(華潤電力海豐電廠　廣東　汕尾　516600)

氮氧化物(NOx)是一種危害人體健康、對環(huán)境有害的污染物，它主是煤中的氮化合物在高溫燃燒過種中與氧氣結(jié)合所生成的。NOx作為燃煤鍋爐重要的污染物排放種類之一，在現(xiàn)階段大力推進(jìn)節(jié)能減排、低碳環(huán)保的趨勢下控制NOx的生成量顯得尤為重要。

一、NOx產(chǎn)生機(jī)理分析

煤粉在鍋爐中燃燒會生成NOx，其中一氧化氮占90%以上，二氧化氮占10%左右。NOx的生成主要有三種不同的方式。一是由于空氣中的氮分子在高溫下與氧結(jié)合而生成的熱力型NOx，O+N2→NO+N，N+O2→NO+O，占總氧氮化物的20%左右，影響的主要因素是溫度、過量空氣系數(shù)和停留時間。二是快速型，空氣中的氮和燃料中的C、H發(fā)生反應(yīng)而生成，其生成率比較少，一般不予考慮。三是燃料型，是燃料中的氮化物在燃燒時氧化而生成的的，占總氧氮化物的75%左右，主要影響因素為燃料揮發(fā)分含量及過量空氣系數(shù)大小。

根據(jù)上述三種NOx生成原因分析，針對煤粉爐，可以通過降低燃燒溫度、降低含氧濃度、縮短煙氣在高溫區(qū)停留時長等幾個方面來控制。

二、海豐電廠控制NOx排放主要手段

1.華潤海豐電廠2*1000MW國產(chǎn)超超臨界燃燒機(jī)組，建設(shè)是按照國家淘汰能耗高、污染大的小火電機(jī)組，建設(shè)大型高效、清潔的機(jī)組等條件下建設(shè)的。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三菱重工技術(shù)設(shè)計(jì)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、反向雙切圓直流鍋爐。該爐型采用8角MHI反向切圓燃燒方式，爐內(nèi)熱負(fù)荷和溫度場分配飽滿均勻，單只燃燒器承擔(dān)的熱功率較小，避免局部產(chǎn)生高溫。

2.該鍋爐采用低氮燃燒器，共6層，燃料在爐膛主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)較低，有利于控制燃燒溫度，燃燒的過程中部分NOx被還原成為NH3等。該燃燒器一、二次風(fēng)噴嘴可以上下擺動，以此來改變?nèi)紵行奈恢茫⑶覈娙计鲾[角與A-A這風(fēng)盡量拉開距離，充分建立還原性氣氛，樣爐膛沿高度可劃分為燃燒區(qū)，中間為還原區(qū)，最后為燃盡區(qū)，這種分層燃燒大大降低了NOx生成量，滿足了SCR裝置的出力要求。

3.為了達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)環(huán)境，現(xiàn)在大型煤粉爐在采取了上述措施后，還多采用爐后煙氣脫硝技術(shù)，海豐電廠即采用了選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOx還原成N2和H2O，在運(yùn)用了一系列的技術(shù)措施后NOx達(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。

表1　燃煤鍋爐NOx排放濃度限值對比　　單位：mg/m3

三、實(shí)際運(yùn)行工況應(yīng)對

海豐電廠設(shè)計(jì)煤種為鄂爾多斯煙煤，揮發(fā)份Vdaf為30%，低位發(fā)熱量為4797Kca/kg，機(jī)組在BMCR工況下可滿足NOx超低排放標(biāo)準(zhǔn)。但機(jī)組在實(shí)際運(yùn)營中，摻燒了大比例的印尼煤、澳煤等煤種，這些煤種揮發(fā)份遠(yuǎn)高于30%，因此給機(jī)組排放限值帶來了很大挑戰(zhàn)。并且在鍋爐低負(fù)荷、快速變工況操作等特殊工況中，都是運(yùn)行人員需關(guān)注的重點(diǎn)，需采取一系列的運(yùn)行措施來保證排放標(biāo)準(zhǔn)。

(一)SCR入口增加高溫旁路煙道

因省煤器出口煙溫(SCR裝置入口煙溫)隨機(jī)組負(fù)荷而變化，且排煙溫度越低越能獲得較高鍋爐效率，當(dāng)煙溫低于310℃時，脫硝系統(tǒng)因煙溫低即不能正常投入。為解決低負(fù)荷時脫硝裝置入口煙溫低的問題，海豐電廠對脫硝裝置入口煙道進(jìn)行了改造，在低溫過熱器之前的豎井煙道與省煤器出口水平煙道之間增加高溫旁路煙道，低負(fù)荷階段，在脫硝裝置入口煙溫低于310℃時，開啟旁路煙道調(diào)整擋板，節(jié)流省煤器出口主煙道擋板，調(diào)節(jié)SCR裝置入口煙溫，以滿足不同負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)投入的需要。這一措施，使機(jī)組在350MW的低負(fù)荷工況下依然能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(二)機(jī)組協(xié)調(diào)控制脫硝優(yōu)化

現(xiàn)今火電機(jī)組都實(shí)行了CCS協(xié)調(diào)控制，由于受控對象的復(fù)雜性、滯后性、非線性等因素影響，在AGC(自動發(fā)電控制)變負(fù)荷速率較大工況下，脫硝系統(tǒng)無法快速響應(yīng)，導(dǎo)致排放濃度波動，調(diào)節(jié)滯后。

海豐電廠通過多次試驗(yàn)及仿真，與相關(guān)公司投運(yùn)了采用基于預(yù)測控制技術(shù)、先進(jìn)模糊前饋技術(shù)的噴氨控制策略。該SCR脫硝優(yōu)化系統(tǒng)，不改變機(jī)組DCS原有控制功能，由運(yùn)行人員來判斷和控制。系統(tǒng)投用后，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，SCR出口NOx動態(tài)偏差控制在±15mg/m3，極大降低了排放指標(biāo)超限風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了噴氨量，降低了氨逃逸系數(shù)。

(三)變工況控制及磨組啟停配合

由于我廠鍋爐采用了空氣分級技術(shù)，在距F層煤粉噴嘴中心線上方7.2m處布置有四層附加燃盡風(fēng)噴嘴，使得燃燒區(qū)域的各二次總風(fēng)量降低，通過這樣降低了燃燒區(qū)域過量空氣系數(shù)，增加了燃盡區(qū)域氧氣供給，從而多方控制NOx的形成幾率，達(dá)到降低NOx的目的。

在日常的升負(fù)荷過程中，啟動磨煤機(jī)(尤其上層磨煤機(jī))時，由于大量的一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，會造成鍋爐氧量在短時間內(nèi)快速增大，進(jìn)而造成脫硝入口NOx濃度也大幅度上升。這就要求在啟動磨煤機(jī)過程中，冷熱一次風(fēng)門的調(diào)節(jié)速度應(yīng)緩慢穩(wěn)定，保證一次風(fēng)量、鍋爐總風(fēng)量不會陡然增加，當(dāng)出現(xiàn)脫硝入口NOx濃度大幅度快速上漲時，不應(yīng)再繼續(xù)開大風(fēng)門，待調(diào)節(jié)穩(wěn)定之后方可繼續(xù)操作。

在連續(xù)降負(fù)荷過程中，由于燃燒區(qū)域氧濃度偏高，變工況下風(fēng)煤比失調(diào)，當(dāng)燃料量降低后，風(fēng)量跟蹤調(diào)整滯后，主燃燒區(qū)域氧濃度進(jìn)一步升高，則會導(dǎo)致NOx大量生成，通過適當(dāng)關(guān)小運(yùn)行磨組的二次風(fēng)門，降低燃燒區(qū)域的氧量，適當(dāng)開大燃盡風(fēng)風(fēng)門，采用倒三角的配風(fēng)方式，保證燃燒區(qū)域的還原性氛圍，可以大大降低NOx的生成。

在日常負(fù)荷運(yùn)行中，可盡量維持下層磨組投運(yùn)，使火焰中心下移，則燃料燃盡區(qū)域增大，在相同負(fù)荷情況下，可以減少SCR噴氨量，這對防止空預(yù)器堵塞也有良好的實(shí)際意義。

(四)總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民眾對環(huán)保、綠色健康的要求越來越高，特別是習(xí)近平總書記提出：青山綠水，就是金山銀山，舉國上下的環(huán)保理念以及對環(huán)保的重視程度也達(dá)到了一個全新的高度。華潤海豐電廠地處深汕合作區(qū)，做為廣東省首家實(shí)現(xiàn)超潔爭排放的百萬電廠，在環(huán)?？刂萍碍h(huán)保投入上不遺余力，在運(yùn)營生產(chǎn)中，也秉承清潔、環(huán)保、節(jié)能、卓越的一貫理念，時刻應(yīng)對新的社會需求。