零改造全負(fù)荷脫硝運(yùn)行優(yōu)化應(yīng)用

國能孟津熱電有限公司 李鵬飛 謝秦楠

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)保問題越來越被重視，國家對(duì)火電廠NOx排放標(biāo)準(zhǔn)也上升到了新高度，特別是近零排放改造后脫硝催化劑的運(yùn)行壓力的增加，啟停階段脫硝裝置無法投入、環(huán)保日均值無法達(dá)到要求等問題，成為全負(fù)荷脫硝實(shí)施的重大難點(diǎn)。

針對(duì)目前國內(nèi)600MW超臨界直流鍋爐無法實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝的問題，運(yùn)用精益化管理工具對(duì)全負(fù)荷區(qū)間脫硝SCR投入率控制問題進(jìn)行深入分析和剖析，制定專項(xiàng)措施予以改進(jìn)，進(jìn)行多方案分析與比較。

通過試驗(yàn)摸索，不斷的優(yōu)化改進(jìn)控制策略，結(jié)合本廠設(shè)備系統(tǒng)形態(tài)及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，綜合投資成本、設(shè)備參數(shù)安全性及經(jīng)濟(jì)性等方面影響，在不進(jìn)行設(shè)備改造的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在全負(fù)荷區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)氮氧化物的達(dá)標(biāo)排放。

1 設(shè)備概況及技術(shù)對(duì)比

國能孟津熱電有限公司#1機(jī)組鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司獨(dú)立設(shè)計(jì)，為單爐膛、對(duì)沖燃燒、超臨界、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全懸吊結(jié)構(gòu)II型結(jié)構(gòu)，變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號(hào)為DG1900/27.22-II4，裝機(jī)容量600MW。SCR煙氣脫硝裝置由東方電氣集團(tuán)公司工程分公司設(shè)計(jì)制造，采用高灰型工藝布置，反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，不設(shè)反應(yīng)器煙氣旁路，每臺(tái)鍋爐設(shè)兩臺(tái)SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)催化劑按“2＋1”模式布置，初裝下部?jī)蓪樱A(yù)留上部一層催化劑，設(shè)計(jì)脫硝效率≥83%。#1機(jī)組SCR煙氣脫硝裝置2011年與機(jī)組同步投產(chǎn)運(yùn)行，2015年進(jìn)行一層催化劑更換、一層催化劑再生。

表1 脫硝入口煙氣設(shè)計(jì)

1.1 常規(guī)技術(shù)

寬負(fù)荷脫硝常規(guī)技術(shù)路線一般分為省煤器分級(jí)、省煤器旁路、省煤器分割煙道及脫硝入口煙氣旁路改造，以上技術(shù)路線在低負(fù)荷脫硝應(yīng)用方面均取得一定效果，但存在改造周期長、煙氣流速改變?cè)黾幽p、經(jīng)濟(jì)性差等各方面問題，經(jīng)充分評(píng)估并結(jié)合孟電公司實(shí)際設(shè)備、參數(shù)運(yùn)行情況，最終采用運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝科技研究。

分級(jí)省煤器即將原省煤器分成兩級(jí)布置，在脫硝進(jìn)口及出口分別布置一部分換熱面，在不改變省煤器換熱面積及空預(yù)器出口煙溫的同時(shí)，提高脫硝入口煙溫，但該方案投資成本較高，施工難度大，改造工期較長。

省煤器旁路及在省煤器水側(cè)增設(shè)旁路系統(tǒng)，在省煤器與集箱中間加設(shè)連接管道，在機(jī)組啟動(dòng)過程中將省煤器部分給水旁路減少給水吸熱提升脫硝入口煙溫。

該方案施工投資較少、施工周期較短，但在機(jī)組啟動(dòng)過程中省煤器旁路水量較大時(shí)，導(dǎo)致省煤器有再沸騰及汽蝕風(fēng)險(xiǎn)，增加了機(jī)組運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)及運(yùn)行操作風(fēng)險(xiǎn)[1]。

省煤器分割煙道即在省煤器煙道不同位置增加調(diào)節(jié)擋板，通過調(diào)整省煤器處煙氣流量降低省煤器吸熱，達(dá)到提升煙溫的目的，此方案工程量相對(duì)較少、投資成本較低，但存在低負(fù)荷擋板處積灰及煙氣流速增加磨損換熱面風(fēng)險(xiǎn)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。脫硝入口煙氣旁路即在脫硝入口增加煙道旁路，機(jī)組啟動(dòng)過程脫硝入口引入熱煙氣，提升脫硝入口煙溫，投資成本較低、操作簡(jiǎn)單，煙溫提升效果明顯，但在正常運(yùn)行中盤路擋板內(nèi)漏導(dǎo)致排煙熱損失大幅增加，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[2]。

1.2 運(yùn)行優(yōu)化提升排煙溫度優(yōu)勢(shì)

綜合性能分析來說，無任何投資成本、無需設(shè)備改造施工，正常運(yùn)行中未造成設(shè)備形態(tài)及控制方式改變，對(duì)鍋爐效率未造成影響，未影響機(jī)組停機(jī)及并網(wǎng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，機(jī)組啟動(dòng)過程中排煙溫度提升明顯，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)、機(jī)組停機(jī)過程的環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。

對(duì)脫硝運(yùn)行及機(jī)組運(yùn)行安全性來說，通過試驗(yàn)評(píng)估，運(yùn)行優(yōu)化等方式，機(jī)組啟動(dòng)過程中脫硝入口煙溫至300℃時(shí)投入脫硝系統(tǒng)，結(jié)合本廠燃煤SO3轉(zhuǎn)換率溫度及啟動(dòng)后噴氨優(yōu)化試驗(yàn)，脫硝效率正常，未進(jìn)行設(shè)備改造、故鍋爐設(shè)備形態(tài)未發(fā)生改變，不會(huì)產(chǎn)生其他設(shè)備改造后安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

機(jī)組經(jīng)濟(jì)性來說，未進(jìn)行設(shè)備改造，無任何設(shè)備改造成本，通過運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝后，包括機(jī)組啟停機(jī)階段實(shí)現(xiàn)環(huán)保日均值達(dá)標(biāo)排放，節(jié)省環(huán)保排污費(fèi)用及環(huán)保超標(biāo)罰款。

2 技術(shù)應(yīng)用

為了通過運(yùn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝投入，利用#1機(jī)組C修啟停機(jī)期間開展運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，于2017年9～11月#1機(jī)組C修機(jī)組啟停期間開展項(xiàng)目試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，停機(jī)后退出脫硝系統(tǒng)，首次完成機(jī)組全負(fù)荷脫硝運(yùn)行，試驗(yàn)開展情況如下。

2.1 優(yōu)化脫硝投入溫度

充分評(píng)估分析調(diào)整最低連續(xù)噴氨溫度。按照本廠典型燃煤煤質(zhì)，分析啟動(dòng)階段煙氣成分中的NOx、SO2、氧量、濕度、煙氣溫度，計(jì)算SO2→SO3轉(zhuǎn)換率，推算出SO3析出溫度為285℃左右，故當(dāng)脫硝進(jìn)出口煙溫至285℃以上投入脫硝系統(tǒng)時(shí)，硫酸氫氨堵塞催化劑風(fēng)險(xiǎn)較低，另根據(jù)西安熱工院最低噴氨溫度試驗(yàn)分析（圖1），脫硝進(jìn)出口煙溫至304℃投入脫硝系統(tǒng)運(yùn)行7h，當(dāng)煙溫升至338℃運(yùn)行后催化劑活性將恢復(fù)至正常水平。結(jié)合催化劑廠家意見及西安熱工院催化劑活性研究為依據(jù)分析，將脫硝裝置投入煙溫由310℃調(diào)整至300℃。

圖1 西安熱工院最低噴氨溫度試驗(yàn)分析

2.2 運(yùn)行調(diào)整提高脫硝進(jìn)出口煙溫

優(yōu)化上煤比例，機(jī)組啟動(dòng)過程中將投運(yùn)第一、第二臺(tái)制粉系統(tǒng)發(fā)熱量降低，提高總?cè)剂狭康耐瑫r(shí)，合理控制入爐煤揮發(fā)份，降低入口NOx生成量；在機(jī)組啟動(dòng)初期，合理利用再熱器煙氣擋板，機(jī)組啟動(dòng)過程中在保證再熱蒸汽沖轉(zhuǎn)參數(shù)的同時(shí)，盡量關(guān)小過熱器煙氣擋板，提高脫硝入口煙溫；機(jī)組啟動(dòng)前，提前投入除氧器加熱，將除氧器水溫加熱至100℃以上，提高鍋爐給水溫度，減少省煤器換熱溫差，制粉系統(tǒng)投入后逐步增加燃煤量，同步減少除氧器加熱蒸汽量，增加鍋爐熱量提高排煙溫度。

表2 煤質(zhì)參數(shù)

投入低省暖風(fēng)器系統(tǒng)，將一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫提升至45℃以提高送風(fēng)風(fēng)溫，從而提高爐膛溫度（圖2）。

圖2 低省暖風(fēng)器系統(tǒng)

優(yōu)化配風(fēng)調(diào)整，適當(dāng)增加一次風(fēng)量，關(guān)小停運(yùn)磨煤機(jī)二次風(fēng)門，適當(dāng)開大燃盡風(fēng)，保證總風(fēng)量不變的前提下減少NOx生成量，同時(shí)提高火焰中心，提高尾部煙氣溫度；優(yōu)化制粉系統(tǒng)組合方式，具備投入第三臺(tái)制粉系統(tǒng)條件時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)上層磨，同時(shí)增加上層磨組的出力，抬高火焰中心的位置，通過提高火焰高度提升排煙溫度；機(jī)組并網(wǎng)后盡量保持高低旁開度，通過增加鍋爐熱負(fù)荷方式提高排煙溫度，提前做好準(zhǔn)備，具備條件第一時(shí)間投入從而縮短脫硝退出時(shí)間。

脫硝投入后盡快加負(fù)荷，提高SCR入口煙氣溫度至338℃以上；機(jī)組負(fù)荷降至250MW后聯(lián)系將強(qiáng)制供氨快關(guān)門允許開邏輯，利用鍋爐強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)間段對(duì)供氨管路進(jìn)行吹掃；負(fù)荷至250MW停機(jī)打閘，機(jī)組打閘后立即退出脫硝系統(tǒng)，就地關(guān)閉供氨母管手動(dòng)隔上離總門，進(jìn)行供氨母管吹掃，自然通風(fēng)完成后供氨管道隔離上鎖。

機(jī)組啟動(dòng)相關(guān)參數(shù)：燃料量68t、A側(cè)脫硝進(jìn)口NOx464mg/Nm3、B側(cè)脫硝進(jìn)口NOx334mg/Nm3、A側(cè) 脫 硝 出 口NOx26mg/Nm3、B側(cè) 脫硝出口NOx32mg/Nm3、脫硝進(jìn)口煙溫（平均）314.8℃、脫硝出口煙溫（平均）313.5℃、A側(cè)噴氨量128m3/h、B側(cè)噴氨量78m3/h、A側(cè)送風(fēng)量（平均）387t/h、B側(cè)送風(fēng)量（平均）429t/h、高旁開度85%、低旁開度100%、氧量10.5%。

3 控制效果及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過在1號(hào)機(jī)組C修啟停機(jī)過程中開展項(xiàng)目應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)前退出脫硝系統(tǒng)，在機(jī)組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)至近零排放值，11月21日機(jī)組23點(diǎn)30分點(diǎn)火，至11月22日04點(diǎn)45分并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保日均值未超限，并網(wǎng)前實(shí)現(xiàn)機(jī)組達(dá)標(biāo)排放，完成運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝的技術(shù)突破（圖3）。

圖3 點(diǎn)火至并網(wǎng)后氮氧化合物監(jiān)視數(shù)據(jù)

通過運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，合理調(diào)整配煤比例、優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)量及風(fēng)門擋板開度等，實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，打閘停前退出脫硝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝達(dá)標(biāo)排放；在不進(jìn)行任何設(shè)備改造的情況下達(dá)到全負(fù)荷脫硝，設(shè)備改造零成本，緩解經(jīng)營壓力，降低環(huán)保運(yùn)行投資；通過提升一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，實(shí)現(xiàn)提高鍋爐爐膛溫度的目的；通過運(yùn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)環(huán)保排污費(fèi)零處罰；深挖系統(tǒng)設(shè)備潛力，通過多樣化運(yùn)行調(diào)整方式調(diào)整，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)的“壓紅線”。

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)脫硝裝置全負(fù)荷投入運(yùn)行，需使排煙溫度滿足脫硝運(yùn)行要求，改造鍋爐熱力系統(tǒng)或風(fēng)煙系統(tǒng)是目前重要手段之一，而低成本甚至于零成本的運(yùn)行方式優(yōu)化，作為全負(fù)荷脫硝實(shí)施的不二之選。運(yùn)行優(yōu)化全負(fù)荷脫硝有無設(shè)備改造成本、排煙溫度提升幅度大、應(yīng)用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，故較適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)600MW及以上脫硝系統(tǒng)并網(wǎng)前無法投運(yùn)的優(yōu)化應(yīng)用上，因無任何改造成本，在不進(jìn)行投資成本增加的前提下有效承擔(dān)了社會(huì)責(zé)任，市場(chǎng)前景廣闊。