华润海丰电厂NOx排放控制分析

　

(华润电力海丰电厂　广东　汕尾　516600)

氮氧化物(NOx)是一种危害人体健康、对环境有害的污染物，它主是煤中的氮化合物在高温燃烧过种中与氧气结合所生成的。NOx作为燃煤锅炉重要的污染物排放种类之一，在现阶段大力推进节能减排、低碳环保的趋势下控制NOx的生成量显得尤为重要。

一、NOx产生机理分析

煤粉在锅炉中燃烧会生成NOx，其中一氧化氮占90%以上，二氧化氮占10%左右。NOx的生成主要有三种不同的方式。一是由于空气中的氮分子在高温下与氧结合而生成的热力型NOx，O+N2→NO+N，N+O2→NO+O，占总氧氮化物的20%左右，影响的主要因素是温度、过量空气系数和停留时间。二是快速型，空气中的氮和燃料中的C、H发生反应而生成，其生成率比较少，一般不予考虑。三是燃料型，是燃料中的氮化物在燃烧时氧化而生成的的，占总氧氮化物的75%左右，主要影响因素为燃料挥发分含量及过量空气系数大小。

根据上述三种NOx生成原因分析，针对煤粉炉，可以通过降低燃烧温度、降低含氧浓度、缩短烟气在高温区停留时长等几个方面来控制。

二、海丰电厂控制NOx排放主要手段

1.华润海丰电厂2*1000MW国产超超临界燃烧机组，建设是按照国家淘汰能耗高、污染大的小火电机组，建设大型高效、清洁的机组等条件下建设的。锅炉为哈尔滨锅炉厂引进三菱重工技术设计制造的超超临界变压运行直流锅炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、反向双切圆直流锅炉。该炉型采用8角MHI反向切圆燃烧方式，炉内热负荷和温度场分配饱满均匀，单只燃烧器承担的热功率较小，避免局部产生高温。

2.该锅炉采用低氮燃烧器，共6层，燃料在炉膛主燃烧区过量空气系数较低，有利于控制燃烧温度，燃烧的过程中部分NOx被还原成为NH3等。该燃烧器一、二次风喷嘴可以上下摆动，以此来改变燃烧中心位置，并且喷燃器摆角与A-A这风尽量拉开距离，充分建立还原性气氛，样炉膛沿高度可划分为燃烧区，中间为还原区，最后为燃尽区，这种分层燃烧大大降低了NOx生成量，满足了SCR装置的出力要求。

3.为了达到更高的排放标准，保护环境，现在大型煤粉炉在采取了上述措施后，还多采用炉后烟气脱硝技术，海丰电厂即采用了选择性催化还原技术(SCR)，在催化剂作用下，向烟气中喷入氨，将NOx还原成N2和H2O，在运用了一系列的技术措施后NOx达到了超低排放的标准。

表1　燃煤锅炉NOx排放浓度限值对比　　单位：mg/m3

三、实际运行工况应对

海丰电厂设计煤种为鄂尔多斯烟煤，挥发份Vdaf为30%，低位发热量为4797Kca/kg，机组在BMCR工况下可满足NOx超低排放标准。但机组在实际运营中，掺烧了大比例的印尼煤、澳煤等煤种，这些煤种挥发份远高于30%，因此给机组排放限值带来了很大挑战。并且在锅炉低负荷、快速变工况操作等特殊工况中，都是运行人员需关注的重点，需采取一系列的运行措施来保证排放标准。

(一)SCR入口增加高温旁路烟道

因省煤器出口烟温(SCR装置入口烟温)随机组负荷而变化，且排烟温度越低越能获得较高锅炉效率，当烟温低于310℃时，脱硝系统因烟温低即不能正常投入。为解决低负荷时脱硝装置入口烟温低的问题，海丰电厂对脱硝装置入口烟道进行了改造，在低温过热器之前的竖井烟道与省煤器出口水平烟道之间增加高温旁路烟道，低负荷阶段，在脱硝装置入口烟温低于310℃时，开启旁路烟道调整挡板，节流省煤器出口主烟道挡板，调节SCR装置入口烟温，以满足不同负荷下脱硝系统投入的需要。这一措施，使机组在350MW的低负荷工况下依然能够满足排放标准的要求。

(二)机组协调控制脱硝优化

现今火电机组都实行了CCS协调控制，由于受控对象的复杂性、滞后性、非线性等因素影响，在AGC(自动发电控制)变负荷速率较大工况下，脱硝系统无法快速响应，导致排放浓度波动，调节滞后。

海丰电厂通过多次试验及仿真，与相关公司投运了采用基于预测控制技术、先进模糊前馈技术的喷氨控制策略。该SCR脱硝优化系统，不改变机组DCS原有控制功能，由运行人员来判断和控制。系统投用后，当机组负荷变化时，SCR出口NOx动态偏差控制在±15mg/m3，极大降低了排放指标超限风险，节省了喷氨量，降低了氨逃逸系数。

(三)变工况控制及磨组启停配合

由于我厂锅炉采用了空气分级技术，在距F层煤粉喷嘴中心线上方7.2m处布置有四层附加燃尽风喷嘴，使得燃烧区域的各二次总风量降低，通过这样降低了燃烧区域过量空气系数，增加了燃尽区域氧气供给，从而多方控制NOx的形成几率，达到降低NOx的目的。

在日常的升负荷过程中，启动磨煤机(尤其上层磨煤机)时，由于大量的一次风进入炉膛，会造成锅炉氧量在短时间内快速增大，进而造成脱硝入口NOx浓度也大幅度上升。这就要求在启动磨煤机过程中，冷热一次风门的调节速度应缓慢稳定，保证一次风量、锅炉总风量不会陡然增加，当出现脱硝入口NOx浓度大幅度快速上涨时，不应再继续开大风门，待调节稳定之后方可继续操作。

在连续降负荷过程中，由于燃烧区域氧浓度偏高，变工况下风煤比失调，当燃料量降低后，风量跟踪调整滞后，主燃烧区域氧浓度进一步升高，则会导致NOx大量生成，通过适当关小运行磨组的二次风门，降低燃烧区域的氧量，适当开大燃尽风风门，采用倒三角的配风方式，保证燃烧区域的还原性氛围，可以大大降低NOx的生成。

在日常负荷运行中，可尽量维持下层磨组投运，使火焰中心下移，则燃料燃尽区域增大，在相同负荷情况下，可以减少SCR喷氨量，这对防止空预器堵塞也有良好的实际意义。

(四)总结

随着我国经济的发展，民众对环保、绿色健康的要求越来越高，特别是习近平总书记提出：青山绿水，就是金山银山，举国上下的环保理念以及对环保的重视程度也达到了一个全新的高度。华润海丰电厂地处深汕合作区，做为广东省首家实现超洁争排放的百万电厂，在环保控制及环保投入上不遗余力，在运营生产中，也秉承清洁、环保、节能、卓越的一贯理念，时刻应对新的社会需求。