引言

近年來,廣東省珠江三角洲地區(qū)的火電廠通過添加或改造脫硝技術(shù)達到了"超低排放"的指標要求。"超低排放"出自《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223一2011),燃煤電廠排放煙氣中的二氧化硫(So2)、氮氧化物(NoC)和煙塵濃度必須達到或低于本標準中規(guī)定的天然氣燃氣機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機組情況概述

燃煤電廠660MW機組鍋爐采用亞臨界壓力、一次中間再加熱,強制循環(huán)汽包爐,單爐Ⅱ型布置。過熱蒸汽采用一級噴水調(diào)節(jié)汽溫,再熱蒸汽溫度采用燃燒器擺角和一級噴水調(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,由下至上為A、B、C、D、E、F,設計給煤機給煤率為53t/h,正常情況下5臺制粉系統(tǒng)即可滿足BMCR運行要求。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技術(shù):分離燃盡風(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)分離并通過上部SoFA噴嘴送到爐子。SoFA風共有8個噴口,即鍋爐兩側(cè)各4個,從主燃燒區(qū)分離出一部分二次風后使爐內(nèi)主燃燒區(qū)處于一個整體欠氧的狀態(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,避免了生成過多的熱力型NoC。然后將分離的二次空氣補充到爐子主燃燒區(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模式設置選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝,并設置單爐雙SCR結(jié)構(gòu)。SCR反應器布置在鍋爐尾部煙道省煤器出口和空氣預熱器之間。脫硝系統(tǒng)設備處理100%煙氣量,脫硝反應器與還原劑供應系統(tǒng)按照脫硝效率80%設計。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,和稀釋風機打出的空氣混合噴入SCR反應器中。

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,出口o2含量和出口NoC含量作為反饋信號一起供給主控制器,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技術(shù):分離燃盡風(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)分離并通過上部SoFA噴嘴送到爐子。SoFA風共有8個噴口,即鍋爐兩側(cè)各4個,從主燃燒區(qū)分離出一部分二次風后使爐內(nèi)主燃燒區(qū)處于一個整體欠氧的狀態(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,避免了生成過多的熱力型NoC。然后將分離的二次空氣補充到爐子主燃燒區(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模式設置選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝,并設置單爐雙SCR結(jié)構(gòu)。SCR反應器布置在鍋爐尾部煙道省煤器出口和空氣預熱器之間。脫硝系統(tǒng)設備爐負荷之間的基本關(guān)系。由于SoFA風被帶到鍋爐的二次風管道,一部分風量以犧牲輔助風的速度送到燃盡區(qū)域,以實現(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SoFA風門調(diào)節(jié)擋板仍放在手動調(diào)節(jié)模式,操作員在負荷變化時應根據(jù)此曲線及時調(diào)整SoFA調(diào)節(jié)擋板開度,保證低氮燃燒。

4存在的問題

負荷頻繁、大幅度(200~660MW)變化,CCS自動控制鍋爐總風量、燃料量、氧量均隨負荷變化而大幅度變化,導致噴氨系統(tǒng)進出口氧量、NoC含量變化幅度很大,由于噴氨調(diào)節(jié)響應時間約為3min,故調(diào)節(jié)滯后嚴重,鍋爐出口NoC頻繁超標。另外,由于調(diào)節(jié)滯后,導致經(jīng)常性出現(xiàn)噴氨過量的情況,氨逃逸率增加,加劇了對SCR之后的煙氣系統(tǒng)如空氣預熱器、電袋除塵器等溫區(qū)域的腐蝕。另外,會形成硫酸氫銨器黏稠物質(zhì)吸附在煙氣通道表面,增大空氣預熱塵、電袋)除塵前后壓差,導致機組引風機負擔增大,動葉開度過大,當動葉開度大于90%時,引風機容易失速、喘振,為保證安全運行需限制負荷上限,降等了經(jīng)濟性。

5優(yōu)化措施

5.1氧量調(diào)整

圖3所示為氧氣設定值和負荷關(guān)系曲線,當機組負荷變化時,氧氣設置會根據(jù)曲線自動調(diào)整到設定值。而氧量值與過量空氣系數(shù)直接相關(guān),隨著過量空氣系數(shù)的增加,鍋爐的總N0C生成量增加。由于氧量控制參與送風機動葉調(diào)節(jié),在快速降負荷時,一方面,為保證送風機安全運行,其動葉開度大于10%時,氧氣控制應及時切手動,設定值應根據(jù)曲線設高;另一方面,當送風機動葉開度足夠、總風量滿足時,應盡量將氧量設定值設等,降等鍋爐過量空氣系數(shù),減少鍋爐N0C生成。另外,當機組快速升負荷時,應及時將氧量控制投回CASC,以防止氧量過剩。

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。當機組減負荷時,各制粉系統(tǒng)給煤率逐漸降等。當需要執(zhí)行減少制粉系統(tǒng)的操作時,優(yōu)先停止上層制粉系統(tǒng),保留下層制粉系統(tǒng)運行。另外,通過對給煤機設定偏差,可以降等上層制粉系統(tǒng)的給煤量,同時提高下層制粉系統(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

當鍋爐N0C超標時,在確保鍋爐輔助風量的情況下應盡可能地將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的氧化反應和減少產(chǎn)生的N0C,因此可以達到減少N0C排放濃度的效果。在實際運行操作中,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)的運行成本。

5.3噴氨系統(tǒng)切手動

根據(jù)鍋爐進出口N0C含量的曲線變化趨勢,當發(fā)現(xiàn)N0C含量曲線呈明顯上升趨勢時,預先手動控制氨噴射控制閥以增加噴射的氨量,可以防止N0C排放超過標準。但為了防止噴氨過量,應時刻關(guān)注曲線變化,當N0C含量曲線呈明顯降等趨勢時,應及時減少噴氨量,投回自動控制。

5.5SCR催化劑運行管理優(yōu)化

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

5.6煤粉調(diào)整

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

6結(jié)語

通過一系列的優(yōu)化調(diào)整,在機組負荷大幅度調(diào)頻變動時,有效地控制了鍋爐出口N0C排放量,在保證機組安全運行的同時,確保了鍋爐N0C排放不超標。