王雄 李志恒 李奇駿 鄭家鳳

摘要：湖北華電武昌熱電有限公司坐落在城區(qū)正中心，緊鄰長(zhǎng)江。在當(dāng)今長(zhǎng)江大保護(hù)，“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的背景下，探索機(jī)組運(yùn)行如何對(duì)環(huán)境影響最小是公司需直面的現(xiàn)狀。本文根據(jù)武昌電廠機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中氮氧化物值及噪聲值超標(biāo)的問(wèn)題，研究減少相關(guān)排放的可能。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠;機(jī)組啟停;氮氧化物;噪聲

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0057-03

0? 引言

湖北華電武昌熱電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“武昌公司”）現(xiàn)有兩臺(tái)套機(jī)組，分別由#1燃機(jī)、#2汽機(jī)及#3燃機(jī)、#4汽機(jī)組成，在機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的污染物主要是燃機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的氮氧化物。武昌公司燃機(jī)運(yùn)行有三種燃燒模式——初級(jí)燃燒、貧貧燃燒以及預(yù)混燃燒，而當(dāng)燃機(jī)處于低負(fù)荷下的貧貧燃燒模式時(shí)產(chǎn)生的氮氧化物含量最高，處于高負(fù)荷下的預(yù)混燃燒時(shí)氮氧化物含量最少。因此在機(jī)組運(yùn)行中我們通常將燃機(jī)的負(fù)荷控制在高負(fù)荷，以保證氮氧化物排放達(dá)標(biāo)。但在機(jī)組進(jìn)行啟機(jī)操作時(shí)，燃機(jī)不可避免的會(huì)有一段時(shí)間處于低負(fù)荷來(lái)對(duì)鍋爐汽機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，而這段時(shí)間燃機(jī)的氮氧化物排放將處于超標(biāo)狀態(tài)。同時(shí)武昌公司停機(jī)過(guò)程中，燃機(jī)停機(jī)熄火后會(huì)將天然氣管道殘余的高壓力天然氣放散，會(huì)產(chǎn)生噪音擾民，武昌公司運(yùn)行部（以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)行部”）在對(duì)機(jī)組完成多次啟機(jī)，停機(jī)操作的背景后決定，整理出機(jī)組啟動(dòng)中燃機(jī)負(fù)荷控制的方案及機(jī)組停機(jī)時(shí)燃機(jī)噪音控制方案，以達(dá)到啟動(dòng)過(guò)程中環(huán)保不超標(biāo)，停機(jī)過(guò)程中噪音不擾民的目的。

1? 實(shí)施背景

黨的19大以來(lái)，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，全面推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展，并始終強(qiáng)調(diào)“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”。坐落在長(zhǎng)江之濱的武昌公司深入響應(yīng)習(xí)總書(shū)記號(hào)召，將生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為公司重中之重，為母親河永葆生機(jī)活力提供武電力量。為落實(shí)公司的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，武昌公司運(yùn)行部著力探索機(jī)組啟動(dòng)氮氧化物排放不超標(biāo)的優(yōu)化方案，在2021年在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行首次試驗(yàn)后，又利用啟機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行了3次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)氮氧化物排放均達(dá)到環(huán)保要求。同時(shí)武昌公司地處武漢市內(nèi)環(huán)核心的濱江商務(wù)區(qū)，在綠地、萬(wàn)達(dá)等大型商圈附近，是華電集團(tuán)在武漢市的形象工程，對(duì)噪音要求極為嚴(yán)格。而停機(jī)時(shí)燃機(jī)易產(chǎn)生噪音，武昌公司機(jī)組大部分停機(jī)時(shí)間在晚高峰后，燃機(jī)停機(jī)過(guò)程中，產(chǎn)生的噪音較大，超出武漢市規(guī)定的噪音標(biāo)準(zhǔn)，造成擾民，有被附近居民及商家投訴舉報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)，將對(duì)武昌公司的社會(huì)形象造成較大的負(fù)面影響。面對(duì)這一棘手問(wèn)題，運(yùn)行部特根據(jù)武昌公司的生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)燃機(jī)停機(jī)操作進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，有效將機(jī)組停機(jī)時(shí)的噪音控制在正常范圍。

2? 改造過(guò)程

2.1 工作原理、確立思路

2.1.1 武昌公司燃機(jī)負(fù)荷與氮氧化物排放量關(guān)系

①#1燃機(jī)在點(diǎn)火到25MW這段區(qū)間屬于初級(jí)燃燒模式，其中15MW到25MW負(fù)荷時(shí)，氮氧化物排放超標(biāo)（53-65mg/m3）;在25MW到85MW這段區(qū)間屬于貧貧燃燒模式，氮氧化物排放超標(biāo)且達(dá)到峰值（71-181mg/m3）;在85MW以上區(qū)間屬于預(yù)混燃燒模式，氮氧化物排放均處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)（12mg/m3左右）。

②#3燃機(jī)經(jīng)過(guò)燃燒改造，在點(diǎn)火到25MW這段區(qū)間屬于初級(jí)燃燒模式，其中15MW到25MW負(fù)荷時(shí)，氮氧化物排放超標(biāo)（53-65mg/m3）;在25MW到40MW這段區(qū)間屬于貧貧燃燒模式，氮氧化物排放超標(biāo)且達(dá)到峰值（71-90mg/m3）;在40MW以上區(qū)間屬于預(yù)混燃燒模式，氮氧化物排放均處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)（10-12mg/m3左右）。

2.1.2 控制武昌公司氮氧化物排放不超標(biāo)思路

①武昌公司#1燃機(jī)、#2汽機(jī)在進(jìn)行啟機(jī)操作時(shí)，在燃機(jī)點(diǎn)火后，鍋爐開(kāi)始進(jìn)行升溫升壓，并隨之進(jìn)行汽機(jī)暖機(jī)。在以往的汽機(jī)冷態(tài)啟機(jī)過(guò)程中，依據(jù)聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行規(guī)程，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力應(yīng)維持在2.0-2.5MPa，因此值班員通常將燃機(jī)負(fù)荷維持在10-20MW范圍;當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后開(kāi)始進(jìn)行暖缸，這時(shí)需要控制汽機(jī)進(jìn)氣量避免脹差過(guò)大，因此燃機(jī)通常需要將負(fù)荷由20MW逐漸升至60MW;在汽機(jī)缸脹達(dá)到6mm后，燃機(jī)將負(fù)荷升至滿負(fù)荷。在研究運(yùn)行人員#1燃機(jī)、#2汽機(jī)啟動(dòng)的常規(guī)操作中，減少燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，快速避開(kāi)氮氧化物排放超標(biāo)負(fù)荷區(qū)域有利于降低氮氧化物排放。

②武昌公司#3燃機(jī)由于經(jīng)過(guò)燃燒改造，氮氧化物排放超標(biāo)區(qū)間小，易于控制。

③集團(tuán)公司環(huán)保和武漢市環(huán)保局判定我公司環(huán)保超標(biāo)的依據(jù)是每小時(shí)氮氧化物排放平均值超過(guò)50mg/m3，因此需要控制燃機(jī)每小時(shí)排放氮氧化物總量即可。在燃機(jī)進(jìn)行啟機(jī)時(shí)，我們可以將燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)間控制在X點(diǎn)35分左右，這樣能夠滿足這一小時(shí)內(nèi)氮氧化物總量不超標(biāo)。

2.1.3 武昌公司燃機(jī)停機(jī)時(shí)產(chǎn)生噪音的原因

為保證機(jī)組的安全，9E燃機(jī)停機(jī)熄火后，會(huì)排放燃?xì)夤艿乐械臍堄嗵烊粴?，。而按照正常停機(jī)操作燃機(jī)熄火放散時(shí)，天然氣管道殘余天然氣壓力為23bar以上，壓力較高，放散噪音大持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易使噪音超出武漢市規(guī)定的噪音標(biāo)準(zhǔn)，被附近居民及商家投訴。

2.1.4 控制武昌公司燃機(jī)停機(jī)噪音不超標(biāo)思路

武昌公司所用天然氣來(lái)源于武漢市民用天然氣管網(wǎng)，管網(wǎng)壓力較低，入口壓力為0.8MPa左右，需要增壓機(jī)對(duì)天然氣增壓至2.52MPa，然后提供給燃機(jī)燃燒做工。因此，我們可以通過(guò)提前停止增壓機(jī)，降低燃機(jī)熄火放散時(shí)天然氣管道的壓力，從而減小噪音。

2.2 操作過(guò)程

針對(duì)武昌公司較為常見(jiàn)的兩種啟機(jī)狀態(tài)，運(yùn)行部分別進(jìn)行了多次優(yōu)化試驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)最近兩次啟機(jī)過(guò)程來(lái)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

2.2.1 2021年4月13日，#1燃機(jī)啟動(dòng)及#1爐、#2汽機(jī)全冷態(tài)啟動(dòng)操作過(guò)程

①#1燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)間控制在半點(diǎn)以后，#1燃機(jī)并網(wǎng)后負(fù)荷控制在15MW左右運(yùn)行。4月13日#1燃機(jī)在07點(diǎn)10分發(fā)啟動(dòng)令，在07點(diǎn)36分并網(wǎng)。

②#2汽機(jī)在燃機(jī)發(fā)啟動(dòng)令時(shí)開(kāi)始抽真空，盡量在燃機(jī)點(diǎn)火前確保凝汽器真空高于-60kPa。

③燃機(jī)點(diǎn)火成功后，將鍋爐主汽電動(dòng)門(mén)開(kāi)啟，暖管至汽機(jī)電動(dòng)主汽門(mén)前，開(kāi)啟新蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)均壓箱進(jìn)行暖箱。待鍋爐主汽溫度達(dá)100℃時(shí)關(guān)閉鍋爐相關(guān)過(guò)熱器疏水門(mén)。燃機(jī)并網(wǎng)預(yù)選負(fù)荷15MW。

④待均壓箱溫度達(dá)110℃時(shí)，汽機(jī)送軸封。主蒸汽壓力通過(guò)高壓旁路控制。7：40燃機(jī)加負(fù)荷至40MW，氮氧化物排放達(dá)80mg/m3以上。

⑤達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件汽機(jī)沖轉(zhuǎn)。#1燃機(jī)繼續(xù)加負(fù)荷至100MW，燃機(jī)進(jìn)入預(yù)混燃燒模式，直至汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)3000rpm，汽機(jī)通過(guò)高、低壓旁路控制主蒸汽壓力。

⑥其它操作按機(jī)組正常啟動(dòng)執(zhí)行。

⑦整個(gè)啟機(jī)過(guò)程，汽機(jī)先抽真空，保證燃機(jī)點(diǎn)火時(shí)真空達(dá)-60kPa以上，然后控制燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)間在X點(diǎn)35分左右，燃機(jī)預(yù)選15MW負(fù)荷進(jìn)行暖箱送軸封，然后燃機(jī)加負(fù)荷，使汽機(jī)快速達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件，待汽機(jī)開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，燃機(jī)繼續(xù)加負(fù)荷直至達(dá)到預(yù)混模式，合理減少燃機(jī)在環(huán)保超標(biāo)區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間對(duì)汽機(jī)進(jìn)行暖機(jī)。

⑧試驗(yàn)過(guò)程負(fù)荷與氮氧化物值圖表。

如表1，可以看出，#1燃機(jī)在07：52-08：22這一時(shí)間段氮氧化物排放超標(biāo)，其余時(shí)間排放合格。

如圖1，可以看出，4月13日7點(diǎn)-8點(diǎn)、8點(diǎn)-9點(diǎn)#1燃機(jī)、#2啟機(jī)啟機(jī)過(guò)程中氮氧化物排放平均值分別為33.1mg/m3及49.8mg/m3，排放合格。

2.2.2 2021年5月03日，#1燃機(jī)啟動(dòng)及#1爐為冷態(tài)、#2機(jī)為熱態(tài)啟動(dòng)操作過(guò)程

①#1燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)間控制在半點(diǎn)以后，#1燃機(jī)并網(wǎng)后負(fù)荷控制在10MW左右運(yùn)行。5月03日，#1燃機(jī)在06點(diǎn)05分發(fā)啟動(dòng)令;于06點(diǎn)33分左右，燃機(jī)并網(wǎng)。

②燃機(jī)點(diǎn)火成功后，將鍋爐主汽電動(dòng)門(mén)開(kāi)啟，暖管至汽機(jī)電動(dòng)主汽門(mén)前，開(kāi)啟新蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)均壓箱進(jìn)行暖箱。燃機(jī)并網(wǎng)后預(yù)選負(fù)荷18MW運(yùn)行。

③待均壓箱溫度達(dá)110℃時(shí)，汽機(jī)送軸封，立即啟動(dòng)2臺(tái)真空泵抽真空。待真空達(dá)-60kPa時(shí)，投入高壓旁路。由于汽機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)先送軸封再抽真空，為有效控制主蒸汽壓力此時(shí)燃機(jī)降負(fù)荷至10MW。

④待汽機(jī)真空達(dá)-90kPa，可以有效利用高低旁控制主汽壓力，故燃機(jī)逐漸加負(fù)荷至100MW，快速通過(guò)貧貧燃燒模式，達(dá)到預(yù)混燃燒模式。由于汽機(jī)為熱態(tài)，可以直接沖3000轉(zhuǎn)，在滿足汽機(jī)沖轉(zhuǎn)條件后于07：04分，#2汽機(jī)直接沖3000轉(zhuǎn)。

⑤整個(gè)啟機(jī)過(guò)程，首先控制燃機(jī)并網(wǎng)時(shí)間在X點(diǎn)35分左右，然后燃機(jī)帶10MW低負(fù)荷進(jìn)行暖箱送軸封，抽真空，待凝汽器真空達(dá)-90kPa后，由于汽機(jī)缸脹較好，燃機(jī)可以立即加負(fù)荷至100MW，在保證主蒸汽壓力的情況下，汽機(jī)快速?zèng)_轉(zhuǎn)并網(wǎng)，迅速避開(kāi)環(huán)保超標(biāo)的區(qū)間，控制氮氧化物排放超標(biāo)時(shí)間每小時(shí)不超過(guò)25分鐘。

⑥試驗(yàn)過(guò)程負(fù)荷與氮氧化物值圖表。

如表2，可以看出，#1燃機(jī)在06：39-06點(diǎn)48、07：09-07：15這兩個(gè)時(shí)間段氮氧化物排放超標(biāo)，其余時(shí)間排放合格。

5月03日6點(diǎn)-7點(diǎn)、7點(diǎn)-08點(diǎn)#1燃機(jī)、#2啟機(jī)啟機(jī)過(guò)程中氮氧化物排放平均值分別為24.9mg/m3及40.2mg/m3，排放合格。

根據(jù)武昌公司的實(shí)際情況，武昌公司運(yùn)行部對(duì)燃機(jī)多次停機(jī)操作進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，保證機(jī)組停機(jī)時(shí)將噪音控制在正常范圍，現(xiàn)通過(guò)三次停機(jī)詳細(xì)說(shuō)明。

2.2.3 2021年5月18日#1燃機(jī)，#2汽機(jī)停機(jī)過(guò)程

在燃機(jī)降負(fù)荷過(guò)程中，當(dāng)準(zhǔn)備預(yù)選15MW時(shí)，值長(zhǎng)安排燃機(jī)值班員去增壓機(jī)控制室待命，當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷降至15MW時(shí)，停增壓機(jī)，燃機(jī)同時(shí)發(fā)停機(jī)令。此時(shí)燃機(jī)P1壓力緩慢下降，至燃機(jī)解列時(shí)，P1壓力為13.61Bar，當(dāng)燃機(jī)放散時(shí)P1壓力為6.5Bar（如表3），此時(shí)壓力較低，放散時(shí)廠界內(nèi)噪音為60db。

2.2.4 2020年9月2日，#1燃機(jī)，#2汽機(jī)停機(jī)過(guò)程

此次停機(jī)，是按照正常停機(jī)流程停機(jī)，當(dāng)燃機(jī)停機(jī)解列后，待燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到883轉(zhuǎn)熄火時(shí)，再停增壓機(jī)。燃機(jī)熄火放散時(shí)，P1壓力為23.76Bar（如表4），壓力較高，此時(shí)廠界內(nèi)放散噪音為80db。

2.2.5 2021年3月31日，#3燃機(jī)，#4汽機(jī)停機(jī)過(guò)程

此次#3燃機(jī)停機(jī)和第一個(gè)#1燃機(jī)停機(jī)過(guò)程方案相同，在燃機(jī)降負(fù)荷至15MW時(shí)，停增壓機(jī)，燃機(jī)同時(shí)發(fā)停機(jī)令。此時(shí)燃機(jī)P1壓力緩慢下降，至燃機(jī)解列時(shí)，P1壓力為17.15Bar，當(dāng)燃機(jī)熄火放散時(shí)P1壓力為5.69Bar（如表5），此時(shí)壓力較低，放散時(shí)廠界內(nèi)噪音為60db。

3? 注意事項(xiàng)

啟機(jī)過(guò)程氮氧化物排放優(yōu)化方案要求汽機(jī)在沖轉(zhuǎn)過(guò)程時(shí)燃機(jī)即開(kāi)始帶高負(fù)荷，造成主蒸汽壓力較高，需要開(kāi)啟高壓旁路控制壓力，或會(huì)造成一些資源浪費(fèi)。

停機(jī)噪音控制優(yōu)化方案對(duì)值班員的協(xié)同操作要求較高，在燃機(jī)負(fù)荷達(dá)到15MW時(shí)，需及時(shí)通知值班員在調(diào)壓站控制室停增壓機(jī)，同時(shí)集控室燃機(jī)發(fā)停機(jī)令。若增壓機(jī)停止時(shí)間過(guò)早，會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)因?yàn)樘烊粴鈮毫^(guò)低，提前熄火。

4? 創(chuàng)新點(diǎn)

氮氧化物排放優(yōu)化方案繞過(guò)傳統(tǒng)燃機(jī)低負(fù)荷暖汽機(jī)方式，采用燃機(jī)高負(fù)荷與汽機(jī)拉高旁控制壓力的方式進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)，快速避開(kāi)燃機(jī)低負(fù)荷氮氧化物高排放區(qū)域，有效降低全過(guò)程氮氧化物排放量，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

停機(jī)噪音控制優(yōu)化方案通過(guò)提前停增壓機(jī)，充分利用管道余氣，既保證燃機(jī)惰走時(shí)不會(huì)提前熄火，還降低燃機(jī)進(jìn)氣壓力，增壓機(jī)天然氣壓力，既減少天然氣放散的浪費(fèi)，還降低燃機(jī)放散時(shí)廠界內(nèi)的噪音，避免噪音擾民。

5? 使用效果

在使用本啟機(jī)過(guò)程氮氧化物排放優(yōu)化方案方案前，#1燃機(jī)、#2汽機(jī)啟動(dòng)氮氧化物排放量平均值均超標(biāo)。在執(zhí)行啟機(jī)過(guò)程氮氧化物排放優(yōu)化方案方案后，4月13日7點(diǎn)-8點(diǎn)，8點(diǎn)-9點(diǎn)#1燃機(jī)、#2啟機(jī)啟機(jī)過(guò)程中氮氧化物排放平均值分別為33.1mg/m3及49.8mg/m3，排放合格;5月03日6點(diǎn)-7點(diǎn)，7點(diǎn)-08點(diǎn)#1燃機(jī)、#2啟機(jī)啟機(jī)過(guò)程中氮氧化物排放平均值分別為24.9mg/m3及40.2mg/m3，排放合格。

通過(guò)舉例的三次停機(jī)過(guò)程可以看出，在燃機(jī)負(fù)荷降至15MW時(shí)，停增壓機(jī)，同時(shí)發(fā)停機(jī)令，可以讓在燃機(jī)熄火放散時(shí)，將燃機(jī)管道的天然氣壓力降至一個(gè)較低的范圍，使得燃機(jī)放散時(shí)廠界內(nèi)的噪音控制在正常范圍內(nèi)，保證了周?chē)木用裆钯|(zhì)量。武昌公司自從今年按照此方案進(jìn)行停機(jī)后，有效的降低了停機(jī)過(guò)程中產(chǎn)生的噪音，未再接到過(guò)附近居民及商家的投訴，使武昌公司的社會(huì)形象有了顯著的提升。

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