脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度控制策略

陳樹科，余盛杰，薛森賢

(珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海　519050)

脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度控制策略

陳樹科，余盛杰，薛森賢

(珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519050)

摘要：針對(duì)火電機(jī)組“近零排放”要求，通過變氧量試驗(yàn)、分離燃盡風(fēng)(SOFA)風(fēng)門開度試驗(yàn)以及煤種試驗(yàn)，掌握了影響脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的因素，提出了修改氧量控制函數(shù)、優(yōu)化SOFA風(fēng)門開度、合理搭配煤種等措施，可為同類機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整提供參考。

關(guān)鍵詞：脫硝裝置；NOx；氧量；分離燃盡風(fēng)；煤種

1機(jī)組概況

珠海金灣發(fā)電有限公司鍋爐采用的是上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐。燃燒方式采用最新引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在主風(fēng)箱上部設(shè)有2 層緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)噴嘴，主風(fēng)箱最上層還布置有5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)(SOFA)噴嘴。機(jī)組脫硝采用高灰型選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝工藝，脫硝裝置的煙道及反應(yīng)器位于鍋爐高溫省煤器后低溫省煤器和空氣預(yù)熱器前，處理100%的煙氣量。

2控制脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的意義

2.1脫硝裝置效率的限制

噴氨控制基于固定出口NOx質(zhì)量濃度控制方式，采用了控制脫硝效率的方式(NOx的設(shè)定則依據(jù)入口NOx質(zhì)量濃度按脫硝效率進(jìn)行計(jì)算)，主要考慮催化劑的性能[1]。按照“近零排放”的要求，機(jī)組NOx排放質(zhì)量濃度的小時(shí)平均值要求控制在50 mg/m3以內(nèi)。目前脫硝裝置的最高效率能達(dá)到85%，要達(dá)到“近零排放”標(biāo)準(zhǔn)，脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度小時(shí)均值不能超過334 mg/m3。

2.2噴氨量過大可能會(huì)造成低溫省煤器和空氣預(yù)熱器堵塞

由于上述的噴氨控制邏輯，當(dāng)脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度過高時(shí)，為了控制NOx排放質(zhì)量濃度，就必須噴入更多的氨，泄漏的氨也會(huì)相應(yīng)增加，存在堵塞低溫省煤器和空氣預(yù)熱器的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3脫硝裝置反應(yīng)有一定的滯后

脫硝系統(tǒng)存在明顯的NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后問題。從煙氣到煙氣監(jiān)測(cè)(CEMS)儀表測(cè)量有一定的延時(shí)，從噴氨到發(fā)生還原反應(yīng)有2 min的延時(shí)，從SCR裝置出口NOx到煙囪排放NOx有1min的延時(shí)。脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度過高時(shí)，由于一系列的延時(shí)作用，排放有可能超標(biāo)。

3脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度影響因素試驗(yàn)

在同一負(fù)荷、同一煤質(zhì)下，通過調(diào)整氧量、SOFA風(fēng)門開度及二次風(fēng)風(fēng)箱壓差來分析NOx變化趨勢(shì)，找到其變化規(guī)律，在不同的煤質(zhì)下進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1變氧量試驗(yàn)

在同一種煤質(zhì)下，以省煤器出口氧量為控制參數(shù)，通過改變送風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉開度實(shí)現(xiàn)總風(fēng)量變化，以確定鍋爐的最佳過剩空氣系數(shù)。不同負(fù)荷下的變氧量試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同負(fù)荷下的變氧量試驗(yàn)

從試驗(yàn)結(jié)果可知，在600 MW負(fù)荷段，省煤器出口氧從3.3%降至2.9%時(shí)，NOx質(zhì)量濃度降低較為明顯。在400 MW負(fù)荷段，省煤器出口氧量從4.2%降至3.0%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度逐漸降低，且降低較為明顯。在300 MW負(fù)荷段，省煤器出口氧量從6.6%降至4.6%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度降幅較大。

表1　600 MW負(fù)荷，氧量2.8%，改變SOFA風(fēng)門開度，A/B側(cè)NOx變化情況

表2　400 MW負(fù)荷，氧量4.0%，改變SOFA風(fēng)門開度，A/B側(cè)NOx變化情況

表3　300 MW負(fù)荷，氧量5.3%，改變SOFA風(fēng)門開度，A/B側(cè)NOx變化情況

3.2SOFA 風(fēng)門開度試驗(yàn)

氧量一定，在原有函數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)SOFA1～SOFA5 進(jìn)行一定的偏置，改變SOFA 風(fēng)門開度，二次風(fēng)風(fēng)箱和爐膛的壓差按原有函數(shù)不做任何偏置。通過SOFA風(fēng)門開度的變化，掌握SOFA 風(fēng)門開度對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表1～3。

從表1可以看出，隨著SOFA4 和SOFA5開度的增加，NOx質(zhì)量濃度逐漸降低，當(dāng)SOFA4 加40%偏置，SOFA5 加30%偏置時(shí)，A，B側(cè)NOx質(zhì)量濃度最低為165，175 mg/m3。隨著SOFA風(fēng)門開度的增大，在爐膛壓差不變的情況下，輔助二次風(fēng)及偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)風(fēng)門開度變小，周界風(fēng)風(fēng)門開度不變，相當(dāng)于流經(jīng)爐膛主燃燒器區(qū)域的風(fēng)量減小，爐膛上部風(fēng)量增加，爐膛主燃燒器區(qū)域風(fēng)量增大，降低NOx質(zhì)量濃度效果較為明顯。

從表2可以看出，通過增加SOFA2和SOFA3開度，對(duì)降低NOx質(zhì)量濃度效果不明顯，而通過增SOFA4和SOFA5開度則效果較好。

從表3可以看出，通過增大SOFA4和SOFA5開度可以將NOx質(zhì)量濃度降低70 mg/m3左右，效果明顯。

3.3二次風(fēng)箱與爐膛差壓對(duì)NOx排放的影響

爐膛與大風(fēng)箱壓差變化對(duì)NOx排放的影響較小，在5%以內(nèi)。在SOFA，CCOFA 及周界風(fēng)開度不變的情況下，爐膛與大風(fēng)箱壓差變化，主要改變了輔助風(fēng)風(fēng)門的開度，影響了主燃燒區(qū)域二次風(fēng)風(fēng)量分配和上部燃盡風(fēng)區(qū)域風(fēng)量分配。壓差增大，上部燃盡風(fēng)風(fēng)量增大，NOx排放質(zhì)量濃度會(huì)降低，但效果有限。

3.4不同煤種對(duì)NOx排放的影響

煤燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要為燃料型NOx，由于燃料型NOx的生成和控制十分復(fù)雜，因而影響NOx生成的因素很多，主要包括煤的揮發(fā)分、灰分、氮含量及水分等。

從表4可以看出，煤種1水分低、灰分高、揮發(fā)分相對(duì)較高且其氮含量也較高，該煤種收到基氧/收到基氮比值最低。實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果顯示，在各負(fù)荷段下，該煤種NOx排放質(zhì)量濃度均最高，可以初步判斷煤的成分對(duì)NOx排放影響較為明顯。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，各煤種的NOx排放質(zhì)量濃度從高到低分別為：煤種1>煤種2>煤種6>煤種5>煤種4。

4降低脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的方法

4.1優(yōu)化省煤器出口氧量設(shè)定

從變氧量試驗(yàn)可知，氧量對(duì)NOx的生成影響是非常大的。在300 MW 低負(fù)荷下，省煤器出口氧為6.6%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度達(dá)到340 mg/m3，當(dāng)氧量降至4.6%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度降至230 mg/m3，降低了110 mg/m3，效果明顯。在600 MW負(fù)荷下，省煤器出口氧量從3.3%降至2.9%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度降低較為明顯，隨著省煤器出口氧量的進(jìn)一步降低，NOx變化趨勢(shì)較為平緩，NOx排放質(zhì)量濃度降低不明顯，而且氧量過低會(huì)影響燃燒安全。合理的氧量設(shè)定對(duì)降低NOx排放質(zhì)量濃度是有效的。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)原有的氧量函數(shù)進(jìn)行修改，得出了新的氧量控制函數(shù)。從表5可以看出，同一負(fù)荷下，新的氧量有不同程度的下降。

4.2優(yōu)化SOFA 風(fēng)門開度

從SOFA 風(fēng)門開度試驗(yàn)結(jié)果可知(見表6)，SOFA1～SOFA3開度對(duì)降低NOx質(zhì)量濃度效果不明顯，而增大SOFA4，SOFA5開度則效果較好，這是由于SOFA1～SOFA3風(fēng)門開度本身比較大，而SOFA4，SOFA5原開度較小。SOFA4，SOFA5風(fēng)量的增大，降低了主燃燒器區(qū)域氧量，有利于高度方向的燃燒分級(jí)，故可明顯降低NOx的生成。

表4　試驗(yàn)煤種特性

表5　優(yōu)化前、后的氧量設(shè)定

表6　優(yōu)化后的SOFA風(fēng)門開度

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，SOFA1～SOFA3開度不做修改，根據(jù)不同負(fù)荷，在原有函數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)SOFA4，SOFA5的開度進(jìn)行了不同程度的偏置，運(yùn)行效果良好。

4.3合理搭配煤種

從試驗(yàn)結(jié)果看，NOx排放質(zhì)量濃度和煤中N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比，即煤中N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，NOx排放質(zhì)量濃度也越高。當(dāng)然和煤種灰分也有一定的關(guān)聯(lián)性，即煤中灰的質(zhì)量百分比越高其NOx排放質(zhì)量濃度也越高。對(duì)于低水分、高灰分的煤種，其NOx排放質(zhì)量濃度較高。收到基碳與干燥無灰基揮發(fā)分之比增大時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度呈降低的趨勢(shì)。通過觀察總結(jié)，找到合適的配煤比例及燃燒組合，可以降低脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度。

5結(jié)束語

通過優(yōu)化省煤器出口氧量設(shè)定、SOFA 風(fēng)門開度并合理搭配煤種，是可以控制脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的。脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度降低，減輕了脫硝裝置運(yùn)行壓力，延長了設(shè)備壽命；同時(shí)，減少了噴氨量，降低了運(yùn)行成本，提高了經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛奕升.煙氣脫硝噴氨自動(dòng)控制回路的優(yōu)化[J].華電技術(shù),2014，36(8)：65-67.

(本文責(zé)編：劉芳)

收稿日期:2015-09-24；修回日期:2016-04-11

中圖分類號(hào)：X 701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)04-0051-03

作者簡介：

陳樹科(1984—)，男，廣東廉江人，集控運(yùn)行主值，助理工程師，從事電廠運(yùn)行工作(E-mail:csk198426@126.com)。