文_沈志勇 李冬 李軍 國家能源集團泰州發(fā)電有限公司

隨著近幾年火電機組年利用小時降低，機組啟停次數(shù)逐年增加，機組在啟動并網(wǎng)后往往存在NOx 排放超標的情況，本文對此進行分析，并提出切實可行的措施，以降低機組啟動過程中NOx 的排放量。

1 設(shè)備概況

某電廠1000MW 超超臨界燃煤機組，鍋爐采用П型布置、單爐膛、反向雙切圓燃燒方式，MPM 燃燒器+SOFA 燃燒器+偏置周界風燃燒器，內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱，配置兩臺汽動引風機和一臺備用電動引風機。脫硝部分采用選擇性催化還原技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，簡稱“SCR”），機組正常運行時，NOx 排放濃度控制在50mg/Nm3之內(nèi)。

2 機組啟動階段NOx排放情況及超標原因分析

某機組2020年3月份和4月份各啟動一次，機組并網(wǎng)后NOx排放情況如表1。表1 數(shù)據(jù)均來源于環(huán)保網(wǎng)站上相關(guān)CEMS 數(shù)據(jù)小時均值。

表1 某機組啟動期間NOx排放情況

從表1 可見，某機組這兩次啟動期間，機組并網(wǎng)初期4h 多，沒有達到排放標準。

2.1 NOx的產(chǎn)生機理

在煤粉燃燒的過程中產(chǎn)生的NOx，根據(jù)形成的條件不同大致可以分為燃料型、熱力型、快速型。在NOx 排放總量中，燃料型NOx 所占比例在75%以上，其機理是燃料中的氮化合物與氧氣反應結(jié)合生成NOx。影響燃料型NOx 的因素主要是：燃煤本質(zhì)特性和燃燒過程中的過量空氣系數(shù)。

2.2 NOx的排放數(shù)據(jù)修正

根據(jù)GB13223-2011 標準中的有關(guān)規(guī)定，NOx 排放數(shù)據(jù)按照6%煙氣氧量進行折算：

式中：

NOx(O2=6%)為折算后到6%的NOx 排放濃度，mg/m3；

(NOx)為實際測量NOx 排放濃度，ppm；

(O2)為煙氣中實際測量O2濃度，%。

2.3 NOx排放超標分析

機組啟動階段，鍋爐過量空氣系數(shù)偏大導致爐膛燃燒區(qū)域氧化性氣氛增加和NOx 排放數(shù)據(jù)的折算倍率變大；另外，SCR入口煙氣溫度偏低導致脫硝系統(tǒng)無法投運，這是造成NOx 排放量超標的兩個主要原因。

機組啟動時鍋爐燃料量很小，風煤比與機組正常運行時相比大得多。鍋爐過量空氣系數(shù)增大，意味著煙氣中的氧量增高，則爐膛內(nèi)氧化性氣氛增強，氮化合物更易被氧化成NOx，另外，根據(jù)NOx 排放的折算公式，當煙氣中氧量大于6%時，折算值將大于實際值，氧量越多，折算值倍率越大，見表2。而機組在并網(wǎng)前煙氣中的氧量一般已達到12%以上，導致折算后的NOx排放量進一步增加。

表2 折算值為50mg/Nm3對應不同煙氣氧量的實測值

SCR 進口煙溫大于310 ℃才能投運，若煙氣溫度過低，則催化劑性能下降，脫硝系統(tǒng)中未反應的NH3會與逸出氨（NH3）及煙氣中的SO3和水蒸汽生成硫酸氫銨凝結(jié)物（NH3+SO3+H2O →NH4HSO4），其冷凝以后易附著在空預器換熱元件表面，粘住煙氣中的飛灰顆粒，堵塞空預器換熱元件通道。

機組并網(wǎng)后，雖然總煤量增加，但由于蒸汽量也同時變大，吸收的熱量大于爐膛燃燒釋放的熱量，導致煙氣有一段下降的趨勢。因此，需要在機組初負荷暖機后，繼續(xù)加負荷才能提升煙氣溫度，在此之前無法投運SCR，造成NOx 排放一直處于超標狀態(tài)。

3 降低NOx排放的措施

3.1 降低二次風量，減少爐膛氧化性氣氛

二次風量低于額定總風量25%時會觸發(fā)鍋爐MFT，為了心理上的安全感，機組啟動過程中，鍋爐的總風量保持較大，并網(wǎng)前已到達1600t/h 左右。因此，在滿足爐膛穩(wěn)定燃燒的情況下，可以適當減少鍋爐總風量。

機組啟動階段，爐膛上部的3 層SOFA 風門開度不大，停運磨的輔助風門投自動，這導致爐膛下層燃燒區(qū)域風量增加，為了減少燃燒區(qū)域氧化性氣氛，可以全開3 層SOFA 風門，并將停運磨的輔助風門手動關(guān)小。

3.2 提高SCR入口煙溫

影響SCR 入口煙溫的因素有兩方面，即鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣熱量和省煤器入口水溫。

鍋爐配置6 臺中速磨煤機，根據(jù)磨出口至爐膛的燃燒器位置由低到高的順序分別命名為A、B、C、D、E 和F。其中，A磨額外增加了等離子點火裝置，用于鍋爐啟動點火和爐膛穩(wěn)燃。為了防止因煤質(zhì)惡化或其他原因?qū)е聽t膛燃燒不穩(wěn)，分別在A、B 磨燃燒器和C、D 磨燃燒器之間設(shè)置了AB 層和CD 層油槍，用于助燃和穩(wěn)燃。

鍋爐點火時，在保證底層A 磨高熱值的煤種情況下，可以在其余磨加倉相對低熱值的煤種，增加入爐的總煤量，提高煙氣量。另外，原先鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)時采用的是下層兩臺磨加中間第四臺磨，即A、B、D 磨組運行，爐膛火焰相對偏下，經(jīng)過現(xiàn)場分析，鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)前，A、B 磨運行時，爐膛燃燒穩(wěn)定，火檢信號正常，可以啟E 磨轉(zhuǎn)態(tài)，同時CD 層油槍熱備，一旦發(fā)生E 磨燃燒不穩(wěn)，火檢偏弱時，可以迅速投入對應角的油槍助燃，采用下層兩臺磨加上層第五臺磨，即A、B、E 磨組轉(zhuǎn)態(tài)，可以明顯提升爐膛火焰，進一步提高了煙氣溫度。

在機組啟動過程中，燃料量的增加意味著機組負荷的增加，因此需要優(yōu)化啟機操作，盡快提高機組負荷。比如，提前安排暖磨，在主機沖轉(zhuǎn)時，安排汽泵和汽動引風機的沖轉(zhuǎn)，主機高速暖機時進行高低加暖管等。

省煤器入口水溫升高，可以降低省煤器的吸熱量，提高鍋爐的排煙溫度。進入省煤器的水有兩路，一路是經(jīng)過除氧器和高加的給水，另一路是經(jīng)過爐膛水冷壁吸熱后并被爐水循環(huán)泵加壓后的鍋爐循環(huán)水。因此，爐水循環(huán)泵運行時，應保持其出口調(diào)閥在80%以上的開度，增大熱水再循環(huán)量，提升省煤器入口水溫。

鍋爐點火前，盡可能開大輔汽至除氧器加熱調(diào)閥，使得除氧器溫度保持在150℃以上，提高鍋爐上水溫度，有利于鍋爐的點火和穩(wěn)燃。另外，點火后盡早投入2#高加，可以進一步提高給水溫度。

鍋爐熱態(tài)清洗結(jié)束后，鍋爐就不需排放了。但是，由于輔汽母管汽源來自于鄰機，而對除氧器的加熱汽源和軸封的供汽汽源都來自輔汽，外來的汽源會導致熱井水位不斷升高，可能會淹沒凝汽器的抽氣口，進而影響真空，需要鍋爐不時排放熱水，補充溫度相對較低的給水來控制熱井水位，但這卻會降低省煤器入口水溫。因此，在鍋爐熱態(tài)清洗時，應提前降低熱井水位設(shè)定值，保持一個較低的水位，并在滿足投運條件的情況下，應盡早將軸封汽源切至冷再，除氧器加熱汽源切至四抽，實現(xiàn)本機自供汽。

4 結(jié)語

本文對超超臨界機組在啟動過程中NOx 排放超標的原因進行分析， 并提出了適當減少總風量，關(guān)小燃燒區(qū)域風門，調(diào)整加倉煤種、改變鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)時的磨組運行方式、合理安排輔機啟動，提高給水溫度，控制凝汽器低水位和盡早實現(xiàn)本機自供汽等方法，對于同類型的機組在啟動過程中降低NOx 的排放量具有一定的借鑒意義。