超超臨界燃煤四角切圓爐NOx運(yùn)行調(diào)控優(yōu)化探索

喬良

摘 要：隨著國(guó)家環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，對(duì)燃煤火電機(jī)組的環(huán)保參數(shù)控制也就提出了更高的要求。出口氮氧化物（NOx）是燃煤火電機(jī)組環(huán)保調(diào)控的重要參數(shù)，在脫硝SCR工藝下，調(diào)控過高易造成環(huán)保參數(shù)異常，調(diào)控過低易造成空預(yù)器硫酸氫銨（ABS）堵塞。結(jié)合某電廠實(shí)際管理與運(yùn)行情況，就如何實(shí)現(xiàn)Nox運(yùn)行調(diào)控的安全環(huán)?？沙掷m(xù)運(yùn)行進(jìn)行研究和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，供同類型設(shè)施與系統(tǒng)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：NOx;SCR;硫酸氫銨;空預(yù)器;氮氧化物

0? 緒論

我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的大氣污染形勢(shì)，大氣污染問題是國(guó)家環(huán)保調(diào)控的重點(diǎn)。燃煤發(fā)電是導(dǎo)致大氣污染的一個(gè)重要原因，從目前我國(guó)電力能源分布來看，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以燃煤發(fā)電為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生主體性的改變，因此降低火電廠生產(chǎn)過程中的污染物排放就顯得尤為重要。從目前的減排技術(shù)來看，火電廠主要采取SCR脫硝系統(tǒng)與低NOx燃燒系統(tǒng)來降低NOx的排放量。但是在安裝SCR脫硝系統(tǒng)之后，會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行造成不利的影響，主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）燃燒產(chǎn)生的SO2在脫硝SCR反應(yīng)催化劑與煙氣的作用下轉(zhuǎn)化為SO3含量增加，將空預(yù)器酸露點(diǎn)提升，這會(huì)使空氣預(yù)熱器更容易被酸腐蝕或者是出現(xiàn)堵灰的問題。

（2）SCR 脫硝系統(tǒng)中會(huì)逸出未反應(yīng)氨（NH3），其能夠和煙氣中的SO3以及水蒸氣反應(yīng)，生成硫酸氫銨（ABS）凝結(jié)物，這種物質(zhì)在不同溫度下可以分別呈現(xiàn)出氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀[1]。在燃煤機(jī)組中由于煙氣中的飛灰含量比較高，因此硫酸氫銨在146℃～207℃溫度范圍內(nèi)為液態(tài)[1]。液態(tài)的硫酸氫銨具有非常強(qiáng)的捕捉飛灰的能力，其在和煙氣中的飛灰粒子結(jié)合，可以附著于預(yù)熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，這會(huì)導(dǎo)致預(yù)熱器出現(xiàn)腐蝕和堵灰等問題，對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行造成不利的影響[1]。

由于SCR系統(tǒng)可能會(huì)加劇空預(yù)器腐蝕和堵塞等問題，因此需要對(duì)SCR工藝和運(yùn)行調(diào)控進(jìn)行優(yōu)化。

1? 設(shè)備簡(jiǎn)介

華電常德電廠設(shè)計(jì)環(huán)保排放為超凈排放，單臺(tái)機(jī)組凈煙氣出口NOx要求小時(shí)均值限值在50mg/Nm3以內(nèi)。

華電常德電廠2X660MW機(jī)組鍋爐為上海鍋爐有限公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，型號(hào)為：SG-2035/26.15-M6011;型式為：?jiǎn)螤t膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、干式風(fēng)冷除渣、四角切圓燃燒、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置Π型鍋爐[3]。鍋爐燃燒系統(tǒng)按中速磨冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6臺(tái)磨煤機(jī)共24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈順時(shí)針切圓方式燃燒[3]。燃燒方式采用復(fù)合式空氣分級(jí)低 NOx 燃燒系統(tǒng)。燃燒器噴嘴為低NOx寬調(diào)節(jié)比設(shè)計(jì)。燃燒器一、二次風(fēng)分別可上下擺動(dòng)角度為±20°/±30°。在燃燒器主風(fēng)箱上方分別設(shè)置三組燃盡風(fēng)：緊湊、低位、高位燃盡風(fēng)。通過該燃燒系統(tǒng)將爐膛分為初燃區(qū)、NOx還原區(qū)，燃盡區(qū)。燃盡風(fēng)風(fēng)路方向?yàn)樗慕撬腿耄嬉?、二次風(fēng)切圓，切圓角度水平方向正反可調(diào)。

鍋爐尾部煙氣采用選擇性催化還原脫硝處理工藝（SCR）[3]。SCR反應(yīng)器布置在省煤器之后空預(yù)器之前煙道上，脫硝系統(tǒng)采用尿素制氨（NH3）作為還原劑，煙氣從省煤器出口引出至SCR反應(yīng)器內(nèi)，煙氣被處理后從脫硝裝置引出至回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器[3]。脫硝稀釋風(fēng)流程為B空預(yù)器出口一次風(fēng)→電加熱器→熱解爐→噴氨格柵→SCR反應(yīng)器?？疹A(yù)器為三分倉(cāng)容克式。SCR反應(yīng)器與空預(yù)器各設(shè)置2臺(tái)，左右側(cè)對(duì)稱?？疹A(yù)器后布置4組低溫省煤器。

2? NOx運(yùn)行調(diào)控的主要問題

（1）鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行空預(yù)器冷端ABS積累難以清除與空預(yù)器低溫腐蝕，會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器差壓升高，可能造成爐風(fēng)煙系統(tǒng)堵塞，引風(fēng)機(jī)出力不足、搶風(fēng)，一次、送風(fēng)機(jī)失速，爐膛正壓等問題，輕則影響機(jī)組負(fù)荷，總則造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

（2）由于控制煤炭成本，制粉系統(tǒng)難免燃用中硫份以上煤種。根據(jù)多數(shù)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于煤粉爐， 當(dāng)燃煤全硫份小于 1.5%時(shí)， 尾部受熱面不會(huì)發(fā)生明顯的腐蝕和堵灰[2];當(dāng)全硫份達(dá)到 1.5%～ 3%時(shí)， 如不采取措施就會(huì)有明顯的腐蝕和堵灰情況發(fā)生[2]。1.5%硫份對(duì)應(yīng)的空預(yù)器酸露點(diǎn)約145℃。

（3）左、右側(cè)SCR噴氨反應(yīng)無(wú)單側(cè)調(diào)門，兩側(cè)煙氣偏差導(dǎo)致SCR噴氨分布不均，局部氨逃逸過大導(dǎo)致單側(cè)空預(yù)器差壓上升。

（4）爐膛燃燒工況異常，制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式變化或異常，送風(fēng)、二次風(fēng)（燃盡風(fēng)）配風(fēng)調(diào)控不到位，負(fù)荷變化快等易導(dǎo)致SCR入口NOx變化大，不利于后續(xù)調(diào)節(jié)。

（5）尿素至熱解爐噴氨調(diào)節(jié)調(diào)整到出口NOx參數(shù)變化反應(yīng)時(shí)間滯后（尿素噴氨調(diào)整后SCR出口NOx響應(yīng)時(shí)間約為2分49秒，凈煙氣出口NOx響應(yīng)時(shí)間約為6分50秒），不利于反饋調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)調(diào)控NOx難度偏大。

（6）在機(jī)組330MW負(fù)荷以下的調(diào)峰負(fù)荷，特別是40%深度調(diào)峰負(fù)荷，氧量偏大、SCR入口溫度與排煙溫度低不利于NOx調(diào)控。

（7）熱解爐長(zhǎng)期運(yùn)行出口彎頭易出現(xiàn)結(jié)晶、粉塵堵塞問題。

（8）為了控制SCR入口NOX、SO2而造成的爐膛氧量不足，火焰偏高，飛灰、爐渣過高、燃燒器噴口缺氧結(jié)焦等安全問題。

3? 設(shè)備改造

（1）通過送風(fēng)機(jī)出口冷二次風(fēng)管連接二次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)管加裝調(diào)門，使空預(yù)器各增加一組二次風(fēng)旁路調(diào)門，通過關(guān)閉熱風(fēng)再循環(huán)門、開關(guān)二次風(fēng)旁路調(diào)門減少空預(yù)器熱風(fēng)換熱量，調(diào)控空預(yù)器排煙溫度。

（2）左右側(cè)SCR噴氨反應(yīng)器各增加一個(gè)單側(cè)進(jìn)口調(diào)門。對(duì)SCR反應(yīng)器進(jìn)行流場(chǎng)優(yōu)化改造，在SCR噴氨格柵前新增3組導(dǎo)流均布板，在噴氨格柵后增加一組靜態(tài)混合器，優(yōu)化混合反應(yīng)。

（3）#2爐進(jìn)行空預(yù)器防堵循環(huán)風(fēng)改造，從空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)出煙氣側(cè)之前分出一個(gè)分倉(cāng)作為循環(huán)風(fēng)倉(cāng)，使用空預(yù)器改造為四分倉(cāng)空預(yù)器，新的循環(huán)分倉(cāng)使用單獨(dú)風(fēng)道連接，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)使空氣在分倉(cāng)中熱冷風(fēng)不斷循環(huán)，循環(huán)風(fēng)在空預(yù)器熱端吸熱，產(chǎn)生290℃左右的熱風(fēng)，熱風(fēng)從下端進(jìn)入空預(yù)器冷端，對(duì)冷端進(jìn)行加熱，放出熱量，每循環(huán)一次完成一次吸放熱。使空預(yù)器冷端ABS受熱蒸發(fā)。循環(huán)風(fēng)量通過調(diào)節(jié)防堵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。

（4）封堵一次風(fēng)熱風(fēng)再循環(huán)門。防止其開啟后脫硝稀釋風(fēng)攜帶飛灰過多堵塞熱解爐。

4? 運(yùn)行調(diào)控措施

除了上述優(yōu)化改造外，為了更好地優(yōu)化NOx調(diào)控，特規(guī)定以下運(yùn)行措施。

（1）燃燒調(diào)控NOx時(shí)，應(yīng)綜合考慮周全，不應(yīng)以犧牲安全為代價(jià)，避免因過度調(diào)控Nox而發(fā)生缺氧結(jié)焦、飛灰含碳過多、爐溫過低、火焰過高影響穩(wěn)燃、金屬管壁超溫等可能。

（2）合理控制鍋爐空氣過量系數(shù)（1.1～1.25），330MW以內(nèi)控制空預(yù)器入口氧量5.5%以內(nèi)，330MW～430MW氧量控制（5%～4%），430MW～530MW氧量控制（4%～3%），530MW～660MW氧量控制（3%～2%）。

（3）主機(jī)鍋爐燃燒調(diào)整時(shí)要控制好SCR入口N0x，應(yīng)控制在200mg /Nm 3（6%氧量折算）以內(nèi)，最高不應(yīng)超過350mg/Nm3（6%氧量折算）。調(diào)控方式：可通過保證安全與飛灰前提下控制并減少磨機(jī)風(fēng)量、二次風(fēng)量、控制偏置風(fēng)開度，及時(shí)關(guān)閉停運(yùn)磨的二次風(fēng)門至5%。合理開大燃盡風(fēng)門、提高燃燒器擺角，減少煙氣切圓余旋。

（4）保證每班對(duì)燃燒器燃燒情況的定期巡視，防止氧量不足結(jié)焦或因提前燃燒、燃燒器周界風(fēng)冷卻不足而燒壞火嘴。

（5）對(duì)SCR煙氣中的氨氣逃逸率進(jìn)行嚴(yán)格的控制，將其兩側(cè)SCR均控制在<2ppm以內(nèi)。在保證NOx指標(biāo)不超標(biāo)的情況下提高NOx，非特殊要求，出口NOx控制按30-40mg/Nm3的范圍控制。不允許長(zhǎng)時(shí)間低于20mg/Nm3。尿素噴氨調(diào)節(jié)應(yīng)根據(jù)SCR入口NOx前饋?zhàn)兓徛椒€(wěn)調(diào)節(jié)，防止過度調(diào)節(jié)造成出口NOx忽高忽低不回穩(wěn)。尿素噴氨量調(diào)整最大值不應(yīng)超過0.5m3/h.

（6）做好空預(yù)器吹灰工作，頻率為每班熱端一次，冷端至少一次。吹灰使用鍋爐本體（低再出口）汽源，2.0MPa的壓力，溫度350℃進(jìn)行吹灰，吹灰前需疏水水溫至200℃以上。并且對(duì)于吹灰前后空預(yù)器的壓差、排煙溫度等參數(shù)進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)滿負(fù)荷空預(yù)器差壓大于1.5Kpa時(shí)，空預(yù)器冷端進(jìn)行連續(xù)吹灰。

（7）通過空預(yù)器熱風(fēng)二次風(fēng)旁路調(diào)節(jié)保證空預(yù)器排煙溫度與其入口冷二次風(fēng)之和不低于145℃。

（8）燃運(yùn)做好配煤，控制上煤含硫量。通過制粉系統(tǒng)倒換、給煤機(jī)偏置控制折算爐內(nèi)全硫份在1.4%以內(nèi)，控制原煙氣入口折算硫小于2700mg/Nm3.

（9）制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式應(yīng)避免隔層運(yùn)行，盡量保證燃料集中燃燒。達(dá)到停磨條件時(shí)及時(shí)停運(yùn)上層制粉系統(tǒng)，保證煤粉濃度。若非運(yùn)行底層磨，調(diào)配二次風(fēng)開啟燃盡風(fēng)門時(shí)，為保證分級(jí)燃燒效果，應(yīng)優(yōu)先開啟高一級(jí)燃盡風(fēng)。磨煤機(jī)粉管風(fēng)速不低于22M/S情況下控制磨機(jī)一次風(fēng)量。及時(shí)關(guān)閉停運(yùn)磨一次風(fēng)門。45%負(fù)荷以內(nèi)調(diào)峰時(shí)，為保證SCR入口溫度，運(yùn)行B、C、D磨煤機(jī)并適當(dāng)提高燃燒器擺角。

（10）工況異?；蚩焖僮儎?dòng)時(shí)，主機(jī)監(jiān)盤人員及時(shí)調(diào)控燃燒NOx，并與環(huán)化監(jiān)盤調(diào)控人員溝通協(xié)調(diào)。

（11）保證熱解爐計(jì)量分配模塊霧化壓力高于0.55Mpa，熱解爐出口溫穩(wěn)定在350～360℃左右。監(jiān)視脫硝稀釋風(fēng)量、風(fēng)壓是否正常，熱解爐電加熱器出口和熱解爐出口溫度差不應(yīng)超過200℃。 每日晚班進(jìn)行噴氨格柵測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)溫度低于120℃及時(shí)通知維護(hù)疏通。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙氣流場(chǎng)不均勻，噴氨格柵流量分布不合適時(shí)，可在鍋爐專業(yè)指導(dǎo)下進(jìn)行噴氨格柵流量分布調(diào)整。發(fā)現(xiàn)熱解爐有堵塞現(xiàn)象時(shí)，立即匯報(bào)值長(zhǎng)并通知維護(hù)，并適當(dāng)提高熱解爐出口溫度（最高370℃），脫硝電加熱模塊單點(diǎn)溫度不應(yīng)超過800℃。熱解爐在啟動(dòng)、退出時(shí)進(jìn)行不少于15min的除鹽水沖洗。熱解爐啟動(dòng)前做噴槍霧化試驗(yàn)正常。

（12）確保尿素品質(zhì)，配置的尿素溶液濃度達(dá)到設(shè)計(jì)值，密度1140kg/m3，尿素溶液溫度控制在50～60度。

（13）加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維檢查，提高可靠性。加強(qiáng)NOx、氨逃逸、空預(yù)器與SCR差壓、空預(yù)器電流的日常檢查分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)研究處理。加強(qiáng)同類型設(shè)備技術(shù)交流，優(yōu)化設(shè)備工藝、調(diào)控措施。

（14）當(dāng)空預(yù)器差壓升至2kpa時(shí)，組織進(jìn)行80%負(fù)荷單側(cè)空預(yù)器排煙溫度升溫試驗(yàn)，將單側(cè)排煙溫度升至180℃進(jìn)行空預(yù)器吹灰，減少ABS積累，通過低省調(diào)節(jié)排煙出口溫度。

（15）停爐后及時(shí)安排空預(yù)器，熱解爐、脫硝電加熱、噴氨格柵內(nèi)部定檢。根據(jù)情況安排空預(yù)器高壓水沖洗或清理堵塞。

結(jié)論

通過設(shè)備改造與NOx運(yùn)行調(diào)控規(guī)定實(shí)施之后，控制了空預(yù)器腐蝕、堵塞等問題，更好地保證了機(jī)組的環(huán)保安全運(yùn)行，如今#1/#2爐滿負(fù)荷空預(yù)器差壓分別控制在1.47Kpa/1.27Kpa以內(nèi)，起到了良好的效果。

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