中低负荷下1000MW机组氮氧化物超低排放调整策略

摘 要：燃煤机组中氮氧化物的生成抑制机制与锅炉理想燃烧理论相悖[1]，这一问题在机组中低负荷工况下显得更加突出。在环保部门要求的不断提高和降低运营成本的共同压力下，如何在机组深度调峰状态下既能实现氮氧化物的超低排放、又可以确保机组健康稳定运行已经尤为重要。本文针对在中低负荷下氮氧化物超低排放的控制方式进行深入分析研究，并给出有效合理的控制策略，这对提高机组的脱销运行安全经济性有着显著的现实意义。

关键词：氮氧化物；超低排放；中低负荷；调整策略

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

1 引言

伴随着最新的《全面实施燃煤电厂的超低排放和节能措施》的发布[2]，要求在2020年前我国火电机组氮氧化物的生成量在现有的基础上，相比之前的排放限值降低50%。可以推测未来国家将会对燃煤机组的环保指标有着更高的要求。而近年来在我国逐步进入经济新常态发展、众多大型火力发电厂集中建成投产和全社会用电量下降等多种因素共同作用下，燃煤机组的可利用小时数正在逐年降低，燃煤机组将持续中低负荷运行的状态。

对于燃煤机组脱硝设备而言，在机组中低负荷运行条件下氮氧化物生成量较高。如果尽可能降低炉膛氧量，虽然有利于抑制氮氧化物的生成，但过度的调整又会引起炉膛不稳定燃烧、气温大幅波动等不利条件，造成不完全燃烧损失和其他潜在危险。所以氧量的控制调整必须平衡考虑多方面因素。笔者对此查阅了相关资料文献，对中低负荷导致脱硝控制问题进入了深入分析，并提出了在机组运行中、低负荷下对锅炉及脱硝设备进行控制调整方法。

2 研究对象

本文选取大型燃煤机组为代表，以靖海电厂某台百万机组配套的超超临界、单炉膛、固态排渣、对冲燃烧、DG3033/26.15-Ⅱ1 型变压直流炉为研究对象。如图1所示，该锅炉所配套脱硝设备使用高浓度含尘方式装配，配备双组SCR选择性还原反应器。氨区蒸汽与冷一次风支管完全融合后，匀称的向催化剂层喷入稀释的氨气。在催化剂层对应的位置各配置四台吹灰枪，工作气源来自于主汽支路及辅助蒸汽，用于吹掉各层催化剂表面的积灰。

3 中、低负荷下氮氧化物的生成分析

表1为靖海电厂#3机组脱硝设备在不同负荷的运行工况下，炉膛出口氮氧化物浓度、烟筒出口氮氧化物浓度、氨投入量的相关数据。在此图可以发现，在SCR出口NOx浓度一致的情况下，机组在中低负荷运行时省煤器出口的氮氧化物浓度较高，要求投入的氨也逐步提高；机组满负荷运行时氮氧化物的生成明显降低，需要投入的氨量也有所降低。由此可以得出结论，边际负荷喷氨量隨着负荷的降低而逐渐增加。

4 中、低负荷下脱销超低排放调整措施

4.1 制粉系统的运行组合优化

不同的制粉系统运行组合方式直接影响氮氧化物的生成[3]，尤其在中、低负荷下这一情况更为明显。由于各层燃烧器供给的煤粉减少、浓度降低，这将导致煤量和空气的混合程度增大，造成富氧燃烧，将引起NOx的产生。当#3机组负荷稳定在400MW，保持中下层三台磨煤机运行，各项参数均处在稳定状态，随后开启一台上层磨煤机，脱销入口NOx参数立即快速上升并保持在高值。由此可知，在中低负荷时具备停磨条件的工况下，及时停运上层磨对降低脱销入口NOx有明显作用。在保证机组运行安全和燃料量供给正常、单台磨煤机运行参数不超限的范围内，应尽量减少中上层磨煤机的运行数量和运行出力，下调中、低层的二次风量。

除此之外，已经停运的制粉系统应尽快关闭其所有风门挡板，防止由于制粉系统未及时停运而带来的多余风量，造成入口NOx激增的情况。应确保主、再热气温、气压正常和磨煤机的正常运转前提下，视情况下调工作磨煤机入口的一次风的风压和风量、风温，适时提前加大喷氨量。另外应降低空气分级程度，降低炉内风与粉的混合速度、降低燃烧初期氧浓度，采用各类手段、方式抑制氮氧化物的形成。根据不同的煤种的化学特性，采用调整动态分离器等手段控制煤粉细度，力争在燃烧前期燃煤能够快速分散、挥发和消耗大量氧份。调整操作时应注意堵磨、跳磨、过热面超温、尾部烟道烟温过高的等安全问题。

4.2 控制炉膛过剩空气系数

炉膛过量空气系数与炉膛的氧量息息相关，当炉膛氧量升高时，脱销入口的氮氧化物生成量将大幅升高。在机组高负荷运行时，由于风机出力、空预器堵塞等情况造成氧量偏低，若进一步减少风量的很容易引起锅炉不完全燃烧损失，甚至导致负荷限高。在中低负荷时由于炉膛氧量普遍较高，此时SCR入口NOx含量会大大升高。因此尽可能的下调炉膛氧量，有利于NOx的减少。

但是，氧量不能无限制的减少，操作时应顾及锅炉、汽机等各项主参数稳定，防止炉膛灭火、风机喘振等问题出现，同时应保留一定的调节裕度。通过大量数据可以证实，针对与相同负荷下炉膛过量空气系数对脱销的作用情况，在中低负荷下炉膛出口氧量每下降1%可以调节19%氮氧化物的生成。

4.3 其他策略

（1）中低负荷下应严格执行规定的吹灰频率和次数，避免结焦积灰，保持受热面干净整洁。如吹灰器单个或多个故障应尽快处理，避免长时间不吹造成局部积灰严重。

（2）及时关注入炉煤质变化。挥发分含量较高的燃煤经过燃烧形成的氮氧化物单位含量越低[4]。应积极开展燃煤混配工作，恰当的提高印尼煤的比重以调整氮氧化物的排放浓度。但印尼煤等高挥发性煤会引起易燃、易爆等安全故障，直接关系到制粉系统的安全稳定运行，应平衡安全性与经济性。

（3）中、低负荷下脱硝系统自动调节不及时，容易造成NOx超标。而在增负荷时，由于系统二次风量加大，可能叠加一台制粉系统的风量，造成过量空气系数变大引起超标。因此必要时应手动操作喷氨量进行干预，从而保证烟囱出口的氮氧化物含量不超标。

（4）在机组减负荷时，为防止NOx超标。应避免将送风机打到手动模式，在再热气温可控的前提下，减少二次风量以降低过量空气系数，同时保持燃尽风门开度。

5 结论

笔者针对靖海电厂#3机组锅炉以及其配套的SCR脱硝处理装置在中、低不同负荷下氮氧化物的生成情况进行了研究，对各种要素对氮氧化物的影响开展了分析并提出了应对方法，得出了以下结论：

（1）通过合理运行的调节，在中、低负荷机组脱硝进、出口NOx含量、喷氨量等能够得到有效控制。

（2）锅炉调整在控制NOx同时可能造成其他参数如稳定燃烧、燃烧效率、排烟温度、煤耗等经济性指标恶化，运行中应综合考虑所有因素，应尽量寻找平衡点，避免顾此失彼，以达到最佳效果。

由于实际工况条件的限制，并未做更大幅度的相关试验。但根据观察，只要运行人员及时干预，进行针对性调整，那么可在中低负荷工况以及变负荷工况下，控制好NOx的排放值在规定要求内。

参考文献：

[1]胡志宏，郝卫东，薛美盛，王军.1000MW超超临界燃煤锅炉燃烧与NOx排放特性试验研究[J].机械工程学报，2010（04）.

[2]中华人民共和国国家环境保护总局.GB13223-2011.火电厂大气污染排放标准[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3]曾汉才.大型锅炉高效低NOx燃烧技术的研究[J].锅炉制造，2001（01）.

[4]马斌.大型超临界、超超临界锅炉低燃烧系统研究[D].杭州：浙江大学，2007.

作者简介：于宗平（1986-），男，吉林人，硕士，助理工程师，主要从事集控运行工作。