摘 要：燃煤機組中氮氧化物的生成抑制機制與鍋爐理想燃燒理論相悖[1]，這一問題在機組中低負荷工況下顯得更加突出。在環(huán)保部門要求的不斷提高和降低運營成本的共同壓力下，如何在機組深度調(diào)峰狀態(tài)下既能實現(xiàn)氮氧化物的超低排放、又可以確保機組健康穩(wěn)定運行已經(jīng)尤為重要。本文針對在中低負荷下氮氧化物超低排放的控制方式進行深入分析研究，并給出有效合理的控制策略，這對提高機組的脫銷運行安全經(jīng)濟性有著顯著的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：氮氧化物；超低排放；中低負荷；調(diào)整策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.013

1 引言

伴隨著最新的《全面實施燃煤電廠的超低排放和節(jié)能措施》的發(fā)布[2]，要求在2020年前我國火電機組氮氧化物的生成量在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，相比之前的排放限值降低50%?？梢酝茰y未來國家將會對燃煤機組的環(huán)保指標有著更高的要求。而近年來在我國逐步進入經(jīng)濟新常態(tài)發(fā)展、眾多大型火力發(fā)電廠集中建成投產(chǎn)和全社會用電量下降等多種因素共同作用下，燃煤機組的可利用小時數(shù)正在逐年降低，燃煤機組將持續(xù)中低負荷運行的狀態(tài)。

對于燃煤機組脫硝設(shè)備而言，在機組中低負荷運行條件下氮氧化物生成量較高。如果盡可能降低爐膛氧量，雖然有利于抑制氮氧化物的生成，但過度的調(diào)整又會引起爐膛不穩(wěn)定燃燒、氣溫大幅波動等不利條件，造成不完全燃燒損失和其他潛在危險。所以氧量的控制調(diào)整必須平衡考慮多方面因素。筆者對此查閱了相關(guān)資料文獻，對中低負荷導(dǎo)致脫硝控制問題進入了深入分析，并提出了在機組運行中、低負荷下對鍋爐及脫硝設(shè)備進行控制調(diào)整方法。

2 研究對象

本文選取大型燃煤機組為代表，以靖海電廠某臺百萬機組配套的超超臨界、單爐膛、固態(tài)排渣、對沖燃燒、DG3033/26.15-Ⅱ1 型變壓直流爐為研究對象。如圖1所示，該鍋爐所配套脫硝設(shè)備使用高濃度含塵方式裝配，配備雙組SCR選擇性還原反應(yīng)器。氨區(qū)蒸汽與冷一次風(fēng)支管完全融合后，勻稱的向催化劑層噴入稀釋的氨氣。在催化劑層對應(yīng)的位置各配置四臺吹灰槍，工作氣源來自于主汽支路及輔助蒸汽，用于吹掉各層催化劑表面的積灰。

3 中、低負荷下氮氧化物的生成分析

表1為靖海電廠#3機組脫硝設(shè)備在不同負荷的運行工況下，爐膛出口氮氧化物濃度、煙筒出口氮氧化物濃度、氨投入量的相關(guān)數(shù)據(jù)。在此圖可以發(fā)現(xiàn)，在SCR出口NOx濃度一致的情況下，機組在中低負荷運行時省煤器出口的氮氧化物濃度較高，要求投入的氨也逐步提高；機組滿負荷運行時氮氧化物的生成明顯降低，需要投入的氨量也有所降低。由此可以得出結(jié)論，邊際負荷噴氨量隨著負荷的降低而逐漸增加。

4 中、低負荷下脫銷超低排放調(diào)整措施

4.1 制粉系統(tǒng)的運行組合優(yōu)化

不同的制粉系統(tǒng)運行組合方式直接影響氮氧化物的生成[3]，尤其在中、低負荷下這一情況更為明顯。由于各層燃燒器供給的煤粉減少、濃度降低，這將導(dǎo)致煤量和空氣的混合程度增大，造成富氧燃燒，將引起NOx的產(chǎn)生。當(dāng)#3機組負荷穩(wěn)定在400MW，保持中下層三臺磨煤機運行，各項參數(shù)均處在穩(wěn)定狀態(tài)，隨后開啟一臺上層磨煤機，脫銷入口NOx參數(shù)立即快速上升并保持在高值。由此可知，在中低負荷時具備停磨條件的工況下，及時停運上層磨對降低脫銷入口NOx有明顯作用。在保證機組運行安全和燃料量供給正常、單臺磨煤機運行參數(shù)不超限的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量減少中上層磨煤機的運行數(shù)量和運行出力，下調(diào)中、低層的二次風(fēng)量。

除此之外，已經(jīng)停運的制粉系統(tǒng)應(yīng)盡快關(guān)閉其所有風(fēng)門擋板，防止由于制粉系統(tǒng)未及時停運而帶來的多余風(fēng)量，造成入口NOx激增的情況。應(yīng)確保主、再熱氣溫、氣壓正常和磨煤機的正常運轉(zhuǎn)前提下，視情況下調(diào)工作磨煤機入口的一次風(fēng)的風(fēng)壓和風(fēng)量、風(fēng)溫，適時提前加大噴氨量。另外應(yīng)降低空氣分級程度，降低爐內(nèi)風(fēng)與粉的混合速度、降低燃燒初期氧濃度，采用各類手段、方式抑制氮氧化物的形成。根據(jù)不同的煤種的化學(xué)特性，采用調(diào)整動態(tài)分離器等手段控制煤粉細度，力爭在燃燒前期燃煤能夠快速分散、揮發(fā)和消耗大量氧份。調(diào)整操作時應(yīng)注意堵磨、跳磨、過熱面超溫、尾部煙道煙溫過高的等安全問題。

4.2 控制爐膛過剩空氣系數(shù)

爐膛過量空氣系數(shù)與爐膛的氧量息息相關(guān)，當(dāng)爐膛氧量升高時，脫銷入口的氮氧化物生成量將大幅升高。在機組高負荷運行時，由于風(fēng)機出力、空預(yù)器堵塞等情況造成氧量偏低，若進一步減少風(fēng)量的很容易引起鍋爐不完全燃燒損失，甚至導(dǎo)致負荷限高。在中低負荷時由于爐膛氧量普遍較高，此時SCR入口NOx含量會大大升高。因此盡可能的下調(diào)爐膛氧量，有利于NOx的減少。

但是，氧量不能無限制的減少，操作時應(yīng)顧及鍋爐、汽機等各項主參數(shù)穩(wěn)定，防止爐膛滅火、風(fēng)機喘振等問題出現(xiàn)，同時應(yīng)保留一定的調(diào)節(jié)裕度。通過大量數(shù)據(jù)可以證實，針對與相同負荷下爐膛過量空氣系數(shù)對脫銷的作用情況，在中低負荷下爐膛出口氧量每下降1%可以調(diào)節(jié)19%氮氧化物的生成。

4.3 其他策略

（1）中低負荷下應(yīng)嚴格執(zhí)行規(guī)定的吹灰頻率和次數(shù)，避免結(jié)焦積灰，保持受熱面干凈整潔。如吹灰器單個或多個故障應(yīng)盡快處理，避免長時間不吹造成局部積灰嚴重。

（2）及時關(guān)注入爐煤質(zhì)變化。揮發(fā)分含量較高的燃煤經(jīng)過燃燒形成的氮氧化物單位含量越低[4]。應(yīng)積極開展燃煤混配工作，恰當(dāng)?shù)奶岣哂∧崦旱谋戎匾哉{(diào)整氮氧化物的排放濃度。但印尼煤等高揮發(fā)性煤會引起易燃、易爆等安全故障，直接關(guān)系到制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，應(yīng)平衡安全性與經(jīng)濟性。

（3）中、低負荷下脫硝系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)不及時，容易造成NOx超標。而在增負荷時，由于系統(tǒng)二次風(fēng)量加大，可能疊加一臺制粉系統(tǒng)的風(fēng)量，造成過量空氣系數(shù)變大引起超標。因此必要時應(yīng)手動操作噴氨量進行干預(yù)，從而保證煙囪出口的氮氧化物含量不超標。

（4）在機組減負荷時，為防止NOx超標。應(yīng)避免將送風(fēng)機打到手動模式，在再熱氣溫可控的前提下，減少二次風(fēng)量以降低過量空氣系數(shù)，同時保持燃盡風(fēng)門開度。

5 結(jié)論

筆者針對靖海電廠#3機組鍋爐以及其配套的SCR脫硝處理裝置在中、低不同負荷下氮氧化物的生成情況進行了研究，對各種要素對氮氧化物的影響開展了分析并提出了應(yīng)對方法，得出了以下結(jié)論：

（1）通過合理運行的調(diào)節(jié)，在中、低負荷機組脫硝進、出口NOx含量、噴氨量等能夠得到有效控制。

（2）鍋爐調(diào)整在控制NOx同時可能造成其他參數(shù)如穩(wěn)定燃燒、燃燒效率、排煙溫度、煤耗等經(jīng)濟性指標惡化，運行中應(yīng)綜合考慮所有因素，應(yīng)盡量尋找平衡點，避免顧此失彼，以達到最佳效果。

由于實際工況條件的限制，并未做更大幅度的相關(guān)試驗。但根據(jù)觀察，只要運行人員及時干預(yù)，進行針對性調(diào)整，那么可在中低負荷工況以及變負荷工況下，控制好NOx的排放值在規(guī)定要求內(nèi)。

參考文獻：

[1]胡志宏，郝衛(wèi)東，薛美盛，王軍.1000MW超超臨界燃煤鍋爐燃燒與NOx排放特性試驗研究[J].機械工程學(xué)報，2010（04）.

[2]中華人民共和國國家環(huán)境保護總局.GB13223-2011.火電廠大氣污染排放標準[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3]曾漢才.大型鍋爐高效低NOx燃燒技術(shù)的研究[J].鍋爐制造，2001（01）.

[4]馬斌.大型超臨界、超超臨界鍋爐低燃燒系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

作者簡介：于宗平（1986-），男，吉林人，碩士，助理工程師，主要從事集控運行工作。