閆　超, 張?zhí)m華

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東惠州516363)

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1 000 MW機組全負荷低NOX排放優(yōu)化

閆超, 張?zhí)m華

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東惠州516363)

摘要：為滿足日趨嚴格的環(huán)保排放要求，需對現(xiàn)有的SCR脫硝系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。以某電廠為例，分析了SCR脫硝的控制策略，通過對SCR控制系統(tǒng)、二次風控制系統(tǒng)參數(shù)整定和優(yōu)化，以及給水加熱回熱抽汽系統(tǒng)改造，成功實現(xiàn)了全負荷段NOX低排放。試驗結(jié)果表明，所采用的優(yōu)化策略及改造技術，對其他同類型機組全負荷脫硝低排放具有重要的借鑒和參考意義。

關鍵詞：SCR；全負荷；1 000 MW超超臨界機組；優(yōu)化；燃燼風

0引言

大型火電機組排煙中的NOX是造成環(huán)境污染的重要原因之一，目前大部分火電機組采用SCR脫硝裝置，其脫硝效率可達到80%以上[1]。隨著新頒布的GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》實施，對燃煤火電廠氮氧化物NOX排放濃度限值提出更高要求。某廠處于珠三角重點地區(qū)，NOX排放限值標準由原來的小時平均排放達標變成分鐘平均排放達標，排放標準為分鐘平均值不超過100 mg/Nm3。

1機組概況

某廠2×1 000 MW超超臨界機組鍋爐采用上海鍋爐廠引進ALSTOM技術設計制造的某型鍋爐，該鍋爐屬于超超臨界、一次中間再熱、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置、雙切圓八角噴燃、平衡通風、固態(tài)排渣螺旋管圈直流煤粉式鍋爐；汽輪機采用上海汽輪機廠有限責任公司生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，采用獨特的補汽閥技術；發(fā)電機采用上海發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的水氫氫冷自并勵靜止勵磁發(fā)電機；煙氣脫硝系統(tǒng)由上海電氣石川島電站環(huán)保工程有限公司提供，采用SCR脫硝方案，系統(tǒng)設置2套相互獨立的SCR反應器，布置于省煤器之后，空預器之前，屬于高塵布置方式；SCR系統(tǒng)設計兩層板狀催化劑和一層蜂窩式催化劑，使用液氨作為還原劑，吹灰共設置有24臺聲波吹灰器，同時反應器入口煙道的底部設置了積灰斗來收集飛灰。SCR反應系統(tǒng)主要設備參數(shù)如表1所示。

表1　SCR反應系統(tǒng)主要設備參數(shù)

續(xù)表1

2SCR脫硝的基本原理及控制策略

SCR脫硝的基本原理是在催化劑作用下，還原劑液氨與煙氣中的氮氧化物反應，生成氮氣(N2)和水(H2O)。主要的化學反應方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

(1)

6NO+4NH3→5N2+6H2O

(2)

(3)

(4)

煙氣中氮氧化物95%為NO，式(1)是主要的化學反應[2～5]。

電廠使用煙氣污染連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)測量煙氣中的NO和O2含量，通過公式進行換算和修正成NOX折算量。NOX折算公式為：

(5)

式中：WNO為實測煙氣中NO體積含量，μL/L；WO2為實測煙氣中氧含量， %；根據(jù)經(jīng)驗NOX中NO含量為95%和NO2為5%；NO2由體積含量換算到質(zhì)量含量的轉(zhuǎn)換系數(shù)為2.05。

控制策略如圖1所示。主調(diào)節(jié)器的設定值為脫硝效率，被調(diào)量為實際脫硝效率，經(jīng)過PID運算得到摩爾比，再經(jīng)過修正得出噴氨量，作為副調(diào)節(jié)器的設定值，與NH3流量測量值偏差經(jīng)PID運算后生成噴氨調(diào)節(jié)閥指令。由于脫硝噴氨系統(tǒng)存在測量及化學反應時間滯后，因此在控制系統(tǒng)中設置有前饋回路，前饋回路根據(jù)鍋爐煤量函數(shù)計算的煙氣流量、入口NOX測量值修正，計算得到噴氨量，作為副調(diào)節(jié)器的設定值，以快速響應機組負荷變化及入口煙氣量變化。

圖1　噴氨調(diào)閥控制策略

3控制系統(tǒng)參數(shù)整定和優(yōu)化

隨著環(huán)保要求的提高，機組頻繁深度調(diào)峰，現(xiàn)有的脫硝控制系統(tǒng)已不能完全滿足NOX排放要求。針對系統(tǒng)存在的問題，進行控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及給水加熱回熱系統(tǒng)改造，達到環(huán)保要求的效率和排放指標。

3.1　SCR取樣管路吹掃系統(tǒng)保持導致的調(diào)節(jié)異常

為防止取樣管堵塞，SCR系統(tǒng)進出口取樣分析管路均安裝有自動吹掃裝置。吹掃時進出口NO及氧量測量值通過硬件實現(xiàn)數(shù)值保持，待吹掃結(jié)束延時2 min后恢復測量。吹掃過程存在兩種可能異常情況。一是吹掃過程中進出口測量值完全處于保持狀態(tài)，無法實時地根據(jù)進出口NOX值來調(diào)節(jié)噴氨量。二是吹掃過程中進出口測量值保持時間不一致，無法實現(xiàn)同時保持。針對這兩種異常工況，控制系統(tǒng)做以下優(yōu)化：將SCR系統(tǒng)吹掃信號引入到DCS參與控制，當有吹掃信號時，通過DCS邏輯實現(xiàn)進出口NOX值保持不變，解決硬件保持時間不一致的情況。一側(cè)吹掃時數(shù)值保持，無法實時調(diào)節(jié)，通過將本側(cè)調(diào)閥指令跟蹤對側(cè)調(diào)閥開度來實現(xiàn)控制，同時優(yōu)化整定主、副調(diào)節(jié)器PID參數(shù)。

3.2　降負荷過程中SCR入口NOX突升導致出口NOX瞬時超標

穩(wěn)定工況時，SCR入口NOX變化小，可通過優(yōu)化主、副調(diào)節(jié)器PID參數(shù)實現(xiàn)良好控制效果。根據(jù)試驗，SCR入口NOX在降負荷過程中到500 MW附近時，入口NOX出現(xiàn)突升，加上脫硝噴氨反應的滯后時間，正常整定PID參數(shù)已無法滿足這一工況。雖經(jīng)多次參數(shù)整定，此種情況下調(diào)節(jié)效果依然不理想。為此設想通過降低爐膛出口煙氣中的NOX生成量來達到控制NOX排放量目的。根據(jù)合理氧量控制和空氣分級燃燒原理，運行氧量過高會導致爐膛出口NOX排放量升高；在機組負荷、總空氣量不變的前提下，增加上層燃燼風(SOFA風)的送風量可以降低NOX的生成量[6～12]。在滿足鍋爐效率的前提下，優(yōu)化氧量控制函數(shù)，優(yōu)化效果表明，鍋爐燃燒氧量降低，出口NOX濃度大幅度降低。同種工況下爐膛出口NOX降低70～100 mg/Nm3。通過配風試驗，在滿足鍋爐風箱差壓情況下，降負荷過程中適當開大SOFA風，可大幅降低爐膛出口NOX濃度及上升速度。氧量函數(shù)優(yōu)化前后各負荷段爐膛出口NOX如圖2所示，降負荷優(yōu)化SOFA風開度前后NOX濃度如圖3，4所示。同時優(yōu)化噴氨調(diào)閥前饋控制，當SCR入口NOX濃度上升速率過快時，提前開大調(diào)節(jié)閥的開度，如表2所示。

圖2　氧量優(yōu)化前后爐膛出口NOX

圖3　優(yōu)化SOFA風前NOX濃度

圖4　優(yōu)化SOFA風后NOX濃度

SCR入口NOX升高速率010205070100噴氨調(diào)閥開大量/%00371012

3.3　低負荷時排煙溫度低導致SCR退出運行

機組深度調(diào)峰過程，當SCR入口煙氣溫度低于293 ℃時退出SCR運行，NOX排放超標，不滿足環(huán)保排放要求。通過對給水加熱回熱系統(tǒng)改造，在低負荷時提高煙氣排煙溫度，實現(xiàn)SCR全負荷運行。改造方案具體是通過對1號高壓加熱器的加熱汽源(簡稱1段抽汽)進行改造，增加另一路汽輪機高壓缸補汽閥后的抽汽汽源(簡稱0段抽汽)。改造前后流程圖如圖5、圖6所示。當機組負荷降低，SCR入口煙氣溫度不能滿足SCR脫硝裝置投運溫度時將1段抽汽切除，采用0段抽汽作為1號高壓加熱器的汽源，0段抽汽汽源經(jīng)過減溫減壓后加熱鍋爐給水。由于0段抽汽參數(shù)高于1段抽汽參數(shù)，低負荷時對1號高壓加熱器抽汽汽源的切換，提高給水溫度。兩種抽汽汽源之間通過抽汽調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)無擾切換，同時通過減溫水調(diào)閥控制減溫器后的抽汽溫度控制在合理范圍，保證1號高壓加熱器內(nèi)壓力在合理范圍。從而提高省煤器進口給水溫度，減少了省煤器對煙氣的吸熱，使省煤器出口煙溫相應的上升，滿足脫硝系統(tǒng)投運的溫度條件。

圖5　改造前一號高壓加熱器汽源

圖6　改造后一號高壓加熱器汽源

投運實例：2014年12月27日4:00進行新型回熱系統(tǒng)試投運。投運前工況：機組負荷450 MW，脫硝入口煙氣溫度最高為291.1 ℃，低于脫硝系統(tǒng)投運最低溫度，脫硝系統(tǒng)退出運行。試驗開始，運行人員手動逐步將1段抽汽汽源切換0段抽汽汽源，完全切換后給水溫度提高18.6 ℃，脫硝入口煙氣溫度平均提高15.6 ℃，脫硝效率達64.3%。投運0段抽汽系統(tǒng)前后脫硝系統(tǒng)運行主要參數(shù)如表3、表4所示。試驗結(jié)果表明0段抽汽回熱系統(tǒng)低負荷時提高SCR入口煙氣溫度效果明顯，實現(xiàn)機組低負荷脫硝。

表3　投運0段抽汽系統(tǒng)前SCR系統(tǒng)主要參數(shù)

表4　投運0段抽汽系統(tǒng)后SCR系統(tǒng)主要參數(shù)

4結(jié)論

對于SCR取樣管路吹掃時噴氨調(diào)閥無法正常調(diào)節(jié)、降負荷時NOX排放超標等問題，通過邏輯優(yōu)化解決；對于低負荷排煙溫度低時SCR無法投運的問題，通過采用給水加熱回熱抽汽系統(tǒng)改造解決。成功實現(xiàn)了全負荷工況下SCR脫硝裝置投運和NOX的低排放目標。

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All Load of 1 000 MW Unit Low NOXEmission Optimization

Yan Chao， Zhang Lanhua(Guangdong Huizhou Pinghai Power Generation Co., Ltd., Huizhou 516363, China)

Abstract：In order to meet the increasingly stringent environmental emission requirements, need to optimize and transformation of the existing SCR denitration system. Taking the SCR system of a power plant as example, analysis SCR denitration control strategy, use SCR control system, secondary air control system parameter tuning and optimization, and water heating system transformation, successfully achieved full-load segment low NOXemission targets. The results show that the use of optimization strategies and transform technology, is an important reference and reference value to the other type of unit with a full load of denitration low emissions.

Keywords：SCR；all load；1 000 MW ultra-supercritical unit；optimization；SOFA

作者簡介：閆超(1983-)，男，助理工程師，從事火電廠熱工控制及優(yōu)化工作，E-mail:whuachao888666@163.com。

收稿日期：2015-09-22。

中圖分類號:TM731

文獻標識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.12.012