黃衛(wèi)軍，於曉博，朱延海，王海峰 (.神華國華(北京)電力研究院有限公司,北京 0005；.江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司,江蘇 鹽城 463)

1 概況

江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司一期工程為2×660MW超超臨界機組，鍋爐為上海鍋爐廠超超臨界參數變壓運行直流爐，采用復合式空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng)，設6層煤粉噴嘴，四周布置燃料風，在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置一層輔助風噴嘴，其中包括上、下2只偏置的二次風噴嘴，1只直吹風噴嘴。主風箱上部設兩層緊湊燃盡風噴嘴，下部設一層火下二次風噴嘴。主風箱上部布置五層可水平擺動的分離燃盡風噴嘴[1]。機組采用SCR脫硝技術控制NOx的排放。鍋爐穩(wěn)定運行中，SCR裝置入口NOx濃度穩(wěn)定,但在快速減負荷時，NOx生成量急劇上升，最大可達800mg/m3(如圖1所示)。

圖1 660MW機組降負荷SCR入口NOx濃度變化曲線

2 影響NOx生成的原因分析

鍋爐燃燒過程中生成的NOx一般可分為三類，即燃料型NOx、熱力型NOx、快速型NOx。燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃燒過程中熱分解后氧化而成的，主要取決于空氣燃料混合比，而較少依賴于反應溫度，占總量的60%～80%，最高可達90%；熱力型NOx是氮氣高溫氧化而成，反應速度隨溫度的升高而加速，當煤粉爐中的溫度升至1600℃時，熱力型NOx在溫度足夠高時可達20%[2]；快速型NOx所占比例很小，基本可以忽略。

影響NOx生成量的因素一般有：火焰溫度；燃燒區(qū)段氧濃度；燃燒產物在高溫區(qū)的停留時間；燃料中氮的含量；燃料比。

國華港電鍋爐燃煤為神混2與石炭4，按4∶1的比例摻燒，燃燒過程中煤質穩(wěn)定，說明以上因素中煤的含氮量和燃料比值不是造成鍋爐降負荷NOx急劇上升的主要原因。鍋爐降負荷時，煤量減少，爐膛燃燒區(qū)溫度降低；另一方面，對于受溫度影響的熱力型NOx所占生成總量比例較小，因此可以排除火焰溫度和停留時間原因。分析認為鍋爐降負荷時NOx大幅生成的主要原因在于鍋爐燃燒區(qū)氧濃度升高，加快了燃料型NOx的生成。

3 抑制NOx快速生成的處理對策

3.1 優(yōu)化鍋爐氧量控制，降低NOx生成

機組負荷660MW，維持制粉系統(tǒng)運行方式不變，維持燃燒配風方式不變，分別進行氧量3.2%、2.8%、2.3%、1.9%變氧量試驗，結果見圖2。從圖2可知合理的氧量控制，不僅有利于提高鍋爐效率，還有利于抑制NOx的生成，過氧燃燒或者欠氧燃燒均不利于NOx的控制。

圖2 變氧量NOx濃度及鍋爐效率曲線

機組控制系統(tǒng)中，氧量微調系數是根據負荷指令自動計算出鍋爐煙氣含氧量的設定值，查詢國華港電鍋爐各負荷段氧量控制函數關系(見表1)。

表1 國華港電鍋爐氧量控制函數

負荷/MW0330495600700氧量/%854．543．5

該氧量控制值偏大，因此在保證鍋爐安全、經濟的基礎上，降低鍋爐氧量運行，對負荷-氧量函數關系作如下優(yōu)化，結果見表2。

表2 優(yōu)化后鍋爐氧量控制函數

負荷/MW0330495600700氧量/%84．53．03．03．0

氧量控制優(yōu)化后，降低了燃燒過程中爐膛氧濃度，NOx的生成總量有所抑制。

3.2 縮短鍋爐降負荷風量控制延時值

國華港電鍋爐燃燒調節(jié)接受來自鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的鍋爐負荷指令，并將該指令處理后送往燃料、送風調節(jié)系統(tǒng)，使燃料和風量按預先設置號的靜態(tài)配合按比例同時動作，以保證合適的風/燃料配比，并通過燃料控制和風量控制的交叉限制作用，滿足增負荷先增風后增燃料，減負荷先減燃料后減風的生產工藝要求。

風量指令是由燃料主控指令與校正后總燃料量經函數發(fā)生器后大選再加上鍋爐主控指令動態(tài)前饋給出總風量定值，再經氧量微調系數的修正后形成的,風量給定最低不得低于最小風量限值。風量指令與實際總風量比較經調節(jié)器輸出，加上風量指令動態(tài)變化作前饋，作為送風機調節(jié)擋板主控指令，經過平衡回路控制送風機調節(jié)擋板。正常運行中鍋爐燃燒實際空氣量大于理論空氣量，鍋爐降負荷時煤量減少，風量調整滯后時間不宜過長，否則鍋爐燃燒區(qū)氧量上升，同樣不利于控制NOx生成。原風量指令延時為10s，將其修改為5s，以加快鍋爐風量的調整，避免降負荷過程中風/燃料配比失調導致燃料型NOx生成量上升。

3.3 通過二次風輔助擋板自動調整實現分級燃燒以控制燃燒區(qū)段氧濃度

國華港電鍋爐低NOx燃燒器系統(tǒng)設計主要任務是減少揮發(fā)份氮轉化成NOx，主要方法是建立早期著火，使用控制氧量實現分級燃燒，以達到降低NOx生成的目的。

鍋爐滿負荷變CCOFA、SOFA試驗結果見圖3，從圖3可以看出開大上層CCOFA、SOFA有利于抑制NOx的生成。

圖3 CCOFA開度NOx濃度及鍋爐效率曲線

綜合考慮SOFA擋板開度對鍋爐熱偏差的影響，將SOFA、CCOFA擋板自動控制函數關系按表3、4、5設置，在運行中投入擋板自動，AGC方式負荷降低時，實現自動調整，避免運行調整操作不及時導致NOx快速生成。

表3 SOFA Ⅴ 擋板自動控制函數關系

鍋爐總風量/t·h-10145020002348SOFAⅤ/%0075100

表4 SOFA Ⅰ-Ⅳ 擋板自動控制函數關系

鍋爐總風量/t·h-10670110020002348SOFAⅣ/%004075100SOFAⅢ/%004075100SOFAⅡ/%004075100SOFAⅠ/%004080100

表5 CCOFA Ⅰ、Ⅱ 擋板自動控制函數關系

鍋爐總風量/t·h-10670110020002348CCOFAⅡ/%003080100CCOFAⅠ/%003080100

考慮到SOFA、CCOFA風自動調整時將導致風箱/爐膛壓差變化，通過投入二次風輔助風門自動，以當前風量下的壓差為目標控制值自動控制風箱/爐膛壓差，函數關系如表6所示。

表6 風箱壓差與鍋爐總風量關系

總風量/t·h-101100120018201900風箱壓差/kPa0．350．350．40．70．75

為防止風箱爐膛壓差調整不及時，導致壓差過高或過低影響鍋爐運行安全，SOFA擋板自動調整時必須兼顧風箱壓差，當風箱壓差實際值與設定值之差大于+0.2kPa時，閉鎖SOFA擋板關?。伙L箱壓差實際值與設定值之差小于-0.2kPa時，閉鎖SOFA擋板開大。

2013年5月18日7∶50，國華港電660MW超超臨界機組以8MW/min的速率降負荷，8∶02脫硝系統(tǒng)SCR入口NOx濃度由原126.7mg/m3最大上升至250.8mg/m3，后逐漸返回(見圖4)。數據表明鍋爐在降負荷過程中NOx得到很好的控制。

圖4 降負荷SCR入口NOx濃度變化曲線

4 結語

鍋爐燃燒區(qū)氧濃度偏高，變工況下風/燃料配比失調，當燃料量降低后風量跟蹤調整滯后，主燃燒區(qū)氧濃度進一步升高，加之分級燃燒調整不及時，導致了鍋爐降負荷時NOx大幅生成。因此在保證鍋爐安全、經濟的基礎上降低鍋爐氧量運行，降負荷時鍋爐風量跟蹤煤量自動及時調整，由SOFA、CCOFA擋板自動合理配風以實現煤粉的分級燃燒，可有效控制降負荷工況下NOx的大幅生成。

[1]孫克勒,鐘 秦.火電煙氣脫硝技術及工程應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007.

[2]吳碧君,劉曉勤. 燃燒過程NOx的控制技術與原理[J].電力環(huán)境保護,2004,20(02):29-33.

[3]溫智勇,廖宏楷.鍋爐低NOx排放改造及試驗結果分析[J].電力環(huán)境保護,2009,25(4):19-21.

[4]趙宗讓.大型燃煤電站鍋爐煙氣脫硝(SCR)系統(tǒng)的設計特點與工程應用[J].中國電力,2005,(12):1-2.

[5]楊宏軍,朱禮想,李勝利,等.火電廠降低NOx排放的技術研究[J].電力科技與環(huán)保,2011,27(6):10-13.