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，緊鄰長江。在當(dāng)今長江大保護(hù)，“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的背景下，探索機組運行如何對環(huán)境影響最小是公司需直面的現(xiàn)狀。本文根據(jù)武昌電廠機組運行過程中氮氧化物值及噪聲值超標(biāo)的問題，研究減少相關(guān)排放的可能。

關(guān)鍵詞：燃機電廠;機組啟停;氮氧化物;噪聲

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0057-03

0? 引言

湖北華電武昌熱電有限公司（以下簡稱“武昌公司”）現(xiàn)有兩臺套機組，分別由#1燃機、#2汽機及#3燃機、#4汽機組成，在機組運行中產(chǎn)生的污染物主要是燃機運行產(chǎn)生的氮氧化物。武昌公司燃機運行有三種燃燒模式——初級燃燒、貧貧燃燒以及預(yù)混燃燒，而當(dāng)燃機處于低負(fù)荷下的貧貧燃燒模式時產(chǎn)生的氮氧化物含量最高，處于高負(fù)荷下的預(yù)混燃燒時氮氧化物含量最少。因此在機組運行中我們通常將燃機的負(fù)荷控制在高負(fù)荷，以保證氮氧化物排放達(dá)標(biāo)。但在機組進(jìn)行啟機操作時，燃機不可避免的會有一段時間處于低負(fù)荷來對鍋爐汽機進(jìn)行暖機，而這段時間燃機的氮氧化物排放將處于超標(biāo)狀態(tài)。同時武昌公司停機過程中，燃機停機熄火后會將天然氣管道殘余的高壓力天然氣放散，會產(chǎn)生噪音擾民，武昌公司運行部（以下簡稱“運行部”）在對機組完成多次啟機，停機操作的背景后決定，整理出機組啟動中燃機負(fù)荷控制的方案及機組停機時燃機噪音控制方案，以達(dá)到啟動過程中環(huán)保不超標(biāo)，停機過程中噪音不擾民的目的。

1? 實施背景

黨的19大以來，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅強領(lǐng)導(dǎo)下，全面推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展，并始終強調(diào)“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”。坐落在長江之濱的武昌公司深入響應(yīng)習(xí)總書記號召，將生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為公司重中之重，為母親河永葆生機活力提供武電力量。為落實公司的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，武昌公司運行部著力探索機組啟動氮氧化物排放不超標(biāo)的優(yōu)化方案，在2021年在機組啟動過程中進(jìn)行首次試驗后，又利用啟機機會進(jìn)行了3次試驗，每次試驗氮氧化物排放均達(dá)到環(huán)保要求。同時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，對噪音要求極為嚴(yán)格。而停機時燃機易產(chǎn)生噪音，武昌公司機組大部分停機時間在晚高峰后，燃機停機過程中，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的風(fēng)險，將對武昌公司的社會形象造成較大的負(fù)面影響。面對這一棘手問題，運行部特根據(jù)武昌公司的生產(chǎn)實際情況，對燃機停機操作進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，有效將機組停機時的噪音控制在正常范圍。

2? 改造過程

2.1 工作原理、確立思路

2.1.1 武昌公司燃機負(fù)荷與氮氧化物排放量關(guān)系

①#1燃機在點火到25MW這段區(qū)間屬于初級燃燒模式，其中15MW到25MW負(fù)荷時，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燃機經(jīng)過燃燒改造，在點火到25MW這段區(qū)間屬于初級燃燒模式，其中15MW到25MW負(fù)荷時，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、#2汽機在進(jìn)行啟機操作時，在燃機點火后，鍋爐開始進(jìn)行升溫升壓，并隨之進(jìn)行汽機暖機。在以往的汽機冷態(tài)啟機過程中，依據(jù)聯(lián)合循環(huán)運行規(guī)程，汽機沖轉(zhuǎn)壓力應(yīng)維持在2.0-2.5MPa，因此值班員通常將燃機負(fù)荷維持在10-20MW范圍;當(dāng)汽機沖轉(zhuǎn)后開始進(jìn)行暖缸，這時需要控制汽機進(jìn)氣量避免脹差過大，因此燃機通常需要將負(fù)荷由20MW逐漸升至60MW;在汽機缸脹達(dá)到6mm后，燃機將負(fù)荷升至滿負(fù)荷。在研究運行人員#1燃機、#2汽機啟動的常規(guī)操作中，減少燃機低負(fù)荷運行時間，快速避開氮氧化物排放超標(biāo)負(fù)荷區(qū)域有利于降低氮氧化物排放。

②武昌公司#3燃機由于經(jīng)過燃燒改造，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)是每小時氮氧化物排放平均值超過50mg/m3，因此需要控制燃機每小時排放氮氧化物總量即可。在燃機進(jìn)行啟機時，我們可以將燃機并網(wǎng)時間控制在X點35分左右，這樣能夠滿足這一小時內(nèi)氮氧化物總量不超標(biāo)。

2.1.3 武昌公司燃機停機時產(chǎn)生噪音的原因

為保證機組的安全，9E燃機停機熄火后，會排放燃?xì)夤艿乐械臍堄嗵烊粴?，。而按照正常停機操作燃機熄火放散時，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)時間長，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 控制武昌公司燃機停機噪音不超標(biāo)思路

武昌公司所用天然氣來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，需要增壓機對天然氣增壓至2.52MPa，然后提供給燃機燃燒做工。因此，我們可以通過提前停止增壓機，降低燃機熄火放散時天然氣管道的壓力，從而減小噪音。

2.2 操作過程

針對武昌公司較為常見的兩種啟機狀態(tài)，運行部分別進(jìn)行了多次優(yōu)化試驗，現(xiàn)對最近兩次啟機過程來進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.2.1 2021年4月13日，#1燃機啟動及#1爐、#2汽機全冷態(tài)啟動操作過程

①#1燃機并網(wǎng)時間控制在半點以后，#1燃機并網(wǎng)后負(fù)荷控制在15MW左右運行。4月13日#1燃機在07點10分發(fā)啟動令，在07點36分并網(wǎng)。

②#2汽機在燃機發(fā)啟動令時開始抽真空，盡量在燃機點火前確保凝汽器真空高于-60kPa。

③燃機點火成功后，將鍋爐主汽電動門開啟，暖管至汽機電動主汽門前，開啟新蒸汽調(diào)節(jié)閥對均壓箱進(jìn)行暖箱。待鍋爐主汽溫度達(dá)100℃時關(guān)閉鍋爐相關(guān)過熱器疏水門。燃機并網(wǎng)預(yù)選負(fù)荷15MW。

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

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

⑥其它操作按機組正常啟動執(zhí)行。

⑦整個啟機過程，汽機先抽真空，保證燃機點火時真空達(dá)-60kPa以上，然后控制燃機并網(wǎng)時間在X點35分左右，燃機預(yù)選15MW負(fù)荷進(jìn)行暖箱送軸封，然后燃機加負(fù)荷，使汽機快速達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件，待汽機開始沖轉(zhuǎn)，燃機繼續(xù)加負(fù)荷直至達(dá)到預(yù)混模式，合理減少燃機在環(huán)保超標(biāo)區(qū)間的運行時間對汽機進(jìn)行暖機。

⑧試驗過程負(fù)荷與氮氧化物值圖表。

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

如圖1，可以看出，4月13日7點-8點、8點-9點#1燃機、#2啟機啟機過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燃機啟動及#1爐為冷態(tài)、#2機為熱態(tài)啟動操作過程

①#1燃機并網(wǎng)時間控制在半點以后，#1燃機并網(wǎng)后負(fù)荷控制在10MW左右運行。5月03日，#1燃機在06點05分發(fā)啟動令;于06點33分左右，燃機并網(wǎng)。

②燃機點火成功后，將鍋爐主汽電動門開啟，暖管至汽機電動主汽門前，開啟新蒸汽調(diào)節(jié)閥對均壓箱進(jìn)行暖箱。燃機并網(wǎng)后預(yù)選負(fù)荷18MW運行。

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

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

⑤整個啟機過程，首先控制燃機并網(wǎng)時間在X點35分左右，然后燃機帶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，由于汽機缸脹較好，燃機可以立即加負(fù)荷至100MW，在保證主蒸汽壓力的情況下，汽機快速沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，迅速避開環(huán)保超標(biāo)的區(qū)間，控制氮氧化物排放超標(biāo)時間每小時不超過25分鐘。

⑥試驗過程負(fù)荷與氮氧化物值圖表。

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

5月03日6點-7點、7點-08點#1燃機、#2啟機啟機過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)武昌公司的實際情況，武昌公司運行部對燃機多次停機操作進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，保證機組停機時將噪音控制在正常范圍，現(xiàn)通過三次停機詳細(xì)說明。

2.2.3 2021年5月18日#1燃機，#2汽機停機過程

在燃機降負(fù)荷過程中，當(dāng)準(zhǔn)備預(yù)選15MW時，值長安排燃機值班員去增壓機控制室待命，當(dāng)燃機負(fù)荷降至15MW時，停增壓機，燃機同時發(fā)停機令。此時燃機P1壓力緩慢下降，至燃機解列時，P1壓力為13.61Bar，當(dāng)燃機放散時P1壓力為6.5Bar（如表3），此時壓力較低，放散時廠界內(nèi)噪音為60db。

2.2.4 2020年9月2日，#1燃機，#2汽機停機過程

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

2.2.5 2021年3月31日，#3燃機，#4汽機停機過程

此次#3燃機停機和第一個#1燃機停機過程方案相同，在燃機降負(fù)荷至15MW時，停增壓機，燃機同時發(fā)停機令。此時燃機P1壓力緩慢下降，至燃機解列時，P1壓力為17.15Bar，當(dāng)燃機熄火放散時P1壓力為5.69Bar（如表5），此時壓力較低，放散時廠界內(nèi)噪音為60db。

3? 注意事項

啟機過程氮氧化物排放優(yōu)化方案要求汽機在沖轉(zhuǎn)過程時燃機即開始帶高負(fù)荷，造成主蒸汽壓力較高，需要開啟高壓旁路控制壓力，或會造成一些資源浪費。

停機噪音控制優(yōu)化方案對值班員的協(xié)同操作要求較高，在燃機負(fù)荷達(dá)到15MW時，需及時通知值班員在調(diào)壓站控制室停增壓機，同時集控室燃機發(fā)停機令。若增壓機停止時間過早，會導(dǎo)致燃機因為天然氣壓力過低，提前熄火。

4? 創(chuàng)新點

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

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

5? 使用效果

在使用本啟機過程氮氧化物排放優(yōu)化方案方案前，#1燃機、#2汽機啟動氮氧化物排放量平均值均超標(biāo)。在執(zhí)行啟機過程氮氧化物排放優(yōu)化方案方案后，4月13日7點-8點，8點-9點#1燃機、#2啟機啟機過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-7點，7點-08點#1燃機、#2啟機啟機過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。

通過舉例的三次停機過程可以看出，在燃機負(fù)荷降至15MW時，停增壓機，同時發(fā)停機令，可以讓在燃機熄火放散時，將燃機管道的天然氣壓力降至一個較低的范圍，使得燃機放散時廠界內(nèi)的噪音控制在正常范圍內(nèi)，保證了周圍的居民生活質(zhì)量。武昌公司自從今年按照此方案進(jìn)行停機后，有效的降低了停機過程中產(chǎn)生的噪音，未再接到過附近居民及商家的投訴，使武昌公司的社會形象有了顯著的提升。

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