330 MW燃煤機(jī)組NOx排放值超標(biāo)控制方法研究分析

劉元斐

(華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，濟(jì)南 271100)

0 引 言

國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的需要,堅(jiān)持“人與自然和諧發(fā)展”的發(fā)展理念，強(qiáng)調(diào)“守護(hù)青山綠水，建設(shè)美麗中國(guó)”。降低粉塵等污染物的排放、防止酸雨等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，環(huán)保排放達(dá)標(biāo)是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然之路。

環(huán)保意識(shí)提升的需要。由于萊城電廠地處濟(jì)南萊蕪主城區(qū)，周邊生活小區(qū)逐漸增多，居民環(huán)保意識(shí)逐漸提高；同時(shí)上級(jí)公司對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高，監(jiān)督和處罰都越來(lái)越嚴(yán)。因此，需要進(jìn)一步提升環(huán)保意識(shí)，確保環(huán)保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

提升環(huán)保工作水平的需要。萊城電廠各級(jí)部門越來(lái)越重視環(huán)保參數(shù)的控制，在控制好脫硝入口NOx生成的前提下，進(jìn)一步控制脫硝出口NOx的排放，將環(huán)保外傳超標(biāo)等同于一類障礙，考核堪比非停。

1 機(jī)組NOx排放狀況

根據(jù)DL/T296—2011《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》，萊城電廠能夠達(dá)標(biāo)排放，但近幾年環(huán)保部門為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要要求超低排放，萊城電廠規(guī)定NOx超低排放低于50(mg·m-3)/h[1]。但由于參數(shù)失真、管路堵塞、負(fù)荷大幅波動(dòng)等原因，排放外傳值超標(biāo)狀況時(shí)有發(fā)生，為環(huán)保工作帶來(lái)壓力。精準(zhǔn)化調(diào)整脫硝排放小時(shí)值，降低排放超標(biāo)小時(shí)數(shù)甚至零超標(biāo)是企業(yè)今后持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)。為達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，深挖節(jié)能降耗潛力，對(duì)2018年以來(lái)該廠影響超標(biāo)的原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 影響外傳分鐘值超標(biāo)的原因統(tǒng)計(jì)

探討降低入口NOx數(shù)值的同時(shí)，選擇最佳的噴氨量，防止過(guò)量的噴氨造成空預(yù)器生成硫酸氫銨堵塞空預(yù)器，不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。綜合考慮噴氨的利弊，將NOx出口小時(shí)值定為35～40(mg·m-3)/h，運(yùn)行指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)將NOx出口分鐘排放值控制在35±1(mg·m-3)/h滿分考評(píng)。

2 原因分析

分析超標(biāo)因素和機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中引起參數(shù)波動(dòng)的工況等因素，對(duì)影響外傳分鐘值超標(biāo)的原因進(jìn)行剖析[2]。查找可控控制因素，見表2。

表2 影響外傳排放分鐘值的末端因素可控分析表

3 改進(jìn)措施

在煤質(zhì)無(wú)法干預(yù)情況下，運(yùn)行調(diào)整操作中防止NOx超標(biāo)，通過(guò)2018年超標(biāo)分析，提高噴氨可控度，制定改進(jìn)措施。

3.1 優(yōu)化調(diào)閥程序與增加外傳小時(shí)值顯示

在確認(rèn)DCS畫面各個(gè)數(shù)據(jù)顯示正常情況下，建議在電腦屏幕增加環(huán)保網(wǎng)站的同步小時(shí)值，光子牌顯示外傳小時(shí)值超標(biāo)報(bào)警(超標(biāo)發(fā)紅)以及脫硝畫面兩側(cè)NOx出口數(shù)值；同時(shí)建議熱控部門在不增加就地設(shè)備的前提下，在原脫硝系統(tǒng)對(duì)噴氨調(diào)閥增加優(yōu)化調(diào)整程序，在原脫硝系統(tǒng)畫面增設(shè)投停模塊，方便運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行解投操作。

增加電腦顯示屏，顯示與環(huán)保網(wǎng)站實(shí)時(shí)的NOx小時(shí)值，便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)分析調(diào)整NOx分鐘值，及時(shí)調(diào)整噴氨量定值，保證整個(gè)時(shí)段的外傳可靠。

3.2 配合熱控增加調(diào)閥控制優(yōu)化程序

如圖1所示，將入口NOx作為前饋量引入調(diào)閥動(dòng)作程序中，入口NOx濃度預(yù)估：鍋爐燃燒產(chǎn)生的NOx量與鍋爐燃燒的各種參量相關(guān)，在鍋爐負(fù)荷較大時(shí)，產(chǎn)生的NOx量較大。根據(jù)鍋爐燃燒狀態(tài)和出口NOx量的相關(guān)性分析，建立鍋爐燃燒與NOx產(chǎn)生量模型，從而預(yù)估出口NOx量，減少NOx含量測(cè)量延遲對(duì)控制系統(tǒng)的影響。前饋量的補(bǔ)償優(yōu)化調(diào)閥動(dòng)作，集控畫面增加調(diào)閥按鈕，方便操作。

圖1 調(diào)閥控制邏輯示意圖

3.3 濾網(wǎng)結(jié)晶，異物堵塞：運(yùn)行人員就地緊急處理

隨著閥門的增多，結(jié)晶或異物堵塞管路，造成噴氨降低。需要及時(shí)準(zhǔn)確判斷出堵塞部位，及時(shí)隔離，調(diào)整相應(yīng)閥門，保證供氨量，防止排放超標(biāo)。這需要運(yùn)行人員就地快速操作，否則SCR入口NOx在300～500 mg/m3運(yùn)行狀態(tài)下，10 min左右可造成排放超標(biāo)[3]。

3號(hào)、4號(hào)機(jī)組距離液氨站相對(duì)較遠(yuǎn)，供氨管路距離長(zhǎng)，易發(fā)生壓力降低等異常。根據(jù)以往檢修經(jīng)驗(yàn)，敲擊管路易出現(xiàn)堵塞部位，壓力會(huì)出現(xiàn)回升。曾經(jīng)出現(xiàn)脫硝噴氨母管隔離門后法蘭處未檢測(cè)到漏汽及滴水現(xiàn)象，管路完全堵塞。冬季噴氨管路更易發(fā)生結(jié)晶，需要引起相關(guān)部門重視，同時(shí)化學(xué)工作人員對(duì)蒸發(fā)器的操作也會(huì)易引發(fā)管路供氨壓力波動(dòng)。

在確認(rèn)各項(xiàng)DCS數(shù)據(jù)顯示無(wú)誤的狀況下，管路堵塞時(shí)(主要發(fā)生在管路截止閥部位)，運(yùn)行就地進(jìn)行調(diào)整。

檢查發(fā)現(xiàn)A側(cè)出口NOx持續(xù)升高時(shí)，投自動(dòng)的噴氨調(diào)閥開大，噴氨量不升反降。判斷A側(cè)噴氨管路出現(xiàn)堵塞，立即敲擊管路易出現(xiàn)堵塞部位，壓力若未出現(xiàn)回升，聯(lián)系檢修處理。

就地打開A側(cè)噴氨調(diào)閥旁路門，注意噴氨量的變化，若噴氨量增加，則表明噴氨調(diào)閥處出現(xiàn)堵塞，關(guān)閉噴氨調(diào)閥前后隔離門，利用旁路閥手動(dòng)調(diào)節(jié)噴氨量。手動(dòng)控制噴氨量時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)整，防止旁路閥開關(guān)幅度過(guò)大。

若旁路閥打開后噴氨量無(wú)變化，則判斷為噴氨管路三通后逆止門發(fā)生堵塞，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉A氨/空氣混合器供氨逆止門后隔離門，打開A、B供氨管道聯(lián)絡(luò)門，通過(guò)B側(cè)供氨管路向兩側(cè)噴氨。

單側(cè)供氨期間，應(yīng)通過(guò)燃燒調(diào)整，適當(dāng)降低脫硝入口NOx，盡量降低兩側(cè)的噴氨量，防止脫硝參數(shù)超標(biāo)。同時(shí)關(guān)小B側(cè)供氨聯(lián)絡(luò)門后隔離門，保證A側(cè)流量。

若上述操作仍不能降低SCR出口數(shù)值，則判斷為聯(lián)絡(luò)門后閥門及管路堵塞，將堵塞部位隔離后，確保氨氣無(wú)泄漏情況下，聯(lián)系檢修處理。

3.4 優(yōu)化探討機(jī)組運(yùn)行方式，提高SCR入口溫度

改進(jìn)措施：C1小油槍點(diǎn)火開機(jī)，2019年為了提高機(jī)組調(diào)峰時(shí)脫硝入口煙溫及再熱蒸汽溫度，在3號(hào)、4號(hào)爐小修期間，改進(jìn)低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器：C1層換成富氧微油燃燒器；C2層分級(jí)成C21和C22兩層一次風(fēng)燃燒器為高位燃燒分級(jí)燃燒器，用煤粉分級(jí)轉(zhuǎn)換器將頂部一路煤粉燃料分為純濃、純淡兩路，煤粉燃燒器由原先的6層改造為7層，保證高效、低氮燃燒[4]。在各部門的配合下，進(jìn)行了啟動(dòng)參數(shù)對(duì)比。2019年將3號(hào)機(jī)組C1小油槍點(diǎn)火啟動(dòng)與A2小油槍點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程的脫硝入口溫度進(jìn)行對(duì)比，見表3。

表3 脫硝入口煙溫不同啟動(dòng)方式對(duì)照表

從表3數(shù)據(jù)對(duì)比分析，采用C1小油槍啟動(dòng)比A2小油槍點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，脫硝入口煙溫升高20 ℃以上。提前投入脫硝系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了催化劑的效率，降低了外傳NOx超標(biāo)量。

3.5 優(yōu)化配風(fēng)方式

二次風(fēng)系統(tǒng)改為“縮腰型”配風(fēng)[5]。因投運(yùn)脫硝系統(tǒng)爐膛改變了原有設(shè)計(jì)，二次風(fēng)配風(fēng)發(fā)生變化。提出風(fēng)箱配風(fēng)方式的改進(jìn)方法：盡量控制兩側(cè)SOFA風(fēng)開度在60%以上。SOFA風(fēng)開大的過(guò)程中，監(jiān)視爐膛各角風(fēng)箱壓力，控制風(fēng)箱壓力不低于0.5 kPa。輔助風(fēng)風(fēng)門在60%左右，同時(shí)根據(jù)負(fù)荷及SCR入口NOx濃度狀況確定具體的開度，保持“縮腰型”配風(fēng)。通常，低負(fù)荷開大AA風(fēng)門對(duì)降低SCR入口NOx濃度的影響比高負(fù)荷時(shí)大，及時(shí)地調(diào)整二次風(fēng)擋板開度。由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，能有效地降低了NOx的生成，如圖2所示。

圖2 二次風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整圖

4 實(shí)施效果

運(yùn)行人員根據(jù)負(fù)荷和相關(guān)的測(cè)點(diǎn)顯示，對(duì)SCR入口NOx排放量波動(dòng)趨勢(shì)預(yù)判，對(duì)噴氨量進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)估，以及儀表吹掃工況下分鐘值控制更加精細(xì)，與2018年同期比較，震蕩波幅顯著減小，防止小時(shí)值超標(biāo)成效顯著。2019年上半年2臺(tái)機(jī)組均無(wú)NOx小時(shí)值超標(biāo)發(fā)生，環(huán)保壓力減小。

2019年上半年日均噴氨量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。

表4 3號(hào)、4號(hào)爐日均噴氨量對(duì)比表

由表4可知，在調(diào)整運(yùn)行操作后，2臺(tái)爐噴氨量下降明顯，因?yàn)槟壳爸挥?號(hào)爐加裝脫硝優(yōu)化邏輯，相比4號(hào)爐降低明顯，加上4號(hào)機(jī)組在一季度多次參與低負(fù)荷調(diào)峰，噴氨量偏大，其中3號(hào)爐日均噴氨量5個(gè)月減少603 kg，每月日均噴氨量減少約120 kg，半年可節(jié)約成本6.48萬(wàn)元。通過(guò)精細(xì)化調(diào)整的實(shí)施，節(jié)省了發(fā)電成本，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。

采用改進(jìn)措施后，正常調(diào)整后，2臺(tái)機(jī)組全年可節(jié)約液氨支出25.9萬(wàn)元。

精益調(diào)整鍋爐配風(fēng)，應(yīng)用“束腰型”配風(fēng)，保持最佳爐膛氧量，及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，保證了二次風(fēng)剛性與燃燒的完全性，確保了噴氨量的有效下降和環(huán)保參數(shù)的“零”次超標(biāo)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

2臺(tái)機(jī)組外傳NOx全年無(wú)超標(biāo)，環(huán)保壓力降低，企業(yè)獲得較高的社會(huì)認(rèn)可度。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)綜合改進(jìn)優(yōu)化，萊城電廠二期2臺(tái)330 MW燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝NOx外傳超標(biāo)次數(shù)明顯降低，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和安全價(jià)值，企業(yè)社會(huì)效益提高。此應(yīng)用實(shí)例，經(jīng)驗(yàn)證改進(jìn)和規(guī)范整理，形成標(biāo)準(zhǔn)化措施文件，為一期2臺(tái)機(jī)組規(guī)范化運(yùn)行管理提供指導(dǎo)。