660MW機組鍋爐NOx排放超標問題分析及優化措施
摘要：介紹某燃煤電廠660MW調頻機組在正常運行期間由于負荷頻繁變動導致鍋爐NOx排放超標的情況。針對鍋爐的脫硝技術，綜合考慮影響鍋爐燃燒生成NOx的各種因素，優化和調整鍋爐燃燒系統、風煙系統、脫硝氨系統、氧氣控制等，達到鍋爐NOx排放不超標的目的，確保了裝置安全高效運行，同時實現了節能減排。
關鍵詞：脫硝過程；超標排放；優化調整
0引言
近年來，廣東省珠江三角洲地區的火電廠通過添加或改造脫硝技術達到了“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—2011），燃煤電廠排放煙氣中的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和煙塵濃度必須達到或低于本標準中規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NOx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，強制循環汽包爐，單爐Π型布置。過熱蒸汽采用一級噴水調節汽溫，再熱蒸汽溫度采用燃燒器擺角和一級噴水調節。鍋爐采用膜式水冷壁，其最大連續蒸發量為2100t/h。燃料燃燒系統為正壓直吹式，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鍋爐脫硝系統采用的工藝
低氮燃燒引入了垂直空氣分級技術：分離燃盡風（SOFA）噴嘴添加到主燃燒區的上部，且一部分二次空氣與主燃燒區分離并通過上部SOFA噴嘴送到爐子。SOFA風共有8個噴口，即鍋爐兩側各4個，從主燃燒區分離出一部分二次風后使爐內主燃燒區處于一個整體欠氧的狀態，形成還原氣氛，抑制燃料氮轉化為NO，并且由于總體欠氧化而降低了主燃燒區中煙道氣的溫度，避免了生成過多的熱力型NOx。然后將分離的二次空氣補充到爐子主燃燒區上部的SOFA噴口中，以確保燃料燃燒。低氮燃燒可有效降低鍋爐的NOx排放濃度。
根據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結構。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。脫硝系統設備處理100%煙氣量，脫硝反應器與還原劑供應系統按照脫硝效率80%設計。脫硝還原劑采用液氨，鍋爐氨區供氨系統集中布置，經氨氣蒸發器后由一條供氨母管送至鍋爐區域，和稀釋風機打出的空氣混合噴入SCR反應器中。
3脫硝氨控制系統和SOFA調節擋板控制
圖1顯示了脫硝系統A和B兩側氨控制閥的自動控制邏輯。取入口O2含量和入口NOx含量作為主控制器的前饋信號，出口O2含量和出口NOx含量作為反饋信號一起供給主控制器，給出氨流量調節閥的開度，以調節注入爐內的噴氨量。
圖2給出的是日常運行中，在保證脫硝SCR入口NOx含量小于350mg/m3的條件下，分體式燃盡擋板（SOFA）開口與鍋爐負荷之間的基本關系。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域，以實現低氮燃燒，因此，為了保證鍋爐主燃料區安全燃燒，目前8個SOFA風門調節擋板仍放在手動調節模式，操作員在負荷變化時應根據此曲線及時調整SOFA調節擋板開度，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，導致噴氨系統進出口氧量、NOx含量變化幅度很大，由于噴氨調節響應時間約為3min，故調節滯后嚴重，鍋爐出口NOx頻繁超標。另外，由于調節滯后，導致經常性出現噴氨過量的情況，氨逃逸率增加，加劇了對SCR之后的煙氣系統如空氣預熱器、電袋除塵器等低溫區域的腐蝕。另外，會形成硫酸氫銨等黏稠物質吸附在煙氣通道表面，增大空氣預熱器、電袋除塵器前后壓差，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，降低了經濟性。
5優化措施
5.1氧量調整
圖3所示為氧氣設定值和負荷關系曲線，當機組負荷變化時，氧氣設置會根據曲線自動調整到設定值。而氧量值與過量空氣系數直接相關，隨著過量空氣系數的增加，鍋爐的總NOx生成量增加。由于氧量控制參與送風機動葉調節，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低，降低鍋爐過量空氣系數，減少鍋爐NOx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降低主燃燒區高度
降低主燃燒區的高度可以有效地減少NOx的產生。當機組減負荷時，各制粉系統給煤率逐漸降低。當需要執行減少制粉系統的操作時，優先停止上層制粉系統，保留下層制粉系統運行。另外，通過對給煤機設定偏差，可以降低上層制粉系統的給煤量，同時提高下層制粉系統的給煤量。另外，在保證主、再熱蒸汽參數正常的情況下，盡量將燃燒器擺角向下擺，可有效降低燃燒中心高度，對減少NOx生成有一定效果。
5.3調整SOFA調節擋板開度
當鍋爐NOx超標時，在確保鍋爐輔助風量的情況下應盡可能地將SOFA調節擋板的開度調大，增加SOFA的空氣量，減少主燃燒區的空氣過剩率。粉煤燃燒不足，爐內的平均溫度降低，并形成還原氣氛，延遲粉煤的燃燒，有利于抑制產生NOx的氧化反應和減少產生的NOx，因此可以達到減少NOx排放濃度的效果。在實際運行操作中，減少NOx的生成可以降低鍋爐消耗的噴氨量，降低脫硝系統的運行成本。
5.4噴氨系統切手動
根據鍋爐進出口NOx含量的曲線變化趨勢，當發現NOx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NOx排放超過標準。但為了防止噴氨過量，應時刻關注曲線變化，當NOx含量曲線呈明顯降低趨勢時，應及時減少噴氨量，投回自動控制。
5.5SCR催化劑運行管理優化
在滿足NOx排放濃度不超標的前提下，應該加強對催化劑狀態的監控和調整，最大程度地延長催化劑壽命，優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（如空氣預熱器）等產生不利影響。SCR反應器催化劑的工作溫度嚴格控制在280～400℃之間，以確保催化劑的活性。聲波吹灰器保持24h不間斷運行，當SCR進出口壓差偏高時，蒸汽吹灰器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；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，降低點火高度，抑制熱NOx的產生。另外，實行多煤種摻燒可有效減少NOx的生成。
6結語
通過一系列的優化調整，在機組負荷大幅度調頻變動時，有效地控制了鍋爐出口NOx排放量，在保證機組安全運行的同時，確保了鍋爐NOx排放不超標。
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