大型燃煤電廠啟停過(guò)程中降低NOx 排放控制策略

錢勇武

（江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214513）

我國(guó)沿海地區(qū)某大型燃煤電廠采用1000MW 的前后墻對(duì)沖燃燒、平衡通風(fēng)式超臨直流鍋爐機(jī)組，其使用高含塵布置方式加設(shè)脫硝裝置，并且在鍋爐的空預(yù)器入口位置設(shè)置了選擇性催化還原法脫硝裝置，同時(shí)，選用蜂窩式催化劑。在鍋爐空預(yù)器之前設(shè)置SCR 反應(yīng)器，保障催化劑的運(yùn)行溫度能夠與省煤器出口位置的煙氣溫度相近。該燃煤電廠的催化劑運(yùn)行溫度為300 ～400℃，因此，SCR 脫硝裝置在實(shí)際的運(yùn)行中無(wú)法全工況投入，在機(jī)組啟停過(guò)程中就會(huì)導(dǎo)致NOx 的排放濃度無(wú)法準(zhǔn)確控制，需要采取一定的控制策略和手段，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過(guò)程中NOx 的降低排放。

1 NOx 生成機(jī)理

NOx 的生成一般是在燃煤燃燒的過(guò)程中產(chǎn)生的NO 以及NO2，還有少量的N2O 等，根據(jù)相關(guān)研究和分析，大型燃煤電廠鍋爐煙氣中的NOx 生成機(jī)理主要有三種類型。

其一，是燃料型，即是在燃煤內(nèi)部存在的氮化合物在較為劇烈的燃燒中會(huì)因受熱而出現(xiàn)分解現(xiàn)象，從而在經(jīng)過(guò)氧化過(guò)后就會(huì)生成NOx。這種類型NOx 的生成量一般是在總生成量的70%～80%。與其他生成途徑相比，燃料型NOx 的生成相對(duì)比較復(fù)雜，其與燃煤的特性組成燃料比具有較大的關(guān)聯(lián)。而且同一種燃煤NOx的生成量與鍋爐爐膛的過(guò)量空氣系數(shù)以及煤粉在燃燒著火區(qū)所停留的時(shí)間，通常是成一種正比的關(guān)系。其二，是熱力型NOx 的生成，在鍋爐爐膛內(nèi)部的氮?dú)馊绻l(fā)生高溫氧化反應(yīng)，就會(huì)生成NOx。在大型燃煤電廠的燃燒區(qū)域中，溫度在1350℃以下時(shí)，就會(huì)生成燃料型的NOx，而一旦溫度上升到1350℃以上，就會(huì)形成熱力型NOx，而且溫度上升越快，其生成量就越多。當(dāng)爐膛內(nèi)的溫度高于1600℃時(shí)，熱力型NOx 的生成量占總生成量的25%～30%。而且NOx 不會(huì)受到燃煤所含化學(xué)成分的作用和干擾。其主要與燃煤燃燒時(shí)的溫度、氧氣濃度、在高溫區(qū)停留時(shí)間等成正比關(guān)系。其三，是快速型NOx，燃煤材料在爐膛內(nèi)劇烈燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些碳?xì)潆x子團(tuán)，在與空氣中含有的氮?dú)庀嘟佑|時(shí)就會(huì)發(fā)生一定的反應(yīng)，從而生成NOx，不過(guò)快速型NOx 的生成量一般都較小，不會(huì)超過(guò)5%，通常被忽略不計(jì)。快速型NOx 生成量與爐膛內(nèi)的壓力具有關(guān)聯(lián)性，其與爐內(nèi)壓力的0.5 次方成正相關(guān)關(guān)系，與燃煤燃燒區(qū)域的溫度存在的聯(lián)系相對(duì)較小。

2 啟停機(jī)過(guò)程N(yùn)Ox 數(shù)據(jù)分析

在該大型燃煤電廠中，采用選擇性催化還原的方法進(jìn)行脫硝，將液態(tài)的NH3經(jīng)過(guò)液氨蒸發(fā)裝置加熱后形成氣態(tài)的NH3，然后，通過(guò)一次風(fēng)將其安全濃度稀釋到5%以下，在經(jīng)過(guò)注氨格柵上的噴嘴直接噴入鍋爐煙氣中，在與煙氣充分的、均勻的接觸后，共同進(jìn)入脫硝反應(yīng)器中，此時(shí)，反應(yīng)器為垂直放置狀態(tài)。在其催化作用下促使煙氣中含有的NOx 以及氨嫩夠在催化劑的表面發(fā)生還原反應(yīng)，這一過(guò)程中可以生成一定量的N2以及H2O，從而實(shí)現(xiàn)NOx 的有效脫除。然而，由于催化劑的特性會(huì)受到煙氣溫度的影響，在鍋爐點(diǎn)火以及并網(wǎng)的初期負(fù)荷階段，無(wú)法運(yùn)行脫硝裝置。近幾年，該大型燃煤電廠出現(xiàn)了電力裝機(jī)過(guò)剩的現(xiàn)象，就導(dǎo)致了電廠臨時(shí)發(fā)電小時(shí)下降的情況，同時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組啟停調(diào)峰工作越來(lái)越頻繁。在該沿海大型燃煤電廠中，機(jī)組啟停時(shí)鍋爐煙氣存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如表1 以及表2 所示，其是鍋爐機(jī)組啟機(jī)工況下NOx 的排放量以及在鍋爐停機(jī)工況下的NOx 的排放數(shù)據(jù)。

表1 啟機(jī)工況NOx 排放數(shù)據(jù)表

表2 停機(jī)工況NOx 排放數(shù)據(jù)表

根據(jù)表1 和表2 所示，在啟機(jī)工況中Q1 和Q2 分別是點(diǎn)火0.5h 以及1h 的數(shù)據(jù)情況，發(fā)現(xiàn)在點(diǎn)火的初始階段，當(dāng)燃煤數(shù)量一定時(shí)，NOx 的生成量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，主要的原因是由于在著火區(qū)域溫度有所上升，形成了大量的熱力型NOx。同時(shí)表中Q2 ～Q5 工況下燃煤量增加，煙囪出口的NOx 生成量有小幅度的減少，這說(shuō)明，鍋爐煙氣溫度的升高和燃煤數(shù)量的增加會(huì)使熱力型NOx 和燃料型NOx 生成量隨之增加。在總風(fēng)量數(shù)據(jù)變化較小時(shí)，燃料增加消耗部分氧氣量之后，煙囪出口的含氧量會(huì)有所下降，并且出口折算后NOx 的生成量也有明顯的下降。而Q6 ～Q7 是并網(wǎng)之后兩臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的工況，并且Q7 的脫硝入口和煙囪出口的NOx濃度相比，Q6 要低，這種現(xiàn)象主要是因?yàn)槿毖醐h(huán)境導(dǎo)致熱力型NOx 生成量下降而產(chǎn)生的。最后的Q8 工況是脫硝投入狀況下的數(shù)據(jù)，說(shuō)明了煙囪出口氧量較高時(shí)，同樣可以有效的控制NOx 的排放濃度。所以，綜合來(lái)說(shuō)，在啟機(jī)過(guò)程中，由于送風(fēng)量較大，單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)其可以通過(guò)提高燃煤用量來(lái)營(yíng)造缺氧環(huán)境，不能夠有效地降低NOx 的排放量，而采用兩臺(tái)磨煤機(jī)時(shí)則可以在一定程度上減少NOx 的排放。

在停機(jī)過(guò)程中T1 工況明顯是剛退出脫硝工況，在反應(yīng)器中還殘留有一定的反應(yīng)物質(zhì)，所以，dshg 煙囪出口的NOx 含量并不高，即使氧量達(dá)到了14.4%，但折算后的NOx 排放值仍然不超出排放標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明在脫硝投入的工況中，氧量較高時(shí)也可以控制NOx 的排放，不過(guò)會(huì)增加脫硝噴氨量。從T2 以及T3 工況中，可以發(fā)現(xiàn)在總煤量減少的情況下，折算后的NOx 與脫硝入口和煙囪出口的生成量有較為明顯的差異，所以熱力型NOx 的生成與折算后的NOx 數(shù)值之間的聯(lián)系不大。在T4 工況中則可以發(fā)現(xiàn)在煤量處于40t/h 時(shí)，與前幾種工況相比，其脫硝入口和煙囪出口的NOx 排放量濃度有所下降，主要的原因是爐膛內(nèi)的溫度降低導(dǎo)致的。

3 控制策略

針對(duì)上述分析，對(duì)該大型燃煤電廠啟停過(guò)程中降低NOx 排放的控制策略如下：

（1）在點(diǎn)火前，要確認(rèn)兩臺(tái)漿液循環(huán)泵的工作狀況正常，并及時(shí)校驗(yàn)CEMS，確保測(cè)點(diǎn)無(wú)異常。

（2）在啟機(jī)過(guò)程中，如果燃燒穩(wěn)定則可以在最小風(fēng)量的基礎(chǔ)上，降低總風(fēng)量。并且要嚴(yán)格控制鍋爐升溫升壓的速度，適當(dāng)?shù)奶砑尤济河昧浚瑥亩鴾p少煙囪出口的氧量，以進(jìn)一步降低折算后的NOx 排放量。

（3）在啟機(jī)并網(wǎng)之后，則要盡快投入使用高加系統(tǒng)，從而可以保障省煤器合理的降低煙氣溫度，最大限度地保障脫銷裝置能夠在最短時(shí)間內(nèi)投入運(yùn)行和使用中。

（4）在啟機(jī)時(shí)，要在脫硝投入之前使用兩臺(tái)或者三臺(tái)磨煤機(jī)，同時(shí)在啟停的過(guò)程中，要盡量控制爐膛內(nèi)的負(fù)壓，還要盡可能地減少爐膛以及煙道漏風(fēng)的現(xiàn)象，以降低對(duì)氧量的影響和干擾，從而可以降低煙囪出口污染物折算值。并且在并網(wǎng)前要保障各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，其中最為重要的即是保障煙囪出口氧氣含氧量在16%以下。

（5）在停機(jī)過(guò)程中，盡可能保持高負(fù)荷段運(yùn)行的時(shí)間，鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)后到發(fā)電機(jī)的解列時(shí)間可以控制在1.5h 之內(nèi)。并在條件允許的情況下，可以適當(dāng)?shù)亟档腿济毫浚档蜖t膛內(nèi)的溫度，從而可以通過(guò)縮短停爐的時(shí)間降低NOx 的排放。

（6）在停機(jī)時(shí)，基于燃燒穩(wěn)定的現(xiàn)狀，可以降低總風(fēng)量，減少對(duì)折算值的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型燃煤電廠在啟停過(guò)程中對(duì)NOx 的控制排放，要針對(duì)啟停過(guò)程的數(shù)據(jù)分析，基于機(jī)組運(yùn)行和調(diào)整的角度，采取降低氧氣量、提高煙氣溫度以及增加高負(fù)荷段運(yùn)行時(shí)間、盡快投入脫硝裝置等，將機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的NOx 排放量控制到最低，保障燃煤鍋爐的煙氣排放符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。