王 克

(上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院)

2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)保部及國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》對常規(guī)燃煤發(fā)電機組排放標準要求更加嚴格[1]。嚴峻的環(huán)保壓力，加快了燃煤電廠煙氣脫硝技術的普及。燃煤電廠超低排放限值的頒布，也進一步加快了煙氣脫硝技術的升級步伐[2]。目前的低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術也在持續(xù)地進行創(chuàng)新發(fā)展，全負荷脫硝、脫硝系統(tǒng)提效和低溫催化劑等新技術也不斷得到推廣使用，脫硝系統(tǒng)的工藝運行水平穩(wěn)步提升[3]。

對于燃煤機組氮氧化物的排放控制，目前國內采用最多的是選擇性催化還原技術(SCR)。雖然在機組正常運行情況下，脫硝系統(tǒng)超低排放改造能夠達到環(huán)保要求，但在機組啟動過程中無法獲得穩(wěn)定的NOx脫除效率，NOx排放量無法滿足排放標準。這是由于SCR技術采用的催化劑受煙氣溫度條件限制，在脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度較低的情況下，催化劑表面發(fā)生副反應，NH3和SO3、H2O反應生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，減少了NH3與NOx的反應，反應產(chǎn)物會吸附在催化劑表面，堵塞催化劑的通道和微孔，使催化劑活性降低，NH3逃逸增大[4-6]。同時反應生成的NH4HSO4也會污染空氣預熱器及電除塵器，造成空氣預熱器的堵塞和電除塵極板的積灰。文章對某電廠2×600 MW機組啟動過程減少NOx排放的環(huán)保策略進行研究分析，提出解決和優(yōu)化的方法，并在實踐中加以驗證。

1 機組概況

簡要介紹2×600 MW燃煤空冷發(fā)電機組的概況。鍋爐由北京巴威公司按照美國巴威公司的RBC系列的鍋爐技術標準設計制造，為B&WB-2080/17.5-M型亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、自然循環(huán)汽包鍋爐。設計燃煤是白音華煤礦生產(chǎn)的老年褐煤。制粉系統(tǒng)采用的是正壓直吹式中速磨煤機。燃燒方式是前后墻對沖燃燒，并配置巴威標準的低NOx雙調風旋流燃燒器。尾部設置了分煙道，采用擋板來分配煙氣從而調節(jié)再熱器的出口蒸汽溫度。煙氣脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法脫硝系統(tǒng)(SCR)，在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量、燃用設計煤質、處理100%煙氣量的條件下，脫硝的效率≥80%，SCR按2+1層布置考慮。脫硝系統(tǒng)按入口NOx濃度450 mg/m3(6%O2干基，標態(tài))、處理100%煙氣量、最終NOx排放濃度90 mg/m3(6%O2干基，標態(tài))進行設計。

2 存在問題分析

該電廠2套機組在啟動過程中經(jīng)常出現(xiàn)NOx超標，持續(xù)時間約60 min。這主要是由于：

(1)鍋爐啟動過程中，燃煤量較少、鍋爐汽溫水平較低等導致脫硝系統(tǒng)進口的煙氣溫度低于系統(tǒng)正常的投運溫度，影響SCR系統(tǒng)的投運率和NOx排放合格率；

(2)機組啟動階段，風煤比與正常運行工況相比大得多，爐膛內的氧化性氣氛增強，NOx生成量增多；

(3)SCR系統(tǒng)熱解爐電加熱器實際運行功率小于設計功率，熱解爐出口溫度低，尿素熱解受到限制。為了防止熱解爐跳閘，需減少尿素噴量，此時尿素分解產(chǎn)生的參與脫硝反應的NH3減少，脫硝效率低，使得脫硝出口排放不能滿足環(huán)保排放要求。

對于機組啟動時脫硝系統(tǒng)入口煙溫低的問題，需要根據(jù)啟動時機組本身的相關特點進行相應的試驗優(yōu)化。

3 控制NOx排放超標的措施

3.1 提高鍋爐給水溫度

采用排放鍋爐內已有的爐水，對鍋爐進行換水，提高除氧器水溫，可以使爐水的水質提前達標，也可以提高給水溫度，進而提高排煙溫度。

在啟動過程中，鍋爐要經(jīng)過冷、熱態(tài)清洗，使水質滿足要求。熱態(tài)清洗時，鍋爐燃燒系統(tǒng)要進行點火來加熱清洗水，這個過程花費的時間較長。對鍋爐換水，提高鍋爐給水的平均溫度，并利用輔汽對除氧器中的水進行加熱，這使得省煤器金屬壁溫提升，相當于對鍋爐進行整體的預熱，使鍋爐處于“熱風熱爐”的環(huán)境，提高了排煙溫度。鍋爐的送風經(jīng)過空氣預熱器加熱，溫度升高，明顯地改善了爐膛內的燃燒環(huán)境，并極大地提升了機組啟動階段的安全性。

3.2 增加前煙道煙氣流量

機組的高低壓旁路有開度時，逐漸開大再熱器側調溫擋板，根據(jù)溫升速率提高再熱汽溫。

在啟動過程中，調大高低壓旁路的開度，高壓旁路將部分主蒸汽流量分流，減少進入再熱器的工質流量。對于采用雙煙道型式的鍋爐，同時配合開大再熱器側煙氣調溫擋板開度，維持再熱器流量滿足運行要求的情況下，減少工質吸熱，增加再熱器側煙氣流量，提高SCR入口煙溫以滿足催化劑所需的溫度。此時雖然后煙道煙溫有所下降，但總體煙溫隨著前煙道煙溫即再熱器側煙道煙溫的升高而升高。

SCR系統(tǒng)進口處的煙氣由兩部分混合而成，分別是鍋爐尾部煙道煙氣擋板前的再熱器出口的煙氣和鍋爐尾部煙道煙氣擋板后過熱器出口煙氣。在汽輪機未進行沖轉以前,高壓旁路調節(jié)閥后的蒸汽溫度決定了再熱器進口蒸汽溫度，一般高于300 ℃，但此時，省煤器入口處的給水溫度僅為220 ℃左右。再熱器出口處的煙氣溫度約為330 ℃，明顯高于省煤器出口處的煙氣溫度(約為260 ℃)，所以在鍋爐的啟動過程中，應保持鍋爐尾部煙道的再熱器側(前煙道)煙氣調節(jié)擋板的開度在較大水平，提高前煙道出口的煙氣流量。第一，前煙道通過的煙氣流量增加，而前煙道煙氣換熱量較少，從而提高前后煙道煙氣混合后的溫度；第二，在再熱器蒸汽的流量沒有變化的情況下，增加了通過前煙道的煙氣流量，該部分再熱蒸汽的換熱量變化不大，從而提高了前煙道出口煙氣溫度，前后煙道的煙氣混合后，整體的混合煙氣溫度也得到提升。所以，在機組啟動過程中，為了提早投運鍋爐脫硝系統(tǒng)，建議將尾部煙道前側(即再熱器側)的煙氣調節(jié)擋板開度調整到100%，然后利用再熱蒸汽事故減溫水來調節(jié)再熱汽溫。

當汽溫、汽壓達到機組沖轉參數(shù)時對汽輪機進行沖轉暖機。暖機過程中，在汽輪機漲差允許的情況下逐漸提高主汽溫和再熱汽溫，逐漸開大再熱器側調溫擋板，關小過熱器側調溫擋板，過熱器側調溫擋板關至20%時則不進一步關小。在暖機開始時投入熱解爐電加熱器，使熱解爐溫度提前滿足尿素熱解要求的溫度，同時也可以提高催化劑層煙氣溫度。

3.3 提前啟動磨煤機

提前啟動位于第二層燃燒器位置上的B磨煤機。通過控制爐膛火焰中心位置，并配合擋板開度調溫手段，以滿足機組在啟動過程的煙溫需求。實際運行表明，火焰中心位置過高或過低都會影響機組的運行，火焰中心過高會使屏式過熱器部分管壁超溫，威脅機組的安全性；而火焰中心位置過低會使進入脫硝反應區(qū)的煙溫過低，達不到催化劑反應所需的溫度，影響脫硝系統(tǒng)的投運。通過試驗，認為提前啟動B磨煤機可滿足火焰中心的高度要求。

3.4 其他措施

B磨煤機啟動后根據(jù)脫硝出口溫度情況逐漸投入尿素噴槍，根據(jù)熱解爐出口溫度和氨逃逸情況調節(jié)噴槍流量，盡量降低排放值。

并網(wǎng)前調整脫硝出口NOx排放值小于100 mg/m3，并網(wǎng)前30 min投入脫硝運行。

并網(wǎng)后適當降低鍋爐氧量，根據(jù)汽機漲差情況適當提高加負荷速度。

3.5 優(yōu)化效果

針對啟動過程脫硝系統(tǒng)不能投運的現(xiàn)象，采用提高給水溫度、增加前煙道煙氣流量、提前啟動磨煤機和降低空氣系數(shù)等措施，對機組在啟動過程進行相應優(yōu)化調整，成功實現(xiàn)在啟動過程進行脫硝系統(tǒng)的投運。在機組并網(wǎng)以前，SCR的A、B側出口煙氣溫度基本保持在300～330 ℃之間(具體數(shù)據(jù)見表1和表2)，滿足催化劑要求的最低溫度(300 ℃)，保證了在啟動過程中脫硝系統(tǒng)的投運。

4 結論

(1)在啟動過程提前加熱給水，使鍋爐整體達到“熱風熱爐”的效果，有效地提高了省煤器出口煙溫；配合高低壓旁路對主汽流量和再熱汽流量實現(xiàn)精準控制，并結合煙氣擋板的開度，有效控制了工質的吸熱量，提高了省煤器出口煙溫。

表1 1號機組運行數(shù)據(jù)表

表2 2號機組運行數(shù)據(jù)表

(2)在啟動后，控制空氣系數(shù)，減少熱力型NOx生成。提前啟動B磨煤機，使鍋爐火焰中心高度維持在恰當?shù)奈恢?，保證了機組的安全性和SCR反應所需要的煙溫。

(3)實現(xiàn)了非改造手段達到啟動過程投脫硝的目的，避免了機組結構的改動，緩解了燃煤機組低負荷不能投脫硝的問題。