超超臨界燃煤四角切圓爐NOx運行調控優化探索

喬良

摘 要：隨著國家環保要求的日趨嚴格，對燃煤火電機組的環保參數控制也就提出了更高的要求。出口氮氧化物（NOx）是燃煤火電機組環保調控的重要參數，在脫硝SCR工藝下，調控過高易造成環保參數異常，調控過低易造成空預器硫酸氫銨（ABS）堵塞。結合某電廠實際管理與運行情況，就如何實現Nox運行調控的安全環?？沙掷m運行進行研究和經驗總結，供同類型設施與系統參考借鑒。

關鍵詞：NOx;SCR;硫酸氫銨;空預器;氮氧化物

0? 緒論

我國經濟快速發展的同時，也面臨著嚴峻的大氣污染形勢，大氣污染問題是國家環保調控的重點。燃煤發電是導致大氣污染的一個重要原因，從目前我國電力能源分布來看，長時間內以燃煤發電為主的能源結構不會發生主體性的改變，因此降低火電廠生產過程中的污染物排放就顯得尤為重要。從目前的減排技術來看，火電廠主要采取SCR脫硝系統與低NOx燃燒系統來降低NOx的排放量。但是在安裝SCR脫硝系統之后，會對鍋爐運行造成不利的影響，主要體現在以下兩方面：

（1）燃燒產生的SO2在脫硝SCR反應催化劑與煙氣的作用下轉化為SO3含量增加，將空預器酸露點提升，這會使空氣預熱器更容易被酸腐蝕或者是出現堵灰的問題。

（2）SCR 脫硝系統中會逸出未反應氨（NH3），其能夠和煙氣中的SO3以及水蒸氣反應，生成硫酸氫銨（ABS）凝結物，這種物質在不同溫度下可以分別呈現出氣態、液態、顆粒狀[1]。在燃煤機組中由于煙氣中的飛灰含量比較高，因此硫酸氫銨在146℃～207℃溫度范圍內為液態[1]。液態的硫酸氫銨具有非常強的捕捉飛灰的能力，其在和煙氣中的飛灰粒子結合，可以附著于預熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，這會導致預熱器出現腐蝕和堵灰等問題，對機組的正常運行造成不利的影響[1]。

由于SCR系統可能會加劇空預器腐蝕和堵塞等問題，因此需要對SCR工藝和運行調控進行優化。

1? 設備簡介

華電常德電廠設計環保排放為超凈排放，單臺機組凈煙氣出口NOx要求小時均值限值在50mg/Nm3以內。

華電常德電廠2X660MW機組鍋爐為上海鍋爐有限公司設計、生產的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，型號為：SG-2035/26.15-M6011;型式為：單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、干式風冷除渣、四角切圓燃燒、全鋼懸吊結構、半露天布置Π型鍋爐[3]。鍋爐燃燒系統按中速磨冷一次風直吹式制粉系統設計。6臺磨煤機共24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈順時針切圓方式燃燒[3]。燃燒方式采用復合式空氣分級低 NOx 燃燒系統。燃燒器噴嘴為低NOx寬調節比設計。燃燒器一、二次風分別可上下擺動角度為±20°/±30°。在燃燒器主風箱上方分別設置三組燃盡風：緊湊、低位、高位燃盡風。通過該燃燒系統將爐膛分為初燃區、NOx還原區，燃盡區。燃盡風風路方向為四角送入，逆一、二次風切圓，切圓角度水平方向正反可調。

鍋爐尾部煙氣采用選擇性催化還原脫硝處理工藝（SCR）[3]。SCR反應器布置在省煤器之后空預器之前煙道上，脫硝系統采用尿素制氨（NH3）作為還原劑，煙氣從省煤器出口引出至SCR反應器內，煙氣被處理后從脫硝裝置引出至回轉式空氣預熱器[3]。脫硝稀釋風流程為B空預器出口一次風→電加熱器→熱解爐→噴氨格柵→SCR反應器?？疹A器為三分倉容克式。SCR反應器與空預器各設置2臺，左右側對稱。空預器后布置4組低溫省煤器。

2? NOx運行調控的主要問題

（1）鍋爐長期運行空預器冷端ABS積累難以清除與空預器低溫腐蝕，會導致空預器差壓升高，可能造成爐風煙系統堵塞，引風機出力不足、搶風，一次、送風機失速，爐膛正壓等問題，輕則影響機組負荷，總則造成機組非計劃停運。

（2）由于控制煤炭成本，制粉系統難免燃用中硫份以上煤種。根據多數電廠的運行經驗， 對于煤粉爐， 當燃煤全硫份小于 1.5%時， 尾部受熱面不會發生明顯的腐蝕和堵灰[2];當全硫份達到 1.5%～ 3%時， 如不采取措施就會有明顯的腐蝕和堵灰情況發生[2]。1.5%硫份對應的空預器酸露點約145℃。

（3）左、右側SCR噴氨反應無單側調門，兩側煙氣偏差導致SCR噴氨分布不均，局部氨逃逸過大導致單側空預器差壓上升。

（4）爐膛燃燒工況異常，制粉系統運行方式變化或異常，送風、二次風（燃盡風）配風調控不到位，負荷變化快等易導致SCR入口NOx變化大，不利于后續調節。

（5）尿素至熱解爐噴氨調節調整到出口NOx參數變化反應時間滯后（尿素噴氨調整后SCR出口NOx響應時間約為2分49秒，凈煙氣出口NOx響應時間約為6分50秒），不利于反饋調節，精準調控NOx難度偏大。

（6）在機組330MW負荷以下的調峰負荷，特別是40%深度調峰負荷，氧量偏大、SCR入口溫度與排煙溫度低不利于NOx調控。

（7）熱解爐長期運行出口彎頭易出現結晶、粉塵堵塞問題。

（8）為了控制SCR入口NOX、SO2而造成的爐膛氧量不足，火焰偏高，飛灰、爐渣過高、燃燒器噴口缺氧結焦等安全問題。

3? 設備改造

（1）通過送風機出口冷二次風管連接二次風熱風再循環管加裝調門，使空預器各增加一組二次風旁路調門，通過關閉熱風再循環門、開關二次風旁路調門減少空預器熱風換熱量，調控空預器排煙溫度。

（2）左右側SCR噴氨反應器各增加一個單側進口調門。對SCR反應器進行流場優化改造，在SCR噴氨格柵前新增3組導流均布板，在噴氨格柵后增加一組靜態混合器，優化混合反應。

（3）#2爐進行空預器防堵循環風改造，從空預器轉子轉出煙氣側之前分出一個分倉作為循環風倉，使用空預器改造為四分倉空預器，新的循環分倉使用單獨風道連接，利用循環風機使空氣在分倉中熱冷風不斷循環，循環風在空預器熱端吸熱，產生290℃左右的熱風，熱風從下端進入空預器冷端，對冷端進行加熱，放出熱量，每循環一次完成一次吸放熱。使空預器冷端ABS受熱蒸發。循環風量通過調節防堵風機轉速實現。

（4）封堵一次風熱風再循環門。防止其開啟后脫硝稀釋風攜帶飛灰過多堵塞熱解爐。

4? 運行調控措施

除了上述優化改造外，為了更好地優化NOx調控，特規定以下運行措施。

（1）燃燒調控NOx時，應綜合考慮周全，不應以犧牲安全為代價，避免因過度調控Nox而發生缺氧結焦、飛灰含碳過多、爐溫過低、火焰過高影響穩燃、金屬管壁超溫等可能。

（2）合理控制鍋爐空氣過量系數（1.1～1.25），330MW以內控制空預器入口氧量5.5%以內，330MW～430MW氧量控制（5%～4%），430MW～530MW氧量控制（4%～3%），530MW～660MW氧量控制（3%～2%）。

（3）主機鍋爐燃燒調整時要控制好SCR入口N0x，應控制在200mg /Nm 3（6%氧量折算）以內，最高不應超過350mg/Nm3（6%氧量折算）。調控方式：可通過保證安全與飛灰前提下控制并減少磨機風量、二次風量、控制偏置風開度，及時關閉停運磨的二次風門至5%。合理開大燃盡風門、提高燃燒器擺角，減少煙氣切圓余旋。

（4）保證每班對燃燒器燃燒情況的定期巡視，防止氧量不足結焦或因提前燃燒、燃燒器周界風冷卻不足而燒壞火嘴。

（5）對SCR煙氣中的氨氣逃逸率進行嚴格的控制，將其兩側SCR均控制在<2ppm以內。在保證NOx指標不超標的情況下提高NOx，非特殊要求，出口NOx控制按30-40mg/Nm3的范圍控制。不允許長時間低于20mg/Nm3。尿素噴氨調節應根據SCR入口NOx前饋變化緩慢平穩調節，防止過度調節造成出口NOx忽高忽低不回穩。尿素噴氨量調整最大值不應超過0.5m3/h.

（6）做好空預器吹灰工作，頻率為每班熱端一次，冷端至少一次。吹灰使用鍋爐本體（低再出口）汽源，2.0MPa的壓力，溫度350℃進行吹灰，吹灰前需疏水水溫至200℃以上。并且對于吹灰前后空預器的壓差、排煙溫度等參數進行比對。當滿負荷空預器差壓大于1.5Kpa時，空預器冷端進行連續吹灰。

（7）通過空預器熱風二次風旁路調節保證空預器排煙溫度與其入口冷二次風之和不低于145℃。

（8）燃運做好配煤，控制上煤含硫量。通過制粉系統倒換、給煤機偏置控制折算爐內全硫份在1.4%以內，控制原煙氣入口折算硫小于2700mg/Nm3.

（9）制粉系統運行方式應避免隔層運行，盡量保證燃料集中燃燒。達到停磨條件時及時停運上層制粉系統，保證煤粉濃度。若非運行底層磨，調配二次風開啟燃盡風門時，為保證分級燃燒效果，應優先開啟高一級燃盡風。磨煤機粉管風速不低于22M/S情況下控制磨機一次風量。及時關閉停運磨一次風門。45%負荷以內調峰時，為保證SCR入口溫度，運行B、C、D磨煤機并適當提高燃燒器擺角。

（10）工況異常或快速變動時，主機監盤人員及時調控燃燒NOx，并與環化監盤調控人員溝通協調。

（11）保證熱解爐計量分配模塊霧化壓力高于0.55Mpa，熱解爐出口溫穩定在350～360℃左右。監視脫硝稀釋風量、風壓是否正常，熱解爐電加熱器出口和熱解爐出口溫度差不應超過200℃。 每日晚班進行噴氨格柵測溫，發現溫度低于120℃及時通知維護疏通。當發現煙氣流場不均勻，噴氨格柵流量分布不合適時，可在鍋爐專業指導下進行噴氨格柵流量分布調整。發現熱解爐有堵塞現象時，立即匯報值長并通知維護，并適當提高熱解爐出口溫度（最高370℃），脫硝電加熱模塊單點溫度不應超過800℃。熱解爐在啟動、退出時進行不少于15min的除鹽水沖洗。熱解爐啟動前做噴槍霧化試驗正常。

（12）確保尿素品質，配置的尿素溶液濃度達到設計值，密度1140kg/m3，尿素溶液溫度控制在50～60度。

（13）加強設備運維檢查，提高可靠性。加強NOx、氨逃逸、空預器與SCR差壓、空預器電流的日常檢查分析，總結經驗，發現問題及時研究處理。加強同類型設備技術交流，優化設備工藝、調控措施。

（14）當空預器差壓升至2kpa時，組織進行80%負荷單側空預器排煙溫度升溫試驗，將單側排煙溫度升至180℃進行空預器吹灰，減少ABS積累，通過低省調節排煙出口溫度。

（15）停爐后及時安排空預器，熱解爐、脫硝電加熱、噴氨格柵內部定檢。根據情況安排空預器高壓水沖洗或清理堵塞。

結論

通過設備改造與NOx運行調控規定實施之后，控制了空預器腐蝕、堵塞等問題，更好地保證了機組的環保安全運行，如今#1/#2爐滿負荷空預器差壓分別控制在1.47Kpa/1.27Kpa以內，起到了良好的效果。

參考文獻：

[1]馬雙忱， 郭蒙， 宋卉卉，等. SCR工藝中硫酸氫銨形成機制及影響因素[C]// 2013年發電企業節能減排技術論壇. 中國電機工程學會， 2013.

[2]應明良，周輝，王磊.燃煤硫份對鍋爐運行的影響分析[J].浙江電力，2006（01）：31-34+61.

[3]《660MW 集控主機運行規程》華電常德公司有限責任公司發布