脫銷系統(tǒng)SNCR優(yōu)化調(diào)整在流化床機(jī)組中的應(yīng)用

陳要華

（山西耀光煤電有限責(zé)任公司，山西 平遙 031105）

1 系統(tǒng)現(xiàn)況

山西耀光煤電有限責(zé)任公司是一座供熱、發(fā)電一體的熱電廠，安裝2×200 MW抽汽凝汽式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組，配2×705 t/h循環(huán)流化床鍋爐，主要燃燒洗煤廠、焦化廠排放的中煤和矸石，同時解決平遙古城的集中供熱問題。2014年新建SNCR脫硝裝置，可以滿足NOx排放小于200 mg/Nm3。

山西耀光煤電有限責(zé)任公司2×200 MW機(jī)組脫銷系統(tǒng)超低排放工程，由山西華仁通電力科技有限公司EPC總承包，于2018年4月6日正式開工。本次工程以尿素溶液為還原劑，在原制備系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對稀釋水泵及相應(yīng)尿素、稀釋水管路進(jìn)行擴(kuò)容，改進(jìn)SNCR控制系統(tǒng)，使控制更精準(zhǔn)。還原劑通過噴槍霧化后噴射至水平煙道及爐膛，控制系統(tǒng)通過鍋爐實際負(fù)荷和在線的煙氣NOx含量、分離器溫度等數(shù)據(jù)，控制混合單元內(nèi)尿素溶液和稀釋水按不同的比例送入噴射單元利用模塊化設(shè)計，從而實現(xiàn)高效脫硝。

2 脫銷控制方案確定

2.1 分離器噴槍位置優(yōu)化

針對耀光電廠爐型，山西華仁通電力科技有限公司對幾種不同的噴槍布置方案進(jìn)行了流場模擬，以觀察尿素溶液在分離器內(nèi)的覆蓋情況。模擬結(jié)果如圖1—圖4。

圖1 流場模擬結(jié)果

圖2 尿素溶液熱解模擬結(jié)果

圖3 尿素溶液軌跡

圖4 尿素?zé)峤夂驨H3擴(kuò)散情況

通過分析模擬結(jié)果，單側(cè)布置噴槍無法很好地覆蓋水平煙道整個截面，在旋風(fēng)筒內(nèi)也就無法實現(xiàn)還原劑與煙氣的充分混合，所以分離器入口煙道進(jìn)行兩側(cè)交錯布置能夠有效提高還原劑覆蓋率，提升脫硝效率。因此選定分離器內(nèi)噴槍的優(yōu)化方案為，在分離器入口煙道處，內(nèi)側(cè)布置3只噴槍，外側(cè)布置4只噴槍，內(nèi)外兩側(cè)噴槍交錯布置（圖5）。

圖5 分離器噴槍布置圖

2.2 爐膛內(nèi)布槍方案

在前期溫度場試驗中發(fā)現(xiàn)，低于40%負(fù)荷下，分離器溫度遠(yuǎn)低于850℃，不符合SNCR技術(shù)中尿素反應(yīng)的最佳溫度窗口。針對這一現(xiàn)狀，對幾種不同的噴槍布置方案進(jìn)行了流場模擬：在溫度合適的情況下，從尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布云圖可以看出，前墻20.5 m布置噴槍，覆蓋面積更大，行程更遠(yuǎn)（圖6），利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，能夠在一定程度上提高脫硝效率。因此選定爐膛內(nèi)的噴槍布置方案為前墻10只。

圖6 爐前墻20.5 m標(biāo)高處噴槍布置圖（mm）

2.3 SNCR熱控PID控制優(yōu)化方案

控制模塊收到鍋爐負(fù)荷、煙氣流量、煙氣含氧量、NOx排放濃度、石灰石用量信號、遠(yuǎn)方設(shè)定值等信號后，通過PID調(diào)節(jié)計算出需要的尿素溶液量，發(fā)出信號給調(diào)節(jié)閥。再由分配模塊將其分為均勻的3條支路通向不同的噴槍，在噴槍中與霧化用的壓縮空氣進(jìn)行混合并霧化后噴入預(yù)設(shè)噴射點。噴入的尿素溶液將NOx還原成為N2。

2.3.1 SNCR影響因素及主要反應(yīng)

SNCR的主要影響因素：反應(yīng)器溫度、反應(yīng)時間、煙氣與尿素溶液混合的程度。用尿素作為還原劑還原NOx的主要反應(yīng)為

2.3.2 噴射控制模塊的主要控制策略

a)根據(jù)鍋爐負(fù)荷、煙氣流量、煙氣含氧量、NOx排放濃度、石灰石用量信號、遠(yuǎn)方設(shè)定值等，控制噴入尿素溶液流量和尿素溶液濃度，即純尿素的量。

b）尿素溶液流量和濃度是互相挾制的量，設(shè)計時均有一個最大值和最小值。為保證噴射效果，兩者在不同的工況下自動優(yōu)化匹配。

c）每個噴射模塊霧化壓縮空氣流量控制，通過調(diào)試得出，脫銷霧化壓縮空氣進(jìn)噴槍前壓力一般維持在0.2 MPa。

d）根據(jù)鍋爐負(fù)荷、分離器溫度遠(yuǎn)程控制爐膛內(nèi)噴槍的投運情況。

圖7 NOx排放濃度控制圖

2.3.3 NOx排放濃度控制原理

通過調(diào)節(jié)尿素溶液供給泵變頻器頻率，調(diào)節(jié)尿素溶液的供給母管壓力保持在1.2 MPa左右，調(diào)整脫銷霧化壓縮空氣調(diào)門開度，控制進(jìn)噴槍前壓縮空氣壓力維持在0.2 MPa。根據(jù)鍋爐負(fù)荷、煙氣流量、煙氣含氧量、NOx排放濃度、石灰石用量信號、遠(yuǎn)方設(shè)定值等信號，結(jié)合對不同位置噴槍的靈活控制，計算出噴入爐膛及3個分離器尿素溶液量，用于還原煙氣中的NOx。同時，為保證噴槍霧化效果及覆蓋率，適當(dāng)增加稀釋水供給量，達(dá)到噴槍最佳的噴射條件。通過以上主要控制策略煙囪入口低于超低排放NOx限值50 mg/Nm3（干煙氣，6%含氧量）。

3 試運行試驗數(shù)據(jù)

試運行試驗數(shù)據(jù)參見表1—表3，以及圖8—圖15。

注：所有量為均值；SNCR入口NOx值SNCR系統(tǒng)停運后分離器的NOx值。脫硫總出口NOx值取穩(wěn)定運行、SNCR最大出力時的值。

圖8 168試運行第1天數(shù)據(jù)

圖9 168試運行第2天數(shù)據(jù)

圖10 168試運行第3天數(shù)據(jù)

圖11 168試運行第4天數(shù)據(jù)

圖12 168試運行第5天數(shù)據(jù)

圖13 168試運行第6天數(shù)據(jù)

圖14 168試運行第7天數(shù)據(jù)

圖15 啟動過程中負(fù)荷煙囪入口NOx濃度曲線（干基，6%O2）

4 存在問題、改進(jìn)方法及調(diào)整控制建議

a)在鍋爐運行過程中，發(fā)生6臺給煤機(jī)給煤量不平衡、SO2排放濃度突然增大、給煤機(jī)單側(cè)跳閘等情況需對爐內(nèi)石灰石投料進(jìn)行頻繁及大幅度的操作，石灰石投料變動較大（以2臺注料泵壓力變化為基準(zhǔn)，當(dāng)2臺泵壓力需要同時升高，或是單臺注料泵壓力瞬時上漲0.05 MPa等操作頻繁發(fā)生時），NOx濃度會短時間升高大于50 mg/Nm3（干基，6%O2）。控制改進(jìn)方法：控制增加石灰石給料機(jī)轉(zhuǎn)速前饋；運行人員在尿素流量偏置及稀釋水流量偏置上同時給定150～300 kg/h的流量偏置。等石灰石變動不明顯或爐內(nèi)SO2明顯下降時，可取消相應(yīng)的流量偏置值。

b)在40%負(fù)荷以下，煙囪入口NOx濃度無法穩(wěn)定降至50 mg/Nm3（干基，6%O2）以下達(dá)到超低排放限值。控制改進(jìn)方法：控制邏輯及時投入20.5 m 10支噴槍。鍋爐需做如下燃燒調(diào)整：一次流化風(fēng)量控制在16萬Nm3/h，二次風(fēng)量6萬Nm3/h至7萬Nm3/h，播煤風(fēng)開度30/20，給煤機(jī)均勻給煤，上下二次風(fēng)擋板25/50，降低返料風(fēng)的風(fēng)量，空預(yù)器入口氧量控制在8%以下。經(jīng)上述控制方案，此時SNCR系統(tǒng)正常運行可保證總出口氮氧化物的超低排放。

5 結(jié)論

鍋爐負(fù)荷在20%至40%負(fù)荷工況時：脫銷系統(tǒng)爐膛部分投運時（負(fù)荷20%時） 煙囪入口NOx值104 mg/m3，脫銷效率在50%左右；爐膛和分離器同時投運后（負(fù)荷大于30%時） NOx降到48 mg/m3以下，達(dá)到超低排放限值。

表1 1號機(jī)組SNCR脫硝性能試驗結(jié)果統(tǒng)計表（2018年5月11日—6月14日）

表2 1號機(jī)組物料統(tǒng)計（2018年6月6日00∶00—2018年6月13日00∶00）

表3 1號機(jī)啟動過程DCS實時數(shù)據(jù)

機(jī)組脫硝超低排放改造后（負(fù)荷大于40%負(fù)荷工況），調(diào)試及試運行過程中自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，平均尿素用量比改造前省10%至15%。煙囪入口NOx排放值可以穩(wěn)定控制在30至40 mg/Nm3（干煙氣，6%含氧量） 之間，低于超低排放NOx限值50 mg/Nm3（干煙氣，6%含氧量）[1]。