黎 暉，江昌標(biāo)，王 武

(中海福建燃?xì)獍l(fā)電有限公司，福建 莆田 351156)

某聯(lián)合循環(huán)電廠一期工程建設(shè)四套390 MW三菱M701F3型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，單軸布置，配套四臺(tái)無錫華光生產(chǎn)的三壓、自然循環(huán)立式余熱鍋爐。M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)采用了低氮、干式燃燒器，20個(gè)環(huán)管布置，每個(gè)燃燒器設(shè)有8個(gè)預(yù)混燃燒的主燃燒噴嘴和1個(gè)擴(kuò)散燃燒的值班燃燒噴嘴，內(nèi)筒上同時(shí)還設(shè)置有旁路閥，通過調(diào)節(jié)旁路閥的開度來調(diào)整燃空比[1]。

機(jī)組啟動(dòng)后負(fù)荷達(dá)到200 MW標(biāo)志啟動(dòng)完成，廠家保證了機(jī)組負(fù)荷在200 MW以上時(shí)，氮氧化物排放濃度應(yīng)小于國(guó)標(biāo)要求的50 mg/m3[2]。但隨著機(jī)組兩班制運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，各臺(tái)機(jī)組的氮氧化物排放逐漸呈現(xiàn)了升高的趨勢(shì)。尤其是該廠的#1機(jī)組，排放指標(biāo)要高于其他機(jī)組，特別是到了冬季，其350～370 MW的中高負(fù)荷區(qū)間甚至出現(xiàn)了頻繁超標(biāo)的工況，嚴(yán)重影響了機(jī)組的合規(guī)運(yùn)行，迫切需要分析解決。

1 #1機(jī)組與其他機(jī)組在同條件下的NOx排放橫向?qū)Ρ?/h2>

1.1 對(duì)比情況

表1是12月12日、16日#1機(jī)組與其他機(jī)組在相同負(fù)荷及環(huán)境條件下的對(duì)比情況，可以看出#1機(jī)組的NOx排放實(shí)測(cè)值在12日濕度較低的情況下比其他機(jī)組高6～10 mg/m3，已經(jīng)出現(xiàn)了中高負(fù)荷段超標(biāo)的現(xiàn)象。而在16日濕度較高的情況下雖然沒有超標(biāo)工況，但同等情況下也比其他機(jī)組高4～9 mg/m3。

1.2 原因分析

1.2.1 PLCSO設(shè)定值的影響

從表2加深色部分可以看出#1機(jī)組在中、高負(fù)荷段的值班燃料PLCSO設(shè)定值雖然比#2機(jī)組高，但卻低于#3、#4機(jī)組，因此我們認(rèn)為目前#1機(jī)組的PLCSO的設(shè)定并不是引起其NOx排放高于其它機(jī)組的原因。

1.2.2 燃燒室旁路閥設(shè)定值的影響

燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室旁路閥主要作用是控制燃燒室內(nèi)筒燃空比大小。其開度越大，參與燃燒的空氣量越少，內(nèi)筒燃空比越大，主燃區(qū)溫度越高，NOx生成量也就越多。從表1來看，#1機(jī)組的燃燒室旁路閥開度在同負(fù)荷下比#2、#4機(jī)組要高，而且在中高負(fù)荷段差別更大。#2、#4機(jī)組已接近全關(guān)，而#1機(jī)組還有11%～13%的開度，因此專業(yè)認(rèn)為燃燒旁路閥的設(shè)定是引起#1機(jī)組NOx排放偏高的原因之一。

1.2.3 機(jī)組特性

各機(jī)組由于制造工藝、安裝質(zhì)量和調(diào)試運(yùn)行存在差異，導(dǎo)致了具有不同的運(yùn)行特點(diǎn)和燃燒特性。三菱燃燒調(diào)整TA(全稱Technical Advisor，技術(shù)指導(dǎo))根據(jù)不同機(jī)組的燃燒特性設(shè)定各自合適的燃燒參數(shù)，就會(huì)引起各機(jī)組在同負(fù)荷下有不同的NOx排放水平，這可能也是#1機(jī)組排放偏高的原因。

注：PLCSO是Pilot Fuel Control Signal Output值班燃料控制信號(hào)輸出的縮寫。

表2 某廠四臺(tái)機(jī)組值班燃料控制曲線設(shè)定表

注：CSO是Control Signal Output機(jī)組控制信號(hào)輸出的縮寫。

1.2.4 設(shè)備老化的影響

當(dāng)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，尤其機(jī)組是在兩班制模式下運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)的許多部位都會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間及啟停次數(shù)的增加而出現(xiàn)老化，使各個(gè)通流間隙、密封間隙發(fā)生改變，出現(xiàn)空氣泄漏的情況。這些空氣泄漏將直接導(dǎo)致燃燒的燃空比發(fā)生變化，余氣系數(shù)變小，偏離設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致NOx排放量升高[3]。

(1) 燃燒室兼壓氣機(jī)氣缸垂直中分面漏氣，燃?xì)廨啓C(jī)旁路閥泄漏等，使參與燃燒的空氣量減少，直接改變了燃料與空氣配比。

(2) 密封保持環(huán)發(fā)生橢圓變形過大，引起密封及冷卻空氣通流間隙增大，間接改變了燃料與空氣配比等。

(3) 設(shè)備磨損，如擋氣板磨損、密封保持環(huán)后流側(cè)磨損，引起部分通流間隙發(fā)生變化，改變了燃料與空氣配比。

(4) 尾筒密封件磨損變形等，也會(huì)改變參與燃燒的空氣量[4]。

從表3中看出#1機(jī)組的啟動(dòng)次數(shù)已達(dá)1 704次，僅次于#2機(jī)組，鑒于#2機(jī)組率先在2016年出現(xiàn)了類似問題，所以我們認(rèn)為設(shè)備的老化可能是#1機(jī)組在同等條件下NOx排放比其他機(jī)組高的主要原因。

表3 某廠四臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng) (截止2019年12月18日)

注：AOH是Actual Operational Hour機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的縮寫。

2 #1機(jī)組在不同季節(jié)環(huán)境下的NOx排放縱向?qū)Ρ?/h2>

2.1 對(duì)比情況

從表4中看出，隨著#1機(jī)組從夏季工況轉(zhuǎn)入冬季工況運(yùn)行，環(huán)境溫度和濕度都有明顯的降低，而同負(fù)荷下的NOx排放實(shí)測(cè)值則上漲了12～14 mg/m3，尤其是中高負(fù)荷段，偶爾出現(xiàn)大于50 mg/m3的超標(biāo)工況點(diǎn)。

表4 #1機(jī)組不同季節(jié)環(huán)境下NOx排放對(duì)比表

2.2 原因分析

2.2.1 大氣溫度、濕度的影響

(1) 機(jī)組的NOx排放的測(cè)量值受環(huán)境溫度和環(huán)境濕度的直接影響，隨著環(huán)境溫度和濕度的降低，空氣中含水量降低，余熱鍋爐的排煙含水量也隨之降低，NOx無法溶解在水里而更多被真實(shí)檢測(cè)出來，所以導(dǎo)致實(shí)測(cè)值真實(shí)升高。因此本次#1機(jī)組NOx排放超標(biāo)，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度的降低是最主要的影響因素。

(2) 在11月14日，熱控專業(yè)第二次下調(diào)#1機(jī)組高負(fù)荷段PLCSO設(shè)定值后，從表5中12月7日—10日的燃燒數(shù)據(jù)來分析，當(dāng)環(huán)境溫度下降至19.56 ℃且濕度降至56.53%以下時(shí)，#1機(jī)組首先在340～376 MW之間的負(fù)荷段，NOx排放實(shí)測(cè)值出現(xiàn)超標(biāo)點(diǎn)。

(3) 隨著環(huán)境溫度和環(huán)境濕度持續(xù)下降，#1機(jī)組NOx排放實(shí)測(cè)值超標(biāo)的負(fù)荷段將不斷增寬，當(dāng)環(huán)境溫度降至11.71 ℃左右且濕度低于22.47%時(shí)，#1機(jī)組將在280.88～372.38 MW的全負(fù)荷段都出現(xiàn)超標(biāo)情況。

表5 #1機(jī)組NOx排放超標(biāo)工況分析表

注：(1) 10月30日，熱控專業(yè)根據(jù)三菱回復(fù)意見，將#1機(jī)組高負(fù)荷段的PLCSO設(shè)定值下調(diào)了0.2%，并復(fù)位了ACPFM系統(tǒng)。

(2) 11月14日，根據(jù)JV回復(fù)建議：熱控專業(yè)對(duì)#1機(jī)組高負(fù)荷段PLCSO設(shè)定值再下調(diào)0.2%。

2.2.2 燃燒調(diào)整季節(jié)的影響

從表6中可以看出，#1機(jī)組上一次的燃燒調(diào)整時(shí)間為2019年6月26日夏季工況，溫度和濕度較高，NOx的排放大概在33～40 mg/m3，處于合格范圍內(nèi)。三菱TA的燃燒調(diào)整思路是：值班燃料與燃燒室旁路閥的設(shè)定取上下邊界的中間值，而不會(huì)刻意去減少NOx排放，調(diào)低值班燃料和旁路閥的設(shè)定值。因此，機(jī)組的燃燒調(diào)整季節(jié)也是一個(gè)重要的影響因素。

表6 某廠四臺(tái)機(jī)組燃燒調(diào)整時(shí)間表

3 應(yīng)對(duì)措施

12月21日，配合廠家技術(shù)人員實(shí)施#1機(jī)組燃燒調(diào)整試驗(yàn)，通過對(duì)各個(gè)負(fù)荷段燃燒邊界的測(cè)試，再結(jié)合機(jī)組NOx排放指標(biāo)，重新設(shè)定合適的PLCSO和BYCSO(全稱Bypass Control Signal Output燃燒室旁路閥控制信號(hào)輸出)參數(shù)值。本次燃燒調(diào)整大幅度降低了各負(fù)荷段的PLCSO(見表7、圖2)和BYCSO(見表8、圖3)設(shè)定值，取得了很好的降低NOx排放效果。

表7 #1機(jī)組燃燒調(diào)整前后PLCSO設(shè)定值

圖2 #1機(jī)組燃燒調(diào)整前后PLCSO設(shè)定曲線

注：MWPcs含義是機(jī)組實(shí)際負(fù)荷同理論額定負(fù)荷的比值。

圖3 #1機(jī)組燃燒調(diào)整前后BYCSO設(shè)定曲線

#1機(jī)組燃燒調(diào)整前后，我們選取了大氣溫度和濕度類似的兩天工況點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，大氣溫度18～23℃，濕度60%～70%，從表9中可以看出，燃燒調(diào)整后#1機(jī)組在各個(gè)負(fù)荷段NOx排放實(shí)測(cè)值都有明顯的下降。

表9 #1機(jī)組燃燒調(diào)整前后NOx排放對(duì)比表

4 設(shè)想和建議

通過本次#1機(jī)組NOx排放超標(biāo)分析，并參考惠州電廠的相關(guān)分析文獻(xiàn)[5]，提出以下設(shè)想和建議供參考:

(1) 增加大氣濕度對(duì)值班燃料量的補(bǔ)償修正功能，大氣濕度異常偏低時(shí)，適當(dāng)降低PLCSO。

(2) 修改燃?xì)廨啓C(jī)PLCSO進(jìn)氣溫度補(bǔ)償函數(shù)，加大冬季低溫天氣下的值班燃料量降低補(bǔ)償量。

(3) 探討在TCS畫面上增加PLCSO減少0.2%的功能按鈕。

(4) 壓氣機(jī)進(jìn)氣噴水技改，一方面可提升機(jī)組在高溫天氣下的出力，另一方面也可有效抑制低濕度工況下的NOx排放。