國能孟津熱電有限公司 李鵬飛 謝秦楠

隨著社會的發(fā)展，環(huán)保問題越來越被重視，國家對火電廠NOx排放標準也上升到了新高度，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)保日均值無法達到要求等問題，成為全負荷脫硝實施的重大難點。

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

通過試驗摸索，不斷的優(yōu)化改進控制策略，結(jié)合本廠設備系統(tǒng)形態(tài)及實際運行參數(shù)，綜合投資成本、設備參數(shù)安全性及經(jīng)濟性等方面影響，在不進行設備改造的前提下，實現(xiàn)機組在全負荷區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)氮氧化物的達標排放。

1 設備概況及技術(shù)對比

國能孟津熱電有限公司#1機組鍋爐由東方鍋爐（集團）股份有限公司獨立設計，為單爐膛、對沖燃燒、超臨界、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、露天布置、全懸吊結(jié)構(gòu)II型結(jié)構(gòu)，變壓運行直流鍋爐，型號為DG1900/27.22-II4，裝機容量600MW。SCR煙氣脫硝裝置由東方電氣集團公司工程分公司設計制造，采用高灰型工藝布置，反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間，不設反應器煙氣旁路，每臺鍋爐設兩臺SCR反應器，反應器內(nèi)催化劑按“2＋1”模式布置，初裝下部兩層，預留上部一層催化劑，設計脫硝效率≥83%。#1機組SCR煙氣脫硝裝置2011年與機組同步投產(chǎn)運行，2015年進行一層催化劑更換、一層催化劑再生。

表1 脫硝入口煙氣設計

1.1 常規(guī)技術(shù)

寬負荷脫硝常規(guī)技術(shù)路線一般分為省煤器分級、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)路線在低負荷脫硝應用方面均取得一定效果，但存在改造周期長、煙氣流速改變增加磨損、經(jīng)濟性差等各方面問題，經(jīng)充分評估并結(jié)合孟電公司實際設備、參數(shù)運行情況，最終采用運行優(yōu)化調(diào)整實現(xiàn)全負荷脫硝科技研究。

分級省煤器即將原省煤器分成兩級布置，在脫硝進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器出口煙溫的同時，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)增設旁路系統(tǒng)，在省煤器與集箱中間加設連接管道，在機組啟動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，但在機組啟動過程中省煤器旁路水量較大時，導致省煤器有再沸騰及汽蝕風險，增加了機組運行安全風險及運行操作風險[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，達到提升煙溫的目的，此方案工程量相對較少、投資成本較低，但存在低負荷擋板處積灰及煙氣流速增加磨損換熱面風險，存在安全風險。脫硝入口煙氣旁路即在脫硝入口增加煙道旁路，機組啟動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、操作簡單，煙溫提升效果明顯，但在正常運行中盤路擋板內(nèi)漏導致排煙熱損失大幅增加，嚴重影響鍋爐運行經(jīng)濟性[2]。

1.2 運行優(yōu)化提升排煙溫度優(yōu)勢

綜合性能分析來說，無任何投資成本、無需設備改造施工，正常運行中未造成設備形態(tài)及控制方式改變，對鍋爐效率未造成影響，未影響機組停機及并網(wǎng)時間節(jié)點，機組啟動過程中排煙溫度提升明顯，可實現(xiàn)機組啟動、機組停機過程的環(huán)保達標排放。

對脫硝運行及機組運行安全性來說，通過試驗評估，運行優(yōu)化等方式，機組啟動過程中脫硝入口煙溫至300℃時投入脫硝系統(tǒng)，結(jié)合本廠燃煤SO3轉(zhuǎn)換率溫度及啟動后噴氨優(yōu)化試驗，脫硝效率正常，未進行設備改造、故鍋爐設備形態(tài)未發(fā)生改變，不會產(chǎn)生其他設備改造后安全運行風險。

機組經(jīng)濟性來說，未進行設備改造，無任何設備改造成本，通過運行優(yōu)化調(diào)整實現(xiàn)全負荷脫硝后，包括機組啟停機階段實現(xiàn)環(huán)保日均值達標排放，節(jié)省環(huán)保排污費用及環(huán)保超標罰款。

2 技術(shù)應用

為了通過運行優(yōu)化實現(xiàn)全負荷脫硝投入，利用#1機組C修啟停機期間開展運行優(yōu)化調(diào)整試驗，于2017年9～11月#1機組C修機組啟停期間開展項目試驗，實現(xiàn)機組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，停機后退出脫硝系統(tǒng)，首次完成機組全負荷脫硝運行，試驗開展情況如下。

2.1 優(yōu)化脫硝投入溫度

充分評估分析調(diào)整最低連續(xù)噴氨溫度。按照本廠典型燃煤煤質(zhì)，分析啟動階段煙氣成分中的NOx、SO2、氧量、濕度、煙氣溫度，計算SO2→SO3轉(zhuǎn)換率，推算出SO3析出溫度為285℃左右，故當脫硝進出口煙溫至285℃以上投入脫硝系統(tǒng)時，硫酸氫氨堵塞催化劑風險較低，另根據(jù)西安熱工院最低噴氨溫度試驗分析（圖1），脫硝進出口煙溫至304℃投入脫硝系統(tǒng)運行7h，當煙溫升至338℃運行后催化劑活性將恢復至正常水平。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分析

2.2 運行調(diào)整提高脫硝進出口煙溫

優(yōu)化上煤比例，機組啟動過程中將投運第一、第二臺制粉系統(tǒng)發(fā)熱量降低，提高總?cè)剂狭康耐瑫r，合理控制入爐煤揮發(fā)份，降低入口NOx生成量；在機組啟動初期，合理利用再熱器煙氣擋板，機組啟動過程中在保證再熱蒸汽沖轉(zhuǎn)參數(shù)的同時，盡量關小過熱器煙氣擋板，提高脫硝入口煙溫；機組啟動前，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)

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

圖2 低省暖風器系統(tǒng)

優(yōu)化配風調(diào)整，適當增加一次風量，關小停運磨煤機二次風門，適當開大燃盡風，保證總風量不變的前提下減少NOx生成量，同時提高火焰中心，提高尾部煙氣溫度；優(yōu)化制粉系統(tǒng)組合方式，具備投入第三臺制粉系統(tǒng)條件時，啟動一臺上層磨，同時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；機組并網(wǎng)后盡量保持高低旁開度，通過增加鍋爐熱負荷方式提高排煙溫度，提前做好準備，具備條件第一時間投入從而縮短脫硝退出時間。

脫硝投入后盡快加負荷，提高SCR入口煙氣溫度至338℃以上；機組負荷降至250MW后聯(lián)系將強制供氨快關門允許開邏輯，利用鍋爐強制通風時間段對供氨管路進行吹掃；負荷至250MW停機打閘，機組打閘后立即退出脫硝系統(tǒng)，就地關閉供氨母管手動隔上離總門，進行供氨母管吹掃，自然通風完成后供氨管道隔離上鎖。

機組啟動相關參數(shù)：燃料量68t、A側(cè)脫硝進口NOx464mg/Nm3、B側(cè)脫硝進口NOx334mg/Nm3、A側(cè) 脫 硝 出 口NOx26mg/Nm3、B側(cè) 脫硝出口NOx32mg/Nm3、脫硝進口煙溫（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)送風量（平均）387t/h、B側(cè)送風量（平均）429t/h、高旁開度85%、低旁開度100%、氧量10.5%。

3 控制效果及應用優(yōu)勢

通過在1號機組C修啟停機過程中開展項目應用，實現(xiàn)機組停機前退出脫硝系統(tǒng)，在機組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)至近零排放值，11月21日機組23點30分點火，至11月22日04點45分并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)保日均值未超限，并網(wǎng)前實現(xiàn)機組達標排放，完成運行優(yōu)化調(diào)整實現(xiàn)全負荷脫硝的技術(shù)突破（圖3）。

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

通過運行優(yōu)化調(diào)整，合理調(diào)整配煤比例、優(yōu)化機組啟動風量及風門擋板開度等，實現(xiàn)機組并網(wǎng)前投入脫硝系統(tǒng)，打閘停前退出脫硝系統(tǒng)，實現(xiàn)全負荷脫硝達標排放；在不進行任何設備改造的情況下達到全負荷脫硝，設備改造零成本，緩解經(jīng)營壓力，降低環(huán)保運行投資；通過提升一、二次風暖風器出口風溫，實現(xiàn)提高鍋爐爐膛溫度的目的；通過運行優(yōu)化實現(xiàn)機組啟動環(huán)保排污費零處罰；深挖系統(tǒng)設備潛力，通過多樣化運行調(diào)整方式調(diào)整，在保證機組安全運行的前提下，實現(xiàn)設備系統(tǒng)的“壓紅線”。

綜上所述，要實現(xiàn)脫硝裝置全負荷投入運行，需使排煙溫度滿足脫硝運行要求，改造鍋爐熱力系統(tǒng)或風煙系統(tǒng)是目前重要手段之一，而低成本甚至于零成本的運行方式優(yōu)化，作為全負荷脫硝實施的不二之選。運行優(yōu)化全負荷脫硝有無設備改造成本、排煙溫度提升幅度大、應用靈活等諸多優(yōu)點，故較適應當前國內(nèi)600MW及以上脫硝系統(tǒng)并網(wǎng)前無法投運的優(yōu)化應用上，因無任何改造成本，在不進行投資成本增加的前提下有效承擔了社會責任，市場前景廣闊。