燃煤機(jī)組深度調(diào)峰對環(huán)保設(shè)施的影響分析及對策

曲立濤，李 超，于洪海，王德鑫

（華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110179）

燃煤機(jī)組深度調(diào)峰對環(huán)保設(shè)施的影響分析及對策

曲立濤，李 超，于洪海，王德鑫

（華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽 110179）

受電源結(jié)構(gòu)改變及用電需求增長放緩等因素影響，在網(wǎng)運(yùn)行燃煤機(jī)組按照電網(wǎng)調(diào)度命令超常規(guī)調(diào)峰的頻次、時間、深度都在增加。深度調(diào)峰不僅考驗機(jī)組運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對環(huán)保設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行及污染物的達(dá)標(biāo)排放造成影響。該文通過總結(jié)分析機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時的工況條件，對比各環(huán)保設(shè)施運(yùn)行特性，較為詳細(xì)分析了深度調(diào)峰對環(huán)保設(shè)施的影響及對策。

燃煤機(jī)組；深度調(diào)峰；環(huán)保設(shè)施；影響

1 概述

受電源結(jié)構(gòu)改變、經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速下滑、用電需求增長放緩、裝機(jī)規(guī)模逐年增加等因素影響，近年東北地區(qū)出現(xiàn)較嚴(yán)重的電力供大于求局面，電力消納及系統(tǒng)調(diào)峰困難。到2014年6月底，東北電網(wǎng)裝機(jī)容量已突破1.16×105MW，但全網(wǎng)最大負(fù)荷僅5.64×104MW，最小低谷負(fù)荷僅3.81×104MW，日平均最大負(fù)荷4.8×104MW，電源負(fù)荷比達(dá)到2倍，在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組按照電網(wǎng)調(diào)度命令超常規(guī)調(diào)峰，負(fù)荷低于50%調(diào)峰的頻次和時間加長，甚至個別時段深度調(diào)峰達(dá)到65%。東北電網(wǎng)熱電機(jī)組比重過高，調(diào)峰資源嚴(yán)重不足，電源結(jié)構(gòu)不合理的問題逐年加重。目前，東北電網(wǎng)熱電機(jī)組中火電機(jī)組占近70%，而作為電力調(diào)峰主力的大型純凝火電機(jī)組及水電機(jī)組占比僅28%。這一比例低于全國平均水平，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國家調(diào)峰電源的裝機(jī)比重。在深度調(diào)峰期間，機(jī)組運(yùn)行積極性嚴(yán)重下降，運(yùn)行工況持續(xù)惡化，其對環(huán)保設(shè)施存在不可忽視的影響，隨著我國環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，對燃煤電廠環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)及投運(yùn)率也提出了更高的要求，任何影響環(huán)保設(shè)施運(yùn)行的因素都是不可忽視的。因此，掌握機(jī)組在深度調(diào)峰期間對環(huán)保設(shè)施的影響及對策是十分必要的。

2 深度調(diào)峰對脫硝系統(tǒng)的影響及對策

在機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行過程中，鍋爐負(fù)荷的變化會引起煙氣量、煙氣溫度、煙氣流場以及煙氣組分的變化，從而改變SCR脫硝催化劑所處的煙氣環(huán)境。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，對脫硝系統(tǒng)主要帶來以下幾個方面的問題。

2.1 煙氣溫度降低

煙氣溫度是影響SCR系統(tǒng)NOx脫除率的重要因素，SCR反應(yīng)的設(shè)計溫度為300～400℃，最佳反應(yīng)溫度為350～370℃，但對于某個特定的裝置，其設(shè)計溫度范圍會窄一些，通常是按鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下的省煤器出口煙氣溫度范圍設(shè)計［1］。煙氣溫度過高會導(dǎo)致催化劑活性成分損失，并增加脫硝裝置SO3轉(zhuǎn)化率。煙氣溫度過低會影響NH3與NOx的反應(yīng)活性，未與NOx完全反應(yīng)的NH3會與煙氣中的水蒸氣、SO3在一定條件下反應(yīng)生成NH4HSO4。液態(tài)下的NH4HSO4是一種具有極強(qiáng)腐蝕性的粘性物質(zhì)［2］，對下游設(shè)備造成腐蝕與堵塞，嚴(yán)重時影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1分別為300 MW亞臨界、600 MW超臨界、1 000 MW超超臨界機(jī)組省煤器出口溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線。從圖1中可以看出，600 MW超臨界機(jī)組負(fù)荷低于50%時就存在脫硝入口溫度低，脫硝設(shè)備退出問題［3］。

圖1 常規(guī)燃煤機(jī)組省煤器出口煙氣溫度與機(jī)組負(fù)荷之間的關(guān)系曲線

2.2 SCR反應(yīng)器入口流場改變

機(jī)組負(fù)荷的變化將引起磨機(jī)運(yùn)行組合方式、鍋爐配風(fēng)方式等調(diào)整，這也必將引起SCR反應(yīng)器入口流場的改變，如圖2、圖3所示，高、低負(fù)荷下SCR反應(yīng)器入口流場分布差異較大，流速場分布的均勻性及分布特點也明顯不同。但在SCR裝置設(shè)計之初，其入口煙道導(dǎo)流板及靜態(tài)混合器的布置方式與數(shù)量是在滿負(fù)荷工況基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計。在深度調(diào)峰運(yùn)行時，省煤器出口煙道處流場發(fā)生改變，反應(yīng)器入口導(dǎo)流板及靜態(tài)混合裝置所起到的效果欠佳。

圖2 300 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道流場分布

圖3 160 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道流場分布

2.3 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度場改變

深度調(diào)峰時間機(jī)組處于極低負(fù)荷運(yùn)行，為了保證燃燒需要加大風(fēng)量，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行氧量增加，鍋爐運(yùn)行氧量變化是NOx排放濃度的重要影響因素，氧量增加，鍋爐NOx排放濃度呈線性增加。鍋爐負(fù)荷也是NOx排放濃度的主要影響因素，其影響的程度取決于負(fù)荷和相應(yīng)負(fù)荷下的運(yùn)行氧量水平［4］。

圖4、圖5分別為不同鍋爐負(fù)荷、氧量工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況。可以看出，不同負(fù)荷工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度值以及分布規(guī)律存在較大差異。而AIG噴射系統(tǒng)各噴氨支管的閥門開度往往在調(diào)試或優(yōu)化調(diào)整過程中，根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況進(jìn)行了有針對性的調(diào)整。在SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況發(fā)生較大改變時，SCR反應(yīng)器入口NH3／NOx摩爾比將出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致局部噴氨過量或噴氨不足，嚴(yán)重影響脫硝效率及氨逃逸率。

2.4 投油穩(wěn)燃對SCR催化劑的影響

圖4 300 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道NOx濃度場分布

圖5 160 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道NOx濃度場分布

機(jī)組深度調(diào)峰時，原則上不投油燃燒或等離子系統(tǒng)，但在實際操作過程中，會根據(jù)燃燒狀況決定是否投油穩(wěn)燃或投入等離子系統(tǒng)，以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定。部分電廠在深度調(diào)峰期間每天會進(jìn)行一次油槍投入試驗，以確保油槍可靠備用［5］。機(jī)組投油燃燒對SCR系統(tǒng)安全穩(wěn)定性影響較大，主要在于投入的燃油很難完全燃盡，未完全燃盡的燃油會隨煙氣流動附著在脫硝催化劑表面，逐漸累積并黏滯吸附煙塵，造成催化劑堵塞及失活，脫硝效率下降，系統(tǒng)阻力增加，影響脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。更為嚴(yán)重的后果是催化劑長期在極低負(fù)荷下粘附了油，當(dāng)機(jī)組恢復(fù)到正常負(fù)荷時催化劑表面附著的油污存在爆燃風(fēng)險，情況嚴(yán)重時會將催化劑燒毀，南方某電廠脫硝系統(tǒng)已發(fā)生過類似情況造成機(jī)組非停。所以在鍋爐投油穩(wěn)燃時，應(yīng)加強(qiáng)催化劑吹灰器吹掃頻率，將催化劑表面富集的未燃盡的碳及油污一并吹走。深度調(diào)峰時盡量避免鍋爐投油穩(wěn)燃，應(yīng)急投油穩(wěn)燃時應(yīng)注意調(diào)整鍋爐燃煤或燃油燃盡度。

3 深度調(diào)峰對除塵系統(tǒng)的影響及對策

目前，我國燃煤電廠除塵系統(tǒng)主要采用電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合除塵器三種形式。機(jī)組深度調(diào)峰時的運(yùn)行工況對不同形式除塵器的影響不盡相同。

首先，就電除塵器而言，在機(jī)組不投油穩(wěn)燃運(yùn)行時，由于煙溫降低，粒子的荷電能力大幅提高，煙塵的比電阻減小，粒子的荷電能力大幅提高，且除塵器入口煙氣量降低，除塵器的實際比集塵面積增大，煙氣在除塵器內(nèi)停留時間變長。綜合來看，會對除塵器造成有利的影響。而在機(jī)組低負(fù)荷投油穩(wěn)燃運(yùn)行工況下，油污伴隨飛灰一同進(jìn)入電除塵器。飛灰量遠(yuǎn)大于油污的量，雖然由于油污的存在飛灰粘性增加，但在一定的振打加速度下反而有利于極板上飛灰的成塊剝落，減少二次揚(yáng)塵［6］。值得注意的是，在投油穩(wěn)燃階段，電除塵器運(yùn)行應(yīng)按照合理的運(yùn)行方式適當(dāng)提高振打頻率、加大輸灰粒度，避免油污及飛灰粘附在極板、極線上，造成電暈線肥大和極板粉塵堆積，使工作電壓升高，導(dǎo)致除塵效率下降。

對于袋式除塵器而言，由于不同材質(zhì)濾袋對煙氣溫度的要求不同，在濾袋選型時需要考慮其最低的運(yùn)行溫度。為防止布袋酸結(jié)露造成腐蝕損壞，在機(jī)組處于深度調(diào)峰運(yùn)行時，需要考慮除塵器入口煙氣溫度在露點溫度10～20℃以上運(yùn)行。同時也要考慮投油穩(wěn)燃時，未燃盡的油污會有一定量最終附著在布袋上，造成布袋微孔堵塞，長期運(yùn)行除塵器壓差增大，除塵器效率大幅降低。機(jī)組正常啟停機(jī)過程中，會通過預(yù)涂灰減少油污的影響，而深度調(diào)峰的時間較長，可通過加強(qiáng)布袋反吹來緩解此問題。

4 深度調(diào)峰對脫硫系統(tǒng)的影響及對策

機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行時，由于脫硫入口煙氣溫度、煙氣量都呈現(xiàn)降低的趨勢，對沒有煙氣換熱器（GGH）的脫硫系統(tǒng)，主要蒸發(fā)量是煙氣蒸發(fā)，所以在低負(fù)荷時煙氣帶水量就會減少，導(dǎo)致吸收塔液位升高。對此，最主要的方法減少除霧器沖洗次數(shù)，減少供漿量；其次檢查備用設(shè)備機(jī)封水要關(guān)閉，以減少系統(tǒng)進(jìn)水量；同時可以加大脫水系統(tǒng)運(yùn)行，加大廢水排放量。對有煙氣換熱器的脫硫系統(tǒng)，煙氣帶走水分少，所以高負(fù)荷低負(fù)荷對水平衡沒有太大影響。然而低負(fù)荷下的脫硫節(jié)能空間較大，建議通過調(diào)整循環(huán)泵組合方式進(jìn)一步運(yùn)行優(yōu)化，探索在不同工況下實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)節(jié)電降耗的最佳循環(huán)泵組合方式，在保證SO2達(dá)標(biāo)排放的前提下，可以有效降低脫硫系統(tǒng)廠用電率，實現(xiàn)FGD的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

研究表明［7］，機(jī)組長時間處于投油穩(wěn)燃的狀態(tài)下，未燃盡的油污會有一部分被煙氣帶入脫硫塔，導(dǎo)致漿液中油污及其他雜質(zhì)含量增加，造成石灰石的掩蔽和致盲，最終會造成石灰石利用率降低，吸收塔漿液密度升高，石膏排放困難。另外，油污進(jìn)入吸收塔漿液后，在漿液表面形成油膜，引起漿液表面張力增加，從而使?jié){液表面起泡，并形成虛假液位，造成吸收塔溢流。嚴(yán)重時會導(dǎo)致漿液倒灌原煙氣煙道，造成增壓風(fēng)機(jī)故障，脫硫退運(yùn)。在實際的運(yùn)行中，為了減少該方面的影響，需要采用加大石膏脫水與脫硫廢水排放，補(bǔ)充新鮮水逐步將吸收塔漿液進(jìn)行置換的運(yùn)行方式。

5 結(jié)論

機(jī)組處于深度調(diào)峰且不投油穩(wěn)燃的情況下，對于除塵器和脫硫系統(tǒng)的負(fù)面影響較小，但對于脫硝系統(tǒng)的影響較大，可以通過考慮脫硝寬負(fù)荷改造、AIG優(yōu)化調(diào)整等措施減少深度調(diào)峰對其的影響。機(jī)組不投油穩(wěn)燃，對環(huán)保設(shè)備的影響是可以預(yù)知且是可控的，然而在深度調(diào)峰投油穩(wěn)燃的運(yùn)行工況下，脫硝、除塵器、脫硫系統(tǒng)均存在較大影響及安全隱患，雖然可以通過采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施和有效的防護(hù)手段以減少影響、降低風(fēng)險，但各廠系統(tǒng)設(shè)備不同、運(yùn)行人員素質(zhì)存在差異，因此結(jié)果較難控制。考慮到投油對環(huán)保設(shè)備的不利影響，建議在進(jìn)行機(jī)組深度調(diào)峰時，應(yīng)將最低負(fù)荷的目標(biāo)值及控制值設(shè)定在不需要投油穩(wěn)燃的狀態(tài)。

［1］黎華敏，柏 源.SCR系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷條件下運(yùn)行對策研究［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30（5）：36－37.

［2］侯曉東，王 磊，林德平，等.煙氣脫硝系統(tǒng)NH3逃逸對引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響［J］.能源與節(jié)能，2014，（10）：115－118.

［3］周宏寶.火電機(jī)組寬負(fù)荷脫硝技術(shù)探討［J］.電子科技，2014，（14）：261－262.

［4］沈躍云，高小濤，章名耀.1 000 MW機(jī)組鍋爐NOx排放濃度與主要運(yùn)行因數(shù)的多元線性回歸［J］.電力建設(shè)，2011，32（8）：18－23.

［5］楊學(xué)良.300 MW機(jī)組深度調(diào)峰存在的危險及防范［J］.電力安全技術(shù)，2009，11（9）：10－12.

［6］胡志光.電除塵器運(yùn)行及維修［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［7］曲立濤，陶 莉，楊小玲，等.鍋爐投油燃燒對FGD系統(tǒng)的影響［J］.湖南電力，2013，33（2）：48－51.

［8］春國成.SCR脫硝催化劑反應(yīng)活性探討［J］.東北電力技術(shù)，2016，37（1）：53－56.

［9］邢振中，冷 杰，張永興，等.火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（4）：18－23.

Impact Analysis and Countermeasures on Coal Fired Units In?depth Peak Regulation of Environmental Protection Facilities

QU Litao，LI Chao，YU Honghai，WANG Dexin
（The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute，Shenyang，Liaoning 110179，China）

Affected by changes in the power structure and slowing demand growth and other factors，frequency，time，and depth of net extraordinary peak are increase in accordance with the dispatching order.Depth peak tests reliability and economy of operation，also in?fect stable operation of environmental protection facilities and discharge of pollutants.Low load conditions are analyzed in this paper，impact and countermeasures are elucidates by comparing the performance of environmental protection facilities.

coal?fired units；deep peak regulation；environmental protection facilities；influence

TM621

A

1004－7913（2016）10－0038－03

2016－07－27）

曲立濤（1982），碩士，工程師，從事火力發(fā)電廠技術(shù)服務(wù)、調(diào)試與試驗研究工作。