超超临界燃煤四角切圆炉NOx运行调控优化探索

乔良

摘 要：随着国家环保要求的日趋严格，对燃煤火电机组的环保参数控制也就提出了更高的要求。出口氮氧化物（NOx）是燃煤火电机组环保调控的重要参数，在脱硝SCR工艺下，调控过高易造成环保参数异常，调控过低易造成空预器硫酸氢铵（ABS）堵塞。结合某电厂实际管理与运行情况，就如何实现Nox运行调控的安全环保可持续运行进行研究和经验总结，供同类型设施与系统参考借鉴。

关键词：NOx;SCR;硫酸氢铵;空预器;氮氧化物

0  绪论

我国经济快速发展的同时，也面临着严峻的大气污染形势，大气污染问题是国家环保调控的重点。燃煤发电是导致大气污染的一个重要原因，从目前我国电力能源分布来看，长时间内以燃煤发电为主的能源结构不会发生主体性的改变，因此降低火电厂生产过程中的污染物排放就显得尤为重要。从目前的减排技术来看，火电厂主要采取SCR脱硝系统与低NOx燃烧系统来降低NOx的排放量。但是在安装SCR脱硝系统之后，会对锅炉运行造成不利的影响，主要体现在以下两方面：

（1）燃烧产生的SO2在脱硝SCR反应催化剂与烟气的作用下转化为SO3含量增加，将空预器酸露点提升，这会使空气预热器更容易被酸腐蚀或者是出现堵灰的问题。

（2）SCR 脱硝系统中会逸出未反应氨（NH3），其能够和烟气中的SO3以及水蒸气反应，生成硫酸氢銨（ABS）凝结物，这种物质在不同温度下可以分别呈现出气态、液态、颗粒状[1]。在燃煤机组中由于烟气中的飞灰含量比较高，因此硫酸氢铵在146℃～207℃温度范围内为液态[1]。液态的硫酸氢铵具有非常强的捕捉飞灰的能力，其在和烟气中的飞灰粒子结合，可以附着于预热器传热元件上形成融盐状的积灰，这会导致预热器出现腐蚀和堵灰等问题，对机组的正常运行造成不利的影响[1]。

由于SCR系统可能会加剧空预器腐蚀和堵塞等问题，因此需要对SCR工艺和运行调控进行优化。

1  设备简介

华电常德电厂设计环保排放为超净排放，单台机组净烟气出口NOx要求小时均值限值在50mg/Nm3以内。

华电常德电厂2X660MW机组锅炉为上海锅炉有限公司设计、生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，型号为：SG-2035/26.15-M6011;型式为：单炉膛、一次中间再热、平衡通风、干式风冷除渣、四角切圆燃烧、全钢悬吊结构、半露天布置Π型锅炉[3]。锅炉燃烧系统按中速磨冷一次风直吹式制粉系统设计。6台磨煤机共24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈顺时针切圆方式燃烧[3]。燃烧方式采用复合式空气分级低 NOx 燃烧系统。燃烧器喷嘴为低NOx宽调节比设计。燃烧器一、二次风分别可上下摆动角度为±20°/±30°。在燃烧器主风箱上方分别设置三组燃尽风：紧凑、低位、高位燃尽风。通过该燃烧系统将炉膛分为初燃区、NOx还原区，燃尽区。燃尽风风路方向为四角送入，逆一、二次风切圆，切圆角度水平方向正反可调。

锅炉尾部烟气采用选择性催化还原脱硝处理工艺（SCR）[3]。SCR反应器布置在省煤器之后空预器之前烟道上，脱硝系统采用尿素制氨（NH3）作为还原剂，烟气从省煤器出口引出至SCR反应器内，烟气被处理后从脱硝装置引出至回转式空气预热器[3]。脱硝稀释风流程为B空预器出口一次风→电加热器→热解炉→喷氨格栅→SCR反应器。空预器为三分仓容克式。SCR反应器与空预器各设置2台，左右侧对称。空预器后布置4组低温省煤器。

2  NOx运行调控的主要问题

（1）锅炉长期运行空预器冷端ABS积累难以清除与空预器低温腐蚀，会导致空预器差压升高，可能造成炉风烟系统堵塞，引风机出力不足、抢风，一次、送风机失速，炉膛正压等问题，轻则影响机组负荷，总则造成机组非计划停运。

（2）由于控制煤炭成本，制粉系统难免燃用中硫份以上煤种。根据多数电厂的运行经验， 对于煤粉炉， 当燃煤全硫份小于 1.5%时， 尾部受热面不会发生明显的腐蚀和堵灰[2];当全硫份达到 1.5%～ 3%时， 如不采取措施就会有明显的腐蚀和堵灰情况发生[2]。1.5%硫份对应的空预器酸露点约145℃。

（3）左、右侧SCR喷氨反应无单侧调门，两侧烟气偏差导致SCR喷氨分布不均，局部氨逃逸过大导致单侧空预器差压上升。

（4）炉膛燃烧工况异常，制粉系统运行方式变化或异常，送风、二次风（燃尽风）配风调控不到位，负荷变化快等易导致SCR入口NOx变化大，不利于后续调节。

（5）尿素至热解炉喷氨调节调整到出口NOx参数变化反应时间滞后（尿素喷氨调整后SCR出口NOx响应时间约为2分49秒，净烟气出口NOx响应时间约为6分50秒），不利于反馈调节，精准调控NOx难度偏大。

（6）在机组330MW负荷以下的调峰负荷，特别是40%深度调峰负荷，氧量偏大、SCR入口温度与排烟温度低不利于NOx调控。

（7）热解炉长期运行出口弯头易出现结晶、粉尘堵塞问题。

（8）为了控制SCR入口NOX、SO2而造成的炉膛氧量不足，火焰偏高，飞灰、炉渣过高、燃烧器喷口缺氧结焦等安全问题。

3  设备改造

（1）通过送风机出口冷二次风管连接二次风热风再循环管加装调门，使空预器各增加一组二次风旁路调门，通过关闭热风再循环门、开关二次风旁路调门减少空预器热风换热量，调控空预器排烟温度。

（2）左右侧SCR喷氨反应器各增加一个单侧进口调门。对SCR反应器进行流场优化改造，在SCR喷氨格栅前新增3组导流均布板，在喷氨格栅后增加一组静态混合器，优化混合反应。

（3）#2炉进行空预器防堵循环风改造，从空预器转子转出烟气侧之前分出一个分仓作为循环风仓，使用空预器改造为四分仓空预器，新的循环分仓使用单独风道连接，利用循环风机使空气在分仓中热冷风不断循环，循环风在空预器热端吸热，产生290℃左右的热风，热风从下端进入空预器冷端，对冷端进行加热，放出热量，每循环一次完成一次吸放热。使空预器冷端ABS受热蒸发。循环风量通过调节防堵风机转速实现。

（4）封堵一次风热风再循环门。防止其开启后脱硝稀释风携带飞灰过多堵塞热解炉。

4  运行调控措施

除了上述优化改造外，为了更好地优化NOx调控，特规定以下运行措施。

（1）燃烧调控NOx时，应综合考虑周全，不应以牺牲安全为代价，避免因过度调控Nox而发生缺氧结焦、飞灰含碳过多、炉温过低、火焰过高影响稳燃、金属管壁超温等可能。

（2）合理控制锅炉空气过量系数（1.1～1.25），330MW以内控制空预器入口氧量5.5%以内，330MW～430MW氧量控制（5%～4%），430MW～530MW氧量控制（4%～3%），530MW～660MW氧量控制（3%～2%）。

（3）主机锅炉燃烧调整时要控制好SCR入口N0x，应控制在200mg /Nm 3（6%氧量折算）以内，最高不应超过350mg/Nm3（6%氧量折算）。调控方式：可通过保证安全与飞灰前提下控制并减少磨机风量、二次风量、控制偏置风开度，及时关闭停运磨的二次风门至5%。合理开大燃尽风门、提高燃烧器摆角，减少烟气切圆余旋。

（4）保证每班对燃烧器燃烧情况的定期巡视，防止氧量不足结焦或因提前燃烧、燃烧器周界风冷却不足而烧坏火嘴。

（5）对SCR烟气中的氨气逃逸率进行严格的控制，将其两侧SCR均控制在<2ppm以内。在保证NOx指标不超标的情况下提高NOx，非特殊要求，出口NOx控制按30-40mg/Nm3的范围控制。不允许长时间低于20mg/Nm3。尿素喷氨调节应根据SCR入口NOx前馈变化缓慢平稳调节，防止过度调节造成出口NOx忽高忽低不回稳。尿素喷氨量调整最大值不应超过0.5m3/h.

（6）做好空预器吹灰工作，频率为每班热端一次，冷端至少一次。吹灰使用锅炉本体（低再出口）汽源，2.0MPa的压力，温度350℃进行吹灰，吹灰前需疏水水温至200℃以上。并且对于吹灰前后空预器的压差、排烟温度等参数进行比对。当满负荷空预器差压大于1.5Kpa时，空预器冷端进行连续吹灰。

（7）通过空预器热风二次风旁路调节保证空预器排烟温度与其入口冷二次风之和不低于145℃。

（8）燃运做好配煤，控制上煤含硫量。通过制粉系统倒换、给煤机偏置控制折算炉内全硫份在1.4%以内，控制原烟气入口折算硫小于2700mg/Nm3.

（9）制粉系统运行方式应避免隔层运行，尽量保证燃料集中燃烧。达到停磨条件时及时停运上层制粉系统，保证煤粉浓度。若非运行底层磨，调配二次风开启燃尽风门时，为保证分级燃烧效果，应优先开启高一级燃尽风。磨煤机粉管风速不低于22M/S情况下控制磨机一次风量。及时关闭停运磨一次风门。45%负荷以内调峰时，为保证SCR入口温度，运行B、C、D磨煤机并适当提高燃烧器摆角。

（10）工况异常或快速变动时，主机监盘人员及时调控燃烧NOx，并与环化监盘调控人员沟通协调。

（11）保证热解炉计量分配模块雾化压力高于0.55Mpa，热解炉出口温稳定在350～360℃左右。监视脱硝稀释风量、风压是否正常，热解炉电加热器出口和热解炉出口温度差不应超过200℃。 每日晚班进行喷氨格栅测温，发现温度低于120℃及时通知维护疏通。当发现烟气流场不均匀，喷氨格栅流量分布不合适时，可在锅炉专业指导下进行喷氨格栅流量分布调整。发现热解炉有堵塞现象时，立即汇报值长并通知维护，并适当提高热解炉出口温度（最高370℃），脱硝电加热模块单点温度不应超过800℃。热解炉在启动、退出时进行不少于15min的除盐水冲洗。热解炉启动前做喷枪雾化试验正常。

（12）确保尿素品质，配置的尿素溶液浓度达到设计值，密度1140kg/m3，尿素溶液温度控制在50～60度。

（13）加强设备运维检查，提高可靠性。加强NOx、氨逃逸、空预器与SCR差压、空预器电流的日常检查分析，总结经验，发现问题及时研究处理。加强同类型设备技术交流，优化设备工艺、调控措施。

（14）当空预器差压升至2kpa时，组织进行80%负荷单侧空预器排烟温度升温试验，将单侧排烟温度升至180℃进行空预器吹灰，减少ABS积累，通过低省调节排烟出口温度。

（15）停炉后及时安排空预器，热解炉、脱硝电加热、喷氨格栅内部定检。根据情况安排空预器高压水冲洗或清理堵塞。

结论

通过设备改造与NOx运行调控规定实施之后，控制了空預器腐蚀、堵塞等问题，更好地保证了机组的环保安全运行，如今#1/#2炉满负荷空预器差压分别控制在1.47Kpa/1.27Kpa以内，起到了良好的效果。

参考文献：

[1]马双忱， 郭蒙， 宋卉卉，等. SCR工艺中硫酸氢铵形成机制及影响因素[C]// 2013年发电企业节能减排技术论坛. 中国电机工程学会， 2013.

[2]应明良，周辉，王磊.燃煤硫份对锅炉运行的影响分析[J].浙江电力，2006（01）：31-34+61.

[3]《660MW 集控主机运行规程》华电常德公司有限责任公司发布