低NOχ燃烧器和SCR脱硝技术在1 000 MW超超临界机组中的应用

李 京

经验交流

低NOχ燃烧器和SCR脱硝技术在1 000 MW超超临界机组中的应用

李 京

（铜山华润电力有限公司，江苏 徐州 221000）

为降低机组NOχ排放量，采用低NOχ同轴燃烧系统和选择性催化还原（SCR）脱硝技术，通过试验研究降低NOχ排放量的措施，在实际运行中效果明显，达到了降低NOχ排放量、减少发电企业运行成本的目的。同时对提高SCR脱硝效率进行探讨，为同类型机组提供一定参考。

低NOχ燃烧器；SCR；1 000 MW

燃煤发电机组排放的大气污染物中，NOχ对人体健康和生态环境危害较大，且难以处理，成为需要重点控制排放的污染物之一。近年来，我国不断提高企业环保排放标准，加大对于环保超标企业的奖惩考核力度，特别是大容量机组，更应注重NOχ排放量的控制。为降低机组运行中NOχ排放量，铜山华润电力有限公司1 000 MW超超临界燃煤机组通过设置低NOχ同轴燃烧器，分析煤粉燃烧时NOχ的产生机理，研究合理的运行调整措施［1］。同时增加SCR脱硝技术，达到了有效控制NOχ排放量、减少电厂SCR运行成本的目的。

1 系统设计特点

铜山华润电力有限公司2×1 000 MW机组配置上海锅炉厂制造的SG-3044／27.46-M53x超超临界参数、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、切圆燃烧方式塔式直流锅炉，采用锅炉低氮燃烧技术和SCR脱硝技术。

1.1 低NOχ同轴燃烧系统（LNTFS）

燃烧方式采用低NOχ同轴燃烧系统，煤粉燃烧器采用摆动式、四角布置、切向燃烧方式［2-3］，通过分析煤粉燃烧时NOχ的生成机理，在煤粉早期着火时使用燃料／空气分段燃烧技术，分层布置喷嘴和二次风，以减少挥发分氮转化为NOχ，有效降低NOχ的生成量。系统主要部件为：可水平摆动的分离燃尽风喷嘴（SOFA）、紧凑级燃尽风喷嘴（CCOFA）、预置水平摆角的辅助风喷嘴（CFS）、强化着火煤粉喷嘴（EI）。

煤粉燃烧器采用典型的LNTFS燃烧器，共布置12层煤粉喷嘴，煤粉喷嘴四周布置燃料风喷嘴。燃烧器风箱分为独立的3组，下面2组风箱各有6层煤粉喷嘴，依次对应3台磨煤机，相邻的2层煤粉喷嘴间设置1层供燃油用的燃油辅助风喷嘴。2层相邻的煤粉喷嘴上方设置1个组合式喷嘴，其中预置了水平偏角的煤粉辅助风喷嘴（CFS）和直吹风喷嘴约各占一半面积。系统共设置6台直吹式中速液压加载式磨煤机，保证在任何负荷情况下至少有1台磨煤机处于备用状态。每台磨煤机设置2层煤粉燃烧器，磨煤机出口共4根煤粉管道，进入炉膛四角后通过分配器变成8根煤粉管道进入炉膛燃烧。

1.2 SCR脱硝技术

脱硝还原剂采用液氨，催化剂以氧化钛为基体，其结构形式为板式，布置在一个固定的反应器内。脱硝装置安装在省煤器至空预器区段，能够对2台机组进行100%烟气量脱硝处理。在锅炉燃用设计煤种40%～100%BMCR工况下，当SCR进口烟气温度在320～420℃时，能够达到脱硝效率不低于70%，入口烟气NOχ含量为350 mg／Nm3。SCR工艺系统主要包括烟气系统、空气预热器系统以及相应的烟风道系统、吹灰系统、氨的空气稀释和加注系统、烟气取样系统。在SCR区域，将空气与氨气混合后放入SCR反应器进口烟道，在催化剂的作用下，利用氨的还原特性，与氧化氮反应生成水和氮气，从而使SCR出口的NOχ浓度降到规定值。

2 影响NOχ排放的因素

2.1 配风方式对NOχ排放的影响

低NOχ同轴燃烧器通过在炉膛不同高度布置CCOFA和SOFA风挡板［4-5］，将炉膛分成初始燃烧区、NOχ还原区和燃料燃尽区3个相对独立的部分。机组正常运行中应尽量使用倒宝塔式配风，开大上层CCOFA和SOFA风挡板，关小下层辅助风及燃料风挡板，使初始燃烧区下部区域一次风所携带的煤粉缺氧燃烧，缺氧燃烧时煤粉的燃烧速度和温度均降低，能够有效减少热力型NOχ的生成量。燃料中析出的含氮中间产物HCN、NH3等会进一步将NO分解成N2，有效抑制了燃料型NOχ的生成。通过在燃料燃尽区内保持煤粉富氧燃烧，会有一部分残留的氮被氧化成NOχ，因残留量较少且火焰温度较低，热力型NOχ生成量较少，未燃尽的煤粉和可燃气体被有效燃尽，亦可降低炉渣可燃物含量。表1为机组正常运行中，调整配风方式前后NOχ生成量对比。

表1 调整配风方式前后NOχ生成量对比

由表1可见，此种配风方式对降低NOχ排放量效果明显，机组正常运行中，应尽量开大上层CCOFA和SOFA风挡板运行。因开大此挡板对炉膛风箱差压影响很小，不会影响锅炉燃烧稳定性。

2.2 过量空气系数对NOχ排放的影响

适当减小过量空气系数，保持炉膛内低氧燃烧可以降低炉膛内部中心温度，抑制NOχ的生成，有效降低NOχ排放量。若过量空气系数过低，会使煤粉燃尽率和锅炉燃烧稳定性降低，造成煤粉燃烧效率降低，从而降低锅炉效率［6］。在锅炉正常运行调整中，根据不同的煤质情况，应维持合理的过量空气系数。

低NOχ同轴燃烧器每个区域的过量空气系数由3个因素控制：CCOFA和SOFA风量的分配；总的过量空气系数；总的OFA风量。该燃烧器采用的空气分级方法是通过使每个区域内的过量空气系数得到优化，有效降低NOχ的排放量，同时提高锅炉燃烧效率。表2为机组在800 MW负荷、300 t／h给煤量下稳定运行时，降低氧量对NOχ排放的影响。

表2 氧量变化对NOχ排放的影响

机组实际运行中，当锅炉负荷小于650 MW时，因锅炉稳燃要求，一般维持氧量偏高运行，容易造成NOχ排放量超标，喷氨量增大，使SCR运行成本增加。此时应通过提高磨组出口温度、调整风门挡板开度等方式使燃烧趋于稳定，进而降低氧量运行，有效控制NOχ排放量。

2.3 磨组运行方式对NOχ排放的影响

机组运行时保持锅炉负荷在800 MW稳定运行，过量空气系数和配风方式等参数不变，调整磨组运行方式，试验前后数据如表3所示。

表3 不同磨组运行方式对NOχ排放的影响mg／Nm3

由表3可见，底层磨组运行时NOχ的排放量要比上层磨组运行时低，主要原因是当上层磨组运行时，高温区域沿炉膛高度方向比较大，热力型NOχ的生成量增多；下层磨组运行时，高温区域沿炉膛高度方向比较小，可以减少热力型NOχ的生成量。在机组运行中，应尽量保持下层磨组运行，以减少NOχ的生成量。下层磨组运行时，火焰中心相应下移，主汽温度、再热汽温均相应下降，应通过将燃烧器喷嘴向上摆动、提高过热度等方式进行调整，使主汽温度、再热汽温维持在额定值。

3 提高SCR脱硝效率措施

3.1 提高烟气温度

SCR反应原理：

催化剂以氧化钛为基体时，一般当烟气温度在320～420℃时，催化剂才具有活性。机组正常运行时，当SCR进口烟气温度达到320℃，运行人员即投入喷氨系统，进行脱硝。根据环保要求，在保证SCR出口NOχ含量低于65mg／Nm3的前提下，通过调整进氨调节阀，使SCR脱硝效率大于60%，通常控制在65%～85%。为延长催化剂寿命，实际运行中应控制最低烟气温度大于320℃，最低短期运行烟气温度大于300℃。

当机组长时间在低负荷（500 MW左右）运行时，炉膛内部热负荷低，使SCR烟气入口温度下降。脱硝考核标准要求机组负荷在500 MW以上时必须投入脱硝系统运行，机组负荷低时应通过提高磨组出口温度和风温等措施，提高炉膛温度，使烟气温度满足SCR最佳工作工况。

3.2 稳定供氨压力及温度

机组运行中，应保持SCR供氨压力及温度稳定，供氨压力波动会改变供氨流量，当供氨压力上升时，会造成氨用量浪费；当供氨压力下降时，会造成SCR出口NOχ排放量超标。机组运行中供氨压力应维持在0.3 MPa左右，超出0.27～0.33 MPa时应及时调整。

运行中应保证氨站汽化器温度稳定，特别当冬天外界气温低时，应定期对供氨系统进行检查，防止出现供氨管路或仪表结冰等情况。

3.3 加强SCR吹灰

机组运行中，规定SCR区域每月进行2次吹灰，以便保持较高的催化剂表面清洁度，吹灰汽源取自机组一级再热器进口蒸汽。机组实际运行中，可适当提高吹灰频率，维持每周进行1次SCR吹灰，吹灰时应保证吹灰压力不低于1.2 MPa，以保证吹灰效果。

4 结束语

当前，污染物排放造成环境问题已经成为普遍关注的热点。本文1 000 MW机组通过布置低NOχ燃烧系统，运行中通过合理的燃烧调整，可以有效降低炉膛出口的NOχ含量，炉膛出口的烟气经过SCR装置进行脱硝处理，可以进一步降低排入大气中的NOχ含量，从而达到高效环保、清洁燃烧的目的。

［1］ 路 野，吴少华.玉环1 000 MW超超临界锅炉低NOχ燃烧系统的设计和NOχ性能考核试验简析［J］.锅炉制造，2008，30（4）：2-4.

［2］ 高继录，王文生，李志龙.电站锅炉NOχ排放特性试验研究［J］.东北电力技术，2012，33（11）：10-12.

［3］ 高小涛，周 珏.电站锅炉低NOχ燃烧技术的发展与探讨［J］.华东电力，2003，32（5）：278-281.

［4］ 周 国.燃煤电站锅炉中的低NOχ燃烧技术［J］.节能技术，2005，23（1）：44-46.

［5］ 毕玉森.低NOχ同轴燃烧系统在我国的应用［J］.中国电力，1994，39（10）：30-35.

［6］ 张 伟，赵毓胜.燃烧调整对锅炉效率的影响研究［J］.东北电力技术，2012，33（5）：42-44.

Application on Low⁃NOχBurner and SCR Technology in 1 000 MW Ultra⁃super Critical Coal Fired Unit

LIJing
（Tongshan China Resources Power Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221000，China）

To reduce NOχemission of 1 000 MW ultra supercritical coal⁃fired unit，low NOχcoaxial denitration technology of the com⁃bustion system and selective catalytic reduction technology are adopted.This paper studys that themeasures for reduction of NOχemis⁃sion by experiment，it has favorable effect through the actual operation.The results of experiment show that themeasures can achieve the aim of low generating costs.The selective catalytic reduction denitration efficiency is discussed and this paper provides a reference for similar units.

Low NOχburner；SCR；1 000 MW

TK223.2

A

1004-7913（2015）07-0044-03

李 京（1986—），男，学士，工程师，主要从事集控运行工作。

2015-02-05）