300 MW機組超低排放脫硝噴氨經(jīng)濟運行優(yōu)化研究

劉建航，盛喜兵，劉學書，楊文超

（國電菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

根據(jù)國家節(jié)能減排工作要求，國電菏澤發(fā)電公司4號機組實施超低排放改造后，在NOx排放濃度降低的同時，仍存在SCR反應器入口NOx含量高、噴氨量大、氨逃逸率較高、空預器積灰堵塞趨勢加重的問題，直接影響機組的安全經(jīng)濟性［1］。針對出現(xiàn)的問題，通過分析、試驗、研究，進一步調(diào)整優(yōu)化配風方式和設備運行參數(shù)，在沒有改造低氮燃燒器的情況下，將鍋爐出口NOx排放指標控制在100 mg/m3以下，達到了環(huán)保要求。同時，降低了SCR裝置的噴氨量，降低了氨逃逸濃度，減輕了脫硝系統(tǒng)引起空預器堵塞問題，提高了機組的安全環(huán)保運行水平，經(jīng)濟效益明顯得到提升。

國電菏澤發(fā)電公司二期2臺300 MW機組鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)加內(nèi)螺紋管、單爐膛、全懸吊、平衡通風、W型火焰、露天布置、固態(tài)排渣燃煤汽包爐，布置六臺給煤機，爐后尾部標高12.42 m，布置2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器。

機組脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原SCR（Selective Catalytic Reduction，簡稱 SCR）工藝［2］，采用“高灰型布置方式”（即布置在鍋爐省煤器和空預器之間），每爐設兩個SCR反應器。催化劑選用蜂窩式，層數(shù)按3+1模式設置，最下層為預留層。初裝三層催化劑時，按照滿負荷處理100%煙氣量，SCR入口NOx質(zhì)量濃度為1 200 mg/m3。鍋爐在正常負荷范圍內(nèi)，脫硝效率不低于85%，在催化劑質(zhì)量保證期滿之前，脫硝效率大于83.4%，且NOx排放質(zhì)量濃度不超過200 mg/m3。2期2臺機組與三期機組共用1套還原劑儲存與供應系統(tǒng)，采用液氨法制備脫硝還原劑。

1 設備改造情況

機組鍋爐系統(tǒng)采用“W”型火焰燃燒方式［3］，在爐膛前后火拱上分3排布置24組一次風煤粉燃燒器（又叫狹縫式燃燒器），二次風與一次風噴口間隔布置，三次風從下部爐膛前后爐墻的底部進入爐膛（每側(cè)墻有3個三次風道），乏氣風在靠下方前后爐墻側(cè)注入。每2組燃燒器配1只油槍，每只油槍配備1只電火花點火器，共配置12只點火油槍，其二、三次風系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 鍋爐二、三次風系統(tǒng)

為降低煤粉氣流著火熱，一次風粉在進入燃燒器前先經(jīng)過旋風筒式分離器進行煤粉濃縮分離，濃相氣流進入爐膛外側(cè)的煤粉噴嘴，淡相氣流進入爐膛內(nèi)側(cè)的乏氣噴嘴。每組燃燒器內(nèi)一、二次風噴口間隔布置，在爐內(nèi)一、二次風以直流方式垂直下射進入爐膛，形成“W”形大回流長火焰燃燒方式，如圖2所示。

在原有噴燃器型式未改變的情況下，通過對部分二次風噴口進行封堵，以減少拱上二次風區(qū)域淡粉側(cè)送風量（將每組第四個二次風噴口寬度由84 mm封堵至30 mm）。在減少淡粉側(cè)二次風量的同時，為增強兩側(cè)煤粉噴燃器根部卷吸熱煙氣能力，提高穩(wěn)燃性能。將兩側(cè)二次風噴口進行部分封堵，通過降低燃燒器濃粉區(qū)域過量空氣，使煤粉進入爐膛時形成富燃料區(qū)。

圖2 “W”型火焰燃燒圖 單位：mm

圖3 兩側(cè)二次風噴口改造示意

通過調(diào)整4號爐各風門擋板將送風機送入的風量轉(zhuǎn)移到三次風和底部風區(qū)域，使低氧燃燒的煤粉氣流得以進一步燃盡，達到降低NOx生成的目的［4］。

2 試驗分析

在煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，對4號鍋爐各風門擋板（圖1）開度進行了調(diào)整：1）在兼顧各噴燃器風量平衡的情況下，將各二次風調(diào)節(jié)擋板（CD7104，控制二、三次風總風量）開度由70%調(diào)整到50%左右，以控制燃燒器區(qū)域總風量。2）將各二次風擋板（MD7105）開度由90%～100%調(diào)整到55%左右。3）將各三次風擋板（MD7106）開度由35%逐漸調(diào)整到75%左右。4）在保證鍋爐燃燒穩(wěn)定和再熱汽溫水平的前提下，將底部風調(diào)節(jié)擋板開度由30%調(diào)整到60%左右。

在不同負荷下，對4號爐的煤粉進行化驗，分析煤粉揮發(fā)分對NOx生成量的影響，結(jié)果見表1。繪制曲線如圖4所示。

表1 取粉樣記錄

圖4 燃煤揮發(fā)分與NOx關系曲線

3 改進措施

通過對試驗期間燃煤揮發(fā)分與SCR入口含量關系的曲線進行分析，發(fā)現(xiàn)當燃煤揮發(fā)分Vdaf低于18%時，NOx生成量會急劇升高。當燃煤揮發(fā)分保持在20%～25%之間時，SCR入口NOx質(zhì)量濃度基本可以保持在 750～850 mg/m3之間［5］。

經(jīng)過多次調(diào)節(jié)優(yōu)化機組運行方式，得到以下改進措施，可以降低脫銷噴氨量，提高其燃燒穩(wěn)定性。

1）適當提高入爐煤的揮發(fā)分（控制Vdaf在17%～20%內(nèi)），使煤粉進入爐膛時著火加快，先消耗一定量的氧氣，達到降低燃料型NOx生成的效果。

2）通過調(diào)整4號爐各風門擋板將送風機送入的風量轉(zhuǎn)移到三次風和底部風區(qū)域，使低氧燃燒的煤粉氣流得以進一步燃盡，達到降低NOx生成的目的。將各二次風擋板開度由75%調(diào)整到55%左右，將各三次風擋板由開度35%逐漸調(diào)整到75%左右。

3）控制入爐煤硫分，減少硫酸氫氨的生成物，消除或減少脫硝系統(tǒng)引起空預器堵塞的可能性。

4）加強空預器吹灰頻率，并及時進行空預器清理工作。由于一旦發(fā)生硫酸氫氨沉積，空預器堵塞發(fā)展較快，充分利用停爐機會檢查空預器堵塞情況，將空預器傳熱元件清理干凈。

5）維持暖風器投運，控制空預器入口風溫兩側(cè)均不低于30℃，防止低溫腐蝕的發(fā)生。

4 效益分析

通過對機組進行調(diào)整優(yōu)化試驗，對各種參數(shù)變化規(guī)律分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2016年10月份4號機組發(fā)電量為17 025.38萬kWh，月液氨消耗量為134.2 t，平均液氨消耗量7.88 kg/（萬kWh）；2017年 10月份 4號機組發(fā)電量為16 219.98萬kWh，月液氨消耗量為113.7 t，平均液氨消耗量 7.0 kg/（萬kWh）。

經(jīng)分析可知：脫硝效率比去年同期升高9.21%，脫硝反應器入口平均NOx質(zhì)量濃度較去年同期降低約 89 mg/m3。

產(chǎn)生的經(jīng)濟效益：4號機組在2017年10月比去年同期節(jié)約液氨消耗量為液氨0.88 kg/（萬kWh），此后按全年發(fā)電量150 000萬kWh計算，全年將節(jié)約液氨量 132 t；液氨價格按3 000元/t計算：全年共可節(jié)省資金39.6萬元。

5 結(jié)語

機組在超低排放改造后，通過調(diào)整優(yōu)化配風方式和設備運行參數(shù)，NOx減排效果和經(jīng)濟效益顯著，節(jié)能環(huán)保水平得到提高，對改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量意義重大。