防止600 MW機(jī)組鍋爐啟動階段NOx排放超標(biāo)的措施

王 克

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)

2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)保部及國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》對常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格[1]。嚴(yán)峻的環(huán)保壓力，加快了燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)的普及。燃煤電廠超低排放限值的頒布，也進(jìn)一步加快了煙氣脫硝技術(shù)的升級步伐[2]。目前的低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)也在持續(xù)地進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，全負(fù)荷脫硝、脫硝系統(tǒng)提效和低溫催化劑等新技術(shù)也不斷得到推廣使用，脫硝系統(tǒng)的工藝運(yùn)行水平穩(wěn)步提升[3]。

對于燃煤機(jī)組氮氧化物的排放控制，目前國內(nèi)采用最多的是選擇性催化還原技術(shù)(SCR)。雖然在機(jī)組正常運(yùn)行情況下，脫硝系統(tǒng)超低排放改造能夠達(dá)到環(huán)保要求，但在機(jī)組啟動過程中無法獲得穩(wěn)定的NOx脫除效率，NOx排放量無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。這是由于SCR技術(shù)采用的催化劑受煙氣溫度條件限制，在脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度較低的情況下，催化劑表面發(fā)生副反應(yīng)，NH3和SO3、H2O反應(yīng)生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，減少了NH3與NOx的反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物會吸附在催化劑表面，堵塞催化劑的通道和微孔，使催化劑活性降低，NH3逃逸增大[4-6]。同時反應(yīng)生成的NH4HSO4也會污染空氣預(yù)熱器及電除塵器，造成空氣預(yù)熱器的堵塞和電除塵極板的積灰。文章對某電廠2×600 MW機(jī)組啟動過程減少NOx排放的環(huán)保策略進(jìn)行研究分析，提出解決和優(yōu)化的方法，并在實(shí)踐中加以驗(yàn)證。

1 機(jī)組概況

簡要介紹2×600 MW燃煤空冷發(fā)電機(jī)組的概況。鍋爐由北京巴威公司按照美國巴威公司的RBC系列的鍋爐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造，為B&WB-2080/17.5-M型亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、自然循環(huán)汽包鍋爐。設(shè)計燃煤是白音華煤礦生產(chǎn)的老年褐煤。制粉系統(tǒng)采用的是正壓直吹式中速磨煤機(jī)。燃燒方式是前后墻對沖燃燒，并配置巴威標(biāo)準(zhǔn)的低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器。尾部設(shè)置了分煙道，采用擋板來分配煙氣從而調(diào)節(jié)再熱器的出口蒸汽溫度。煙氣脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法脫硝系統(tǒng)(SCR)，在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量、燃用設(shè)計煤質(zhì)、處理100%煙氣量的條件下，脫硝的效率≥80%，SCR按2+1層布置考慮。脫硝系統(tǒng)按入口NOx濃度450 mg/m3(6%O2干基，標(biāo)態(tài))、處理100%煙氣量、最終NOx排放濃度90 mg/m3(6%O2干基，標(biāo)態(tài))進(jìn)行設(shè)計。

2 存在問題分析

該電廠2套機(jī)組在啟動過程中經(jīng)常出現(xiàn)NOx超標(biāo)，持續(xù)時間約60 min。這主要是由于：

(1)鍋爐啟動過程中，燃煤量較少、鍋爐汽溫水平較低等導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)進(jìn)口的煙氣溫度低于系統(tǒng)正常的投運(yùn)溫度，影響SCR系統(tǒng)的投運(yùn)率和NOx排放合格率；

(2)機(jī)組啟動階段，風(fēng)煤比與正常運(yùn)行工況相比大得多，爐膛內(nèi)的氧化性氣氛增強(qiáng)，NOx生成量增多；

(3)SCR系統(tǒng)熱解爐電加熱器實(shí)際運(yùn)行功率小于設(shè)計功率，熱解爐出口溫度低，尿素?zé)峤馐艿较拗?。為了防止熱解爐跳閘，需減少尿素噴量，此時尿素分解產(chǎn)生的參與脫硝反應(yīng)的NH3減少，脫硝效率低，使得脫硝出口排放不能滿足環(huán)保排放要求。

對于機(jī)組啟動時脫硝系統(tǒng)入口煙溫低的問題，需要根據(jù)啟動時機(jī)組本身的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)優(yōu)化。

3 控制NOx排放超標(biāo)的措施

3.1 提高鍋爐給水溫度

采用排放鍋爐內(nèi)已有的爐水，對鍋爐進(jìn)行換水，提高除氧器水溫，可以使?fàn)t水的水質(zhì)提前達(dá)標(biāo)，也可以提高給水溫度，進(jìn)而提高排煙溫度。

在啟動過程中，鍋爐要經(jīng)過冷、熱態(tài)清洗，使水質(zhì)滿足要求。熱態(tài)清洗時，鍋爐燃燒系統(tǒng)要進(jìn)行點(diǎn)火來加熱清洗水，這個過程花費(fèi)的時間較長。對鍋爐換水，提高鍋爐給水的平均溫度，并利用輔汽對除氧器中的水進(jìn)行加熱，這使得省煤器金屬壁溫提升，相當(dāng)于對鍋爐進(jìn)行整體的預(yù)熱，使鍋爐處于“熱風(fēng)熱爐”的環(huán)境，提高了排煙溫度。鍋爐的送風(fēng)經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱，溫度升高，明顯地改善了爐膛內(nèi)的燃燒環(huán)境，并極大地提升了機(jī)組啟動階段的安全性。

3.2 增加前煙道煙氣流量

機(jī)組的高低壓旁路有開度時，逐漸開大再熱器側(cè)調(diào)溫?fù)醢?，根?jù)溫升速率提高再熱汽溫。

在啟動過程中，調(diào)大高低壓旁路的開度，高壓旁路將部分主蒸汽流量分流，減少進(jìn)入再熱器的工質(zhì)流量。對于采用雙煙道型式的鍋爐，同時配合開大再熱器側(cè)煙氣調(diào)溫?fù)醢彘_度，維持再熱器流量滿足運(yùn)行要求的情況下，減少工質(zhì)吸熱，增加再熱器側(cè)煙氣流量，提高SCR入口煙溫以滿足催化劑所需的溫度。此時雖然后煙道煙溫有所下降，但總體煙溫隨著前煙道煙溫即再熱器側(cè)煙道煙溫的升高而升高。

SCR系統(tǒng)進(jìn)口處的煙氣由兩部分混合而成，分別是鍋爐尾部煙道煙氣擋板前的再熱器出口的煙氣和鍋爐尾部煙道煙氣擋板后過熱器出口煙氣。在汽輪機(jī)未進(jìn)行沖轉(zhuǎn)以前,高壓旁路調(diào)節(jié)閥后的蒸汽溫度決定了再熱器進(jìn)口蒸汽溫度，一般高于300 ℃，但此時，省煤器入口處的給水溫度僅為220 ℃左右。再熱器出口處的煙氣溫度約為330 ℃，明顯高于省煤器出口處的煙氣溫度(約為260 ℃)，所以在鍋爐的啟動過程中，應(yīng)保持鍋爐尾部煙道的再熱器側(cè)(前煙道)煙氣調(diào)節(jié)擋板的開度在較大水平，提高前煙道出口的煙氣流量。第一，前煙道通過的煙氣流量增加，而前煙道煙氣換熱量較少，從而提高前后煙道煙氣混合后的溫度；第二，在再熱器蒸汽的流量沒有變化的情況下，增加了通過前煙道的煙氣流量，該部分再熱蒸汽的換熱量變化不大，從而提高了前煙道出口煙氣溫度，前后煙道的煙氣混合后，整體的混合煙氣溫度也得到提升。所以，在機(jī)組啟動過程中，為了提早投運(yùn)鍋爐脫硝系統(tǒng)，建議將尾部煙道前側(cè)(即再熱器側(cè))的煙氣調(diào)節(jié)擋板開度調(diào)整到100%，然后利用再熱蒸汽事故減溫水來調(diào)節(jié)再熱汽溫。

當(dāng)汽溫、汽壓達(dá)到機(jī)組沖轉(zhuǎn)參數(shù)時對汽輪機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)暖機(jī)。暖機(jī)過程中，在汽輪機(jī)漲差允許的情況下逐漸提高主汽溫和再熱汽溫，逐漸開大再熱器側(cè)調(diào)溫?fù)醢?，關(guān)小過熱器側(cè)調(diào)溫?fù)醢澹^熱器側(cè)調(diào)溫?fù)醢尻P(guān)至20%時則不進(jìn)一步關(guān)小。在暖機(jī)開始時投入熱解爐電加熱器，使熱解爐溫度提前滿足尿素?zé)峤庖蟮臏囟?，同時也可以提高催化劑層煙氣溫度。

3.3 提前啟動磨煤機(jī)

提前啟動位于第二層燃燒器位置上的B磨煤機(jī)。通過控制爐膛火焰中心位置，并配合擋板開度調(diào)溫手段，以滿足機(jī)組在啟動過程的煙溫需求。實(shí)際運(yùn)行表明，火焰中心位置過高或過低都會影響機(jī)組的運(yùn)行，火焰中心過高會使屏式過熱器部分管壁超溫，威脅機(jī)組的安全性；而火焰中心位置過低會使進(jìn)入脫硝反應(yīng)區(qū)的煙溫過低，達(dá)不到催化劑反應(yīng)所需的溫度，影響脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)。通過試驗(yàn)，認(rèn)為提前啟動B磨煤機(jī)可滿足火焰中心的高度要求。

3.4 其他措施

B磨煤機(jī)啟動后根據(jù)脫硝出口溫度情況逐漸投入尿素噴槍，根據(jù)熱解爐出口溫度和氨逃逸情況調(diào)節(jié)噴槍流量，盡量降低排放值。

并網(wǎng)前調(diào)整脫硝出口NOx排放值小于100 mg/m3，并網(wǎng)前30 min投入脫硝運(yùn)行。

并網(wǎng)后適當(dāng)降低鍋爐氧量，根據(jù)汽機(jī)漲差情況適當(dāng)提高加負(fù)荷速度。

3.5 優(yōu)化效果

針對啟動過程脫硝系統(tǒng)不能投運(yùn)的現(xiàn)象，采用提高給水溫度、增加前煙道煙氣流量、提前啟動磨煤機(jī)和降低空氣系數(shù)等措施，對機(jī)組在啟動過程進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，成功實(shí)現(xiàn)在啟動過程進(jìn)行脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)。在機(jī)組并網(wǎng)以前，SCR的A、B側(cè)出口煙氣溫度基本保持在300～330 ℃之間(具體數(shù)據(jù)見表1和表2)，滿足催化劑要求的最低溫度(300 ℃)，保證了在啟動過程中脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)。

4 結(jié)論

(1)在啟動過程提前加熱給水，使鍋爐整體達(dá)到“熱風(fēng)熱爐”的效果，有效地提高了省煤器出口煙溫；配合高低壓旁路對主汽流量和再熱汽流量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，并結(jié)合煙氣擋板的開度，有效控制了工質(zhì)的吸熱量，提高了省煤器出口煙溫。

表1 1號機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表2 2號機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)表

(2)在啟動后，控制空氣系數(shù)，減少熱力型NOx生成。提前啟動B磨煤機(jī)，使鍋爐火焰中心高度維持在恰當(dāng)?shù)奈恢?，保證了機(jī)組的安全性和SCR反應(yīng)所需要的煙溫。

(3)實(shí)現(xiàn)了非改造手段達(dá)到啟動過程投脫硝的目的，避免了機(jī)組結(jié)構(gòu)的改動，緩解了燃煤機(jī)組低負(fù)荷不能投脫硝的問題。