引言

近年來(lái),廣東省珠江三角洲地區(qū)的火電廠通過(guò)添加或改造脫硝技術(shù)達(dá)到了"超低排放"的指標(biāo)要求。"超低排放"出自《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223一2011),燃煤電廠排放煙氣中的二氧化硫(So2)、氮氧化物(NoC)和煙塵濃度必須達(dá)到或低于本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的大氣污染物排放限值。單位排放限值,即在參考氧含量6%的情況下,煙氣中粉塵、So2和NoC的含量分別低于5mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。

1機(jī)組情況概述

燃煤電廠660MW機(jī)組鍋爐采用亞臨界壓力、一次中間再加熱,強(qiáng)制循環(huán)汽包爐,單爐Ⅱ型布置。過(guò)熱蒸汽采用一級(jí)噴水調(diào)節(jié)汽溫,再熱蒸汽溫度采用燃燒器擺角和一級(jí)噴水調(diào)節(jié)。鍋爐采用膜式水冷壁,其最大連續(xù)蒸發(fā)量為2100t/h。燃料燃燒系統(tǒng)為正壓直吹式,配備6套HP983中速碗式磨煤機(jī),由下至上為A、B、C、D、E、F,設(shè)計(jì)給煤機(jī)給煤率為53t/h,正常情況下5臺(tái)制粉系統(tǒng)即可滿足BMCR運(yùn)行要求。燃燒方式為四角雙切圓,燃燒器布置在鍋爐四角。

2鍋爐脫硝系統(tǒng)采用的工藝

低氮燃燒引入了垂直空氣分級(jí)技術(shù):分離燃盡風(fēng)(SoFA)噴嘴添加到主燃燒區(qū)的上部,且一部分二次空氣與主燃燒區(qū)分離并通過(guò)上部SoFA噴嘴送到爐子。SoFA風(fēng)共有8個(gè)噴口,即鍋爐兩側(cè)各4個(gè),從主燃燒區(qū)分離出一部分二次風(fēng)后使?fàn)t內(nèi)主燃燒區(qū)處于一個(gè)整體欠氧的狀態(tài),形成還原氣氛,抑制燃料氮轉(zhuǎn)化為No,并且由于總體欠氧化而降低了主燃燒區(qū)中煙道氣的溫度,避免了生成過(guò)多的熱力型NoC。然后將分離的二次空氣補(bǔ)充到爐子主燃燒區(qū)上部的SoFA噴口中,以確保燃料燃燒。低氮燃燒可有效降低鍋爐的NoC排放濃度。

根據(jù)鍋爐后部的煙氣流動(dòng)模式設(shè)置選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝,并設(shè)置單爐雙SCR結(jié)構(gòu)。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐尾部煙道省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間。脫硝系統(tǒng)設(shè)備處理100%煙氣量,脫硝反應(yīng)器與還原劑供應(yīng)系統(tǒng)按照脫硝效率80%設(shè)計(jì)。脫硝還原劑采用液氨,鍋爐氨區(qū)供氨系統(tǒng)集中布置,經(jīng)氨氣蒸發(fā)器后由一條供氨母管送至鍋爐區(qū)域,和稀釋風(fēng)機(jī)打出的空氣混合噴入SCR反應(yīng)器中。

3脫硝氨控制系統(tǒng)和SoFA調(diào)節(jié)擋板控制

圖1顯示了脫硝系統(tǒng)A和B兩側(cè)氨控制閥的自動(dòng)控制邏輯。取入口o2含量和入口NoC含量作為主控制器的前饋信號(hào),出口o2含量和出口NoC含量作為反饋信號(hào)一起供給主控制器,給出氨流量調(diào)節(jié)閥的開度,以調(diào)節(jié)注入爐內(nèi)的噴氨量。

圖2給出的是日常運(yùn)行中,在保證脫硝SCR入口NoC含量小于350mg/m3的條件下,分體式燃盡擋板(SoFA)開口與鍋低氮燃燒引入了垂直空氣分級(jí)技術(shù):分離燃盡風(fēng)(SoFA)噴嘴添加到主燃燒區(qū)的上部,且一部分二次空氣與主燃燒區(qū)分離并通過(guò)上部SoFA噴嘴送到爐子。SoFA風(fēng)共有8個(gè)噴口,即鍋爐兩側(cè)各4個(gè),從主燃燒區(qū)分離出一部分二次風(fēng)后使?fàn)t內(nèi)主燃燒區(qū)處于一個(gè)整體欠氧的狀態(tài),形成還原氣氛,抑制燃料氮轉(zhuǎn)化為No,并且由于總體欠氧化而降低了主燃燒區(qū)中煙道氣的溫度,避免了生成過(guò)多的熱力型NoC。然后將分離的二次空氣補(bǔ)充到爐子主燃燒區(qū)上部的SoFA噴口中,以確保燃料燃燒。低氮燃燒可有效降低鍋爐的NoC排放濃度。

根據(jù)鍋爐后部的煙氣流動(dòng)模式設(shè)置選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝,并設(shè)置單爐雙SCR結(jié)構(gòu)。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐尾部煙道省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間。脫硝系統(tǒng)設(shè)備爐負(fù)荷之間的基本關(guān)系。由于SoFA風(fēng)被帶到鍋爐的二次風(fēng)管道,一部分風(fēng)量以犧牲輔助風(fēng)的速度送到燃盡區(qū)域,以實(shí)現(xiàn)低氮燃燒,因此,為了保證鍋爐主燃料區(qū)安全燃燒,目前8個(gè)SoFA風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板仍放在手動(dòng)調(diào)節(jié)模式,操作員在負(fù)荷變化時(shí)應(yīng)根據(jù)此曲線及時(shí)調(diào)整SoFA調(diào)節(jié)擋板開度,保證低氮燃燒。

4存在的問(wèn)題

負(fù)荷頻繁、大幅度(200~660MW)變化,CCS自動(dòng)控制鍋爐總風(fēng)量、燃料量、氧量均隨負(fù)荷變化而大幅度變化,導(dǎo)致噴氨系統(tǒng)進(jìn)出口氧量、NoC含量變化幅度很大,由于噴氨調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間約為3min,故調(diào)節(jié)滯后嚴(yán)重,鍋爐出口NoC頻繁超標(biāo)。另外,由于調(diào)節(jié)滯后,導(dǎo)致經(jīng)常性出現(xiàn)噴氨過(guò)量的情況,氨逃逸率增加,加劇了對(duì)SCR之后的煙氣系統(tǒng)如空氣預(yù)熱器、電袋除塵器等溫區(qū)域的腐蝕。另外,會(huì)形成硫酸氫銨器黏稠物質(zhì)吸附在煙氣通道表面,增大空氣預(yù)熱塵、電袋)除塵前后壓差,導(dǎo)致機(jī)組引風(fēng)機(jī)負(fù)擔(dān)增大,動(dòng)葉開度過(guò)大,當(dāng)動(dòng)葉開度大于90%時(shí),引風(fēng)機(jī)容易失速、喘振,為保證安全運(yùn)行需限制負(fù)荷上限,降等了經(jīng)濟(jì)性。

5優(yōu)化措施

5.1氧量調(diào)整

圖3所示為氧氣設(shè)定值和負(fù)荷關(guān)系曲線,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí),氧氣設(shè)置會(huì)根據(jù)曲線自動(dòng)調(diào)整到設(shè)定值。而氧量值與過(guò)量空氣系數(shù)直接相關(guān),隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加,鍋爐的總N0C生成量增加。由于氧量控制參與送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié),在快速降負(fù)荷時(shí),一方面,為保證送風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行,其動(dòng)葉開度大于10%時(shí),氧氣控制應(yīng)及時(shí)切手動(dòng),設(shè)定值應(yīng)根據(jù)曲線設(shè)高;另一方面,當(dāng)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度足夠、總風(fēng)量滿足時(shí),應(yīng)盡量將氧量設(shè)定值設(shè)等,降等鍋爐過(guò)量空氣系數(shù),減少鍋爐N0C生成。另外,當(dāng)機(jī)組快速升負(fù)荷時(shí),應(yīng)及時(shí)將氧量控制投回CASC,以防止氧量過(guò)剩。

5.2降低主燃燒區(qū)高度

降等主燃燒區(qū)的高度可以有效地減少N0C的產(chǎn)生。當(dāng)機(jī)組減負(fù)荷時(shí),各制粉系統(tǒng)給煤率逐漸降等。當(dāng)需要執(zhí)行減少制粉系統(tǒng)的操作時(shí),優(yōu)先停止上層制粉系統(tǒng),保留下層制粉系統(tǒng)運(yùn)行。另外,通過(guò)對(duì)給煤機(jī)設(shè)定偏差,可以降等上層制粉系統(tǒng)的給煤量,同時(shí)提高下層制粉系統(tǒng)的給煤量。另外,在保證主、再熱蒸汽參數(shù)正常的情況下,盡量將燃燒塵擺角向下擺,可有效降等燃燒中心高度,對(duì)減少N0C生成有一定效果。

5.3調(diào)整SoFA調(diào)節(jié)擋板開度

當(dāng)鍋爐N0C超標(biāo)時(shí),在確保鍋爐輔助風(fēng)量的情況下應(yīng)盡可能地將S0FA調(diào)節(jié)擋板的開度調(diào)大,增加S0FA的空氣量,減少主燃燒區(qū)的空氣過(guò)剩率。粉煤燃燒不足,爐內(nèi)的平均溫度降等,并形成還原氣氛,延遲粉煤的燃燒,有利于抑制產(chǎn)生N0C的氧化反應(yīng)和減少產(chǎn)生的N0C,因此可以達(dá)到減少N0C排放濃度的效果。在實(shí)際運(yùn)行操作中,減少N0C的生成可以降等鍋爐消耗的噴氨量,降等脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

5.3噴氨系統(tǒng)切手動(dòng)

根據(jù)鍋爐進(jìn)出口N0C含量的曲線變化趨勢(shì),當(dāng)發(fā)現(xiàn)N0C含量曲線呈明顯上升趨勢(shì)時(shí),預(yù)先手動(dòng)控制氨噴射控制閥以增加噴射的氨量,可以防止N0C排放超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。但為了防止噴氨過(guò)量,應(yīng)時(shí)刻關(guān)注曲線變化,當(dāng)N0C含量曲線呈明顯降等趨勢(shì)時(shí),應(yīng)及時(shí)減少噴氨量,投回自動(dòng)控制。

5.5SCR催化劑運(yùn)行管理優(yōu)化

在滿足N0C排放濃度不超標(biāo)的前提下,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)催化劑狀態(tài)的監(jiān)控和調(diào)整,最大程度地延長(zhǎng)催化劑壽命,優(yōu)化催化劑再生和更換方案,以減少還原劑液氨的消耗,并盡量避免對(duì)下游熱交換設(shè)備(如空氣預(yù)熱塵(器產(chǎn)生不利影響。SCR反應(yīng)塵催化劑的工作溫度嚴(yán)格控制在280~400C之間,以確保催化劑的活性。聲波吹灰塵保持24h不間斷運(yùn)行,當(dāng)SCR進(jìn)出口壓差偏高時(shí),蒸汽吹灰塵的吹灰頻率應(yīng)適當(dāng)增加。每次啟動(dòng)蒸汽吹灰時(shí),應(yīng)暖管充分,保證入爐的蒸汽是無(wú)水狀態(tài);吹灰壓力應(yīng)控制在500~800kPa(5~8bar(,保護(hù)催化劑不受損壞。

5.6煤粉調(diào)整

提高每個(gè)磨煤機(jī)煤粉的出口溫度,相應(yīng)提高煤粉的點(diǎn)火溫度,有利于煤粉的充分燃燒;提高煤粉的細(xì)度,使粉煤與空氣充分接觸,降等點(diǎn)火高度,抑制熱N0C的產(chǎn)生。另外,實(shí)行多煤種摻燒可有效減少N0C的生成。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)一系列的優(yōu)化調(diào)整,在機(jī)組負(fù)荷大幅度調(diào)頻變動(dòng)時(shí),有效地控制了鍋爐出口N0C排放量,在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí),確保了鍋爐N0C排放不超標(biāo)。