(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司,廣東 潮州 515723)
隨著國家對環(huán)境保護越來越重視,環(huán)保設(shè)施的運行監(jiān)管也越來越嚴格,目前在脫硫、脫硝和除塵三大環(huán)保設(shè)施中,脫硝設(shè)施由于受選擇性催化還原(selective catalytic reduction,SCR)技術(shù)工藝特點的影響,利用率最低,主要原因是SCR催化劑受煙氣溫度條件的限制[1]。根據(jù)目前已投運SCR脫硝裝置,催化劑一般允許運行溫度區(qū)間在305~420 ℃,由于機組啟動過程中爐膛溫度低,若不采取有效的改造和運行控制措施,并網(wǎng)時脫硝SCR工作煙溫達不到催化劑的最低溫度要求(305 ℃),脫硝SCR系統(tǒng)無法投運。本文深入研究脫硝全負荷投運策略,從運行優(yōu)化入手,利用各項有利邊界條件,最終實現(xiàn)機組并網(wǎng)前脫硝入口煙溫大于305 ℃并全負荷投入脫硝。
1 000 MW機組脫硝SCR系統(tǒng)是由藍天求是環(huán)保公司設(shè)計,采取選擇性催化還原(SCR)法來達到去除煙氣中NOx的目的,配置 2臺 SCR反應(yīng)器,采用純度為 99.6%的液氨作為脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)劑。脫硝系統(tǒng)設(shè)計2層催化劑,脫硝效率可達81%,設(shè)計3層催化劑,脫硝效率可達90%;催化劑設(shè)計允許最高使用溫度427 ℃,允許最低使用溫度300 ℃。[1]
兩臺1 000 MW機組均已進行超低排放改造,設(shè)計3層催化劑,NOx排放限值為50 mg/Nm3。
機組正常運行時,脫硝入口煙氣溫度控制在305~400 ℃,低于305 ℃時煙溫低保護動作。
某電廠1 000 MW機組2014年加裝了省煤器煙氣旁路,煙氣抽取位置選擇在尾部后煙道低溫過熱器管屏中、下層之間抽高溫煙氣,在脫硝入口煙道處進行混合。抽取煙氣量設(shè)計:在40%THA工況下抽取276.15 t/h的煙氣,占總煙氣量的6%。
由于當時省煤器煙氣旁路改造的主要目的是實現(xiàn)機組40%額定負荷下脫硝連續(xù)投運,設(shè)計煙氣抽取量較小。若機組冷態(tài)啟動時單純依靠省煤器煙氣旁路擋板調(diào)節(jié),需要機組負荷大于300 MW,才能滿足脫硝入口煙溫大于305 ℃的條件,省煤器煙氣旁路無法滿足機組啟動過程中的全負荷投運的需求,脫硝被迫退出約4 h。
脫硝催化劑的工作溫度有一定范圍。溫度過高(大于450 ℃)時,催化劑會加速老化;溫度過低(小于300 ℃)時,在催化劑的作用下,會發(fā)生另外的反應(yīng)生成氨鹽,該物質(zhì)黏性大,易黏結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上,影響鍋爐運行[2]。為保證在機組并網(wǎng)前脫硝入口煙溫達到催化劑設(shè)計溫度(305 ℃)以上,并實現(xiàn)脫硝全負荷投運,某電廠打破超超臨界鍋爐啟動過程中以往的操作慣性思維,在運行調(diào)整方面,開展了系統(tǒng)性的優(yōu)化工作。
機組啟動過程中,為防止出現(xiàn)管道漏氨、設(shè)備故障等影響脫硝SCR系統(tǒng)投運,需提前做好以下準備工作。
1) 若脫硝 SCR 區(qū)管路進行過檢修,應(yīng)在點火前完成氨氣管路的氮氣充壓查漏工作,使管道處于保壓狀態(tài)(壓力大于 0.3 MPa)。
2) 鍋爐點火后確認脫硝供氨總閥(氨站)開啟,管道無漏氨,提前導(dǎo)通脫硝 SCR 區(qū)系統(tǒng),脫硝入口煙溫大于 250 ℃時,開啟脫硝 SCR區(qū)供氨手動總閥,脫硝系統(tǒng)具備隨時投入條件。
3) 鍋爐點火后全開省煤器煙氣旁路擋板。
鍋爐采用啟動A磨煤機等離子點火,在啟機階段,為保證盡早啟動第二套和第三套制粉系統(tǒng),以提高煙氣量和爐膛出口煙氣溫度,優(yōu)化機組啟動過程中的摻配煤方式。制訂用煤計劃時,根據(jù)煤場存煤情況,充分考慮配煤方式并計算入爐煤發(fā)熱量,在保證燃燒穩(wěn)定的前提下,盡量降低入爐煤發(fā)熱量,3臺磨煤機運行時入爐煤發(fā)熱量控制在4 300 kcal/kg。
根據(jù)實際摻燒的煤種,選擇采用以下3種上煤方案:①A磨煤機摻配高熱值煤(準混或神華),其他磨煤機摻配低熱值褐煤;②A磨煤機選擇爐外摻配,同友(或神華煤)與褐煤1:1摻配,其他磨煤機摻配褐煤;③A磨煤機摻配高熱值煤種或混煤,煤倉暫上至6 m,其他磨煤機摻配低熱值褐煤,待爐膛溫度升高后A倉更換為低熱值褐煤。
同友煤揮發(fā)份偏低,等離子點火時燃盡性差,易造成尾部受熱面未燃盡煤粉沉積;褐煤水分大,磨煤機出口溫度過低(50 ℃以下),易造成煤粉在粉管內(nèi)結(jié)露和沉降;點火初期,考慮到鍋爐燃燒穩(wěn)定性和安全性,不采用A磨煤機單燒塔山煤或單燒褐煤方式。
磨煤機的出力和運行臺數(shù)直接影響到等離子燃燒器的安全和爐膛出口煙溫溫升率水平,優(yōu)化磨煤機啟動節(jié)點和啟動順序,有利于提高爐膛出口煙溫。
1)汽機3 000 r/min暖機時啟動第二套制粉系統(tǒng)。采用等離子點火時,根據(jù)等離子燃燒器最大出力要求,選擇在A磨煤機給煤量達72 t/h前啟動第二套制粉系統(tǒng)。
2)鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)前啟動第三套制粉系統(tǒng)。
3)在保證燃燒充分的前提下,啟動備用磨煤機時,第二臺磨煤機優(yōu)先選擇中層磨,第三臺磨煤機選擇中層或者上層磨,以盡可能地提高爐膛火焰中心和出口煙溫。
在提高煙氣溫度的同時,蒸汽溫度對煙氣溫度影響較大,汽機沖車、暖機以及機組并網(wǎng)后需根據(jù)機組啟動溫升率曲線同步升溫,以提高爐膛出口煙溫。
汽機沖車暖機期間,按規(guī)定升溫率(不超過1 ℃/min)逐漸提高過、再熱汽溫至450 ℃,暖機結(jié)束后繼續(xù)升溫,逐漸提高過、再熱汽溫至500 ℃;機組并網(wǎng)后逐漸提高過、再熱汽溫至550 ℃。
給水溫度升高后,省煤器以及鍋爐的有效換熱溫差減少,從而提高省煤器出口煙氣溫度以及爐膛出口溫度,對提高脫硝入口煙氣溫度有利,機組啟動期間,提高給水溫度的方法主要有以下幾點:
1) 盡量提高輔汽壓力和溫度,提高除氧器水溫;
2) 汽機沖轉(zhuǎn)3 000 r/min定速后,隨機暖投高加系統(tǒng),掛閘后即打開各抽汽閥、高加進汽閥;
3) 在鍋爐水質(zhì)合格的前提下,盡量減少工質(zhì)外排,減少補水量,避免溫度相對較低的給水進入省煤器;
由于加裝了省煤器煙氣旁路擋板,過熱煙氣擋板的操作對脫硝入口煙溫影響較大,通過試驗,關(guān)小過熱煙氣擋板對脫硝入口煙溫有利,擋板操作總結(jié)如下:
1) 沖車前過熱煙氣擋板和再熱煙氣擋板開度均保持100%;
2) 脫硝入口煙溫大于280 ℃以上,關(guān)小過熱煙氣擋板,最小可關(guān)至20%,再熱煙氣擋板保持100%。
3) 脫硝入口煙溫大于305 ℃以上,根據(jù)兩側(cè)煙溫調(diào)整過熱煙氣擋板,某側(cè)偏低時,關(guān)小對應(yīng)側(cè)過熱煙氣擋板;某側(cè)煙溫偏高時,逐漸開啟對應(yīng)側(cè)過熱煙氣擋板。
機組并網(wǎng)后隨著機組負荷上漲,高旁減壓閥關(guān)閉,給水溫度降低,蒸汽流量增大,脫硝入口煙溫會出現(xiàn)下降,若負荷上漲速率較快,下降速率隨之加快,至轉(zhuǎn)干態(tài)前煙溫下降幅度10~15 ℃。因此,為防止并網(wǎng)后脫硝入口煙溫降至305 ℃以下,脫硝被迫退出,還需采取以下措施:①并網(wǎng)后控制升負荷速率,按規(guī)定初負荷暖機并逐漸升負荷;②并網(wǎng)后逐漸提高主再熱汽溫至550 ℃。
通過機組并網(wǎng)前、后優(yōu)化策略的有效實施和應(yīng)用,可實現(xiàn)機組并網(wǎng)前脫硝入口煙溫達到310 ℃以上,并網(wǎng)后漲負荷過程中也能始終維持在307 ℃以上,最終實現(xiàn)啟機過程中脫硝全負荷投運,某電廠3#機組2018年11月06日啟機脫硝入口煙溫變化趨勢曲線如圖1所示。
圖1 某廠3#機組啟機脫硝入口煙溫變化趨勢圖
脫硝全負荷投運策略應(yīng)用前后各工況參數(shù)對比如表1所示。從表1中可以看出,投運策略應(yīng)用后,負荷升至300 MW前,給水溫度上升約15 ℃,省煤器出口溫度在轉(zhuǎn)干態(tài)前上升約25 ℃,脫硝入口煙溫上升15~20 ℃,耗標煤量減少約18 t/h,負荷大于300 MW后各參數(shù)趨于一致。
表1 脫硝全負荷投運策略應(yīng)用前后各工況參數(shù)對比
實現(xiàn)全負荷脫硝前,2015年05月至2016年10月,1 000 MW機組共計啟動10次,并網(wǎng)后脫硝平均退出時間為3.745 h。2017年實現(xiàn)全負荷脫硝,并網(wǎng)前投入脫硝,全年1 000 MW機組共計啟動9次,每次啟機NOx減排4 h以上。
根據(jù)脫硝全負荷投運策略應(yīng)用前后數(shù)據(jù),每次機組啟動可提前4 h爭取到脫硝環(huán)保電價和超低排放補貼,按并網(wǎng)后4 h累計發(fā)電量840 MW,脫硝環(huán)保電價10元/MW·h,超低排放補貼10元/MW·h核算,收益1.68萬元;每次機組啟動可至少節(jié)約標煤18 t,按煤價800元/t核算,收益1.44萬元,合計直接收益3.12萬元。按某廠2017年1 000 MW機組啟機9次計算,一年可獲得直接收益3.12萬元×9=28.08萬元。
機組冷態(tài)啟動時單純依靠煙氣旁路擋板調(diào)節(jié),滿足脫硝入口煙溫大于305 ℃的條件,必須待機組負荷大于300 MW后,期間脫硝被迫退出約4 h。脫硝全負荷投運策略的成功實施和應(yīng)用,不但實現(xiàn)了脫硝全負荷投運,減少了NOx濃度排放量,提高了環(huán)保設(shè)施利用率,為公司更早爭取到了脫硝環(huán)保電價,也通過提高給水溫度和主再熱汽溫,節(jié)約了機組啟動過程中的耗煤量,社會效益和經(jīng)濟效益顯著。1 000 MW機組并網(wǎng)前投入脫硝的成功經(jīng)驗,可以為同類型機組提供有益的借鑒與參考。