際的運行中無法全工況投入，在機組啟停過程中就會導致NOx 的排放濃度無法準確控制，需要采取一定的控制策略和手段，以實現(xiàn)機組啟停過程中NOx 的降低排放。

1 NOx 生成機理

NOx 的生成一般是在燃煤燃燒的過程中產(chǎn)生的NO 以及NO2，還有少量的N2O 等，根據(jù)相關研究和分析，大型燃煤電廠鍋爐煙氣中的NOx 生成機理主要有三種類型。

其一，是燃料型，即是在燃煤內(nèi)部存在的氮化合物在較為劇烈的燃燒中會因受熱而出現(xiàn)分解現(xiàn)象，從而在經(jīng)過氧化過后就會生成NOx。這種類型NOx 的生成量一般是在總生成量的70%～80%。與其他生成途徑相比，燃料型NOx 的生成相對比較復雜，其與燃煤的特性組成燃料比具有較大的關聯(lián)。而且同一種燃煤NOx的生成量與鍋爐爐膛的過量空氣系數(shù)以及煤粉在燃燒著火區(qū)所停留的時間，通常是成一種正比的關系。其二，是熱力型NOx 的生成，在鍋爐爐膛內(nèi)部的氮氣如果發(fā)生高溫氧化反應，就會生成NOx。在大型燃煤電廠的燃燒區(qū)域中，溫度在1350℃以下時，就會生成燃料型的NOx，而一旦溫度上升到1350℃以上，就會形成熱力型NOx，而且溫度上升越快，其生成量就越多。當爐膛內(nèi)的溫度高于1600℃時，熱力型NOx 的生成量占總生成量的25%～30%。而且NOx 不會受到燃煤所含化學成分的作用和干擾。其主要與燃煤燃燒時的溫度、氧氣濃度、在高溫區(qū)停留時間等成正比關系。其三，是快速型NOx，燃煤材料在爐膛內(nèi)劇烈燃燒時會產(chǎn)生一些碳氫離子團，在與空氣中含有的氮氣相接觸時就會發(fā)生一定的反應，從而生成NOx，不過快速型NOx 的生成量一般都較小，不會超過5%，通常被忽略不計。快速型NOx 生成量與爐膛內(nèi)的壓力具有關聯(lián)性，其與爐內(nèi)壓力的0.5 次方成正相關關系，與燃煤燃燒區(qū)域的溫度存在的聯(lián)系相對較小。

2 啟停機過程NOx 數(shù)據(jù)分析

在該大型燃煤電廠中，采用選擇性催化還原的方法進行脫硝，將液態(tài)的NH3經(jīng)過液氨蒸發(fā)裝置加熱后形成氣態(tài)的NH3，然后，通過一次風將其安全濃度稀釋到5%以下，在經(jīng)過注氨格柵上的噴嘴直接噴入鍋爐煙氣中，在與煙氣充分的、均勻的接觸后，共同進入脫硝反應器中，此時，反應器為垂直放置狀態(tài)。在其催化作用下促使煙氣中含有的NOx 以及氨嫩夠在催化劑的表面發(fā)生還原反應，這一過程中可以生成一定量的N2以及H2O，從而實現(xiàn)NOx 的有效脫除。然而，由于催化劑的特性會受到煙氣溫度的影響，在鍋爐點火以及并網(wǎng)的初期負荷階段，無法運行脫硝裝置。近幾年，該大型燃煤電廠出現(xiàn)了電力裝機過剩的現(xiàn)象，就導致了電廠臨時發(fā)電小時下降的情況，同時，汽輪發(fā)電機組啟停調峰工作越來越頻繁。在該沿海大型燃煤電廠中，機組啟停時鍋爐煙氣存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如表1 以及表2 所示，其是鍋爐機組啟機工況下NOx 的排放量以及在鍋爐停機工況下的NOx 的排放數(shù)據(jù)。

表1 啟機工況NOx 排放數(shù)據(jù)表

表2 停機工況NOx 排放數(shù)據(jù)表

根據(jù)表1 和表2 所示，在啟機工況中Q1 和Q2 分別是點火0.5h 以及1h 的數(shù)據(jù)情況，發(fā)現(xiàn)在點火的初始階段，當燃煤數(shù)量一定時，NOx 的生成量呈現(xiàn)上升趨勢，主要的原因是由于在著火區(qū)域溫度有所上升，形成了大量的熱力型NOx。同時表中Q2 ～Q5 工況下燃煤量增加，煙囪出口的NOx 生成量有小幅度的減少，這說明，鍋爐煙氣溫度的升高和燃煤數(shù)量的增加會使熱力型NOx 和燃料型NOx 生成量隨之增加。在總風量數(shù)據(jù)變化較小時，燃料增加消耗部分氧氣量之后，煙囪出口的含氧量會有所下降，并且出口折算后NOx 的生成量也有明顯的下降。而Q6 ～Q7 是并網(wǎng)之后兩臺磨煤機運行時的工況，并且Q7 的脫硝入口和煙囪出口的NOx濃度相比，Q6 要低，這種現(xiàn)象主要是因為缺氧環(huán)境導致熱力型NOx 生成量下降而產(chǎn)生的。最后的Q8 工況是脫硝投入狀況下的數(shù)據(jù)，說明了煙囪出口氧量較高時，同樣可以有效的控制NOx 的排放濃度。所以，綜合來說，在啟機過程中，由于送風量較大，單臺磨煤機運行時其可以通過提高燃煤用量來營造缺氧環(huán)境，不能夠有效地降低NOx 的排放量，而采用兩臺磨煤機時則可以在一定程度上減少NOx 的排放。

在停機過程中T1 工況明顯是剛退出脫硝工況，在反應器中還殘留有一定的反應物質，所以，dshg 煙囪出口的NOx 含量并不高，即使氧量達到了14.4%，但折算后的NOx 排放值仍然不超出排放標準，這說明在脫硝投入的工況中，氧量較高時也可以控制NOx 的排放，不過會增加脫硝噴氨量。從T2 以及T3 工況中，可以發(fā)現(xiàn)在總煤量減少的情況下，折算后的NOx 與脫硝入口和煙囪出口的生成量有較為明顯的差異，所以熱力型NOx 的生成與折算后的NOx 數(shù)值之間的聯(lián)系不大。在T4 工況中則可以發(fā)現(xiàn)在煤量處于40t/h 時，與前幾種工況相比，其脫硝入口和煙囪出口的NOx 排放量濃度有所下降，主要的原因是爐膛內(nèi)的溫度降低導致的。

3 控制策略

針對上述分析，對該大型燃煤電廠啟停過程中降低NOx 排放的控制策略如下：

（1）在點火前，要確認兩臺漿液循環(huán)泵的工作狀況正常，并及時校驗CEMS，確保測點無異常。

（2）在啟機過程中，如果燃燒穩(wěn)定則可以在最小風量的基礎上，降低總風量。并且要嚴格控制鍋爐升溫升壓的速度，適當?shù)奶砑尤济河昧?，從而減少煙囪出口的氧量，以進一步降低折算后的NOx 排放量。

（3）在啟機并網(wǎng)之后，則要盡快投入使用高加系統(tǒng)，從而可以保障省煤器合理的降低煙氣溫度，最大限度地保障脫銷裝置能夠在最短時間內(nèi)投入運行和使用中。

（4）在啟機時，要在脫硝投入之前使用兩臺或者三臺磨煤機，同時在啟停的過程中，要盡量控制爐膛內(nèi)的負壓，還要盡可能地減少爐膛以及煙道漏風的現(xiàn)象，以降低對氧量的影響和干擾，從而可以降低煙囪出口污染物折算值。并且在并網(wǎng)前要保障各項參數(shù)符合標準和要求，其中最為重要的即是保障煙囪出口氧氣含氧量在16%以下。

（5）在停機過程中，盡可能保持高負荷段運行的時間，鍋爐轉濕態(tài)后到發(fā)電機的解列時間可以控制在1.5h 之內(nèi)。并在條件允許的情況下，可以適當?shù)亟档腿济毫浚档蜖t膛內(nèi)的溫度，從而可以通過縮短停爐的時間降低NOx 的排放。

（6）在停機時，基于燃燒穩(wěn)定的現(xiàn)狀，可以降低總風量，減少對折算值的影響。

4 結語

綜上所述，大型燃煤電廠在啟停過程中對NOx 的控制排放，要針對啟停過程的數(shù)據(jù)分析，基于機組運行和調整的角度，采取降低氧氣量、提高煙氣溫度以及增加高負荷段運行時間、盡快投入脫硝裝置等，將機組運行中產(chǎn)生的NOx 排放量控制到最低，保障燃煤鍋爐的煙氣排放符合相關標準。