燃煤機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)環(huán)保設(shè)施的影響分析及對(duì)策

曲立濤，李 超，于洪海，王德鑫

（華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽(yáng) 110179）

燃煤機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)環(huán)保設(shè)施的影響分析及對(duì)策

曲立濤，李 超，于洪海，王德鑫

（華電電力科學(xué)研究院東北分院，遼寧 沈陽(yáng) 110179）

受電源結(jié)構(gòu)改變及用電需求增長(zhǎng)放緩等因素影響，在網(wǎng)運(yùn)行燃煤機(jī)組按照電網(wǎng)調(diào)度命令超常規(guī)調(diào)峰的頻次、時(shí)間、深度都在增加。深度調(diào)峰不僅考驗(yàn)機(jī)組運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)環(huán)保設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行及污染物的達(dá)標(biāo)排放造成影響。該文通過(guò)總結(jié)分析機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的工況條件，對(duì)比各環(huán)保設(shè)施運(yùn)行特性，較為詳細(xì)分析了深度調(diào)峰對(duì)環(huán)保設(shè)施的影響及對(duì)策。

燃煤機(jī)組；深度調(diào)峰；環(huán)保設(shè)施；影響

1 概述

受電源結(jié)構(gòu)改變、經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速下滑、用電需求增長(zhǎng)放緩、裝機(jī)規(guī)模逐年增加等因素影響，近年?yáng)|北地區(qū)出現(xiàn)較嚴(yán)重的電力供大于求局面，電力消納及系統(tǒng)調(diào)峰困難。到2014年6月底，東北電網(wǎng)裝機(jī)容量已突破1.16×105MW，但全網(wǎng)最大負(fù)荷僅5.64×104MW，最小低谷負(fù)荷僅3.81×104MW，日平均最大負(fù)荷4.8×104MW，電源負(fù)荷比達(dá)到2倍，在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組按照電網(wǎng)調(diào)度命令超常規(guī)調(diào)峰，負(fù)荷低于50%調(diào)峰的頻次和時(shí)間加長(zhǎng)，甚至個(gè)別時(shí)段深度調(diào)峰達(dá)到65%。東北電網(wǎng)熱電機(jī)組比重過(guò)高，調(diào)峰資源嚴(yán)重不足，電源結(jié)構(gòu)不合理的問(wèn)題逐年加重。目前，東北電網(wǎng)熱電機(jī)組中火電機(jī)組占近70%，而作為電力調(diào)峰主力的大型純凝火電機(jī)組及水電機(jī)組占比僅28%。這一比例低于全國(guó)平均水平，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家調(diào)峰電源的裝機(jī)比重。在深度調(diào)峰期間，機(jī)組運(yùn)行積極性嚴(yán)重下降，運(yùn)行工況持續(xù)惡化，其對(duì)環(huán)保設(shè)施存在不可忽視的影響，隨著我國(guó)環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，對(duì)燃煤電廠環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)及投運(yùn)率也提出了更高的要求，任何影響環(huán)保設(shè)施運(yùn)行的因素都是不可忽視的。因此，掌握機(jī)組在深度調(diào)峰期間對(duì)環(huán)保設(shè)施的影響及對(duì)策是十分必要的。

2 深度調(diào)峰對(duì)脫硝系統(tǒng)的影響及對(duì)策

在機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐負(fù)荷的變化會(huì)引起煙氣量、煙氣溫度、煙氣流場(chǎng)以及煙氣組分的變化，從而改變SCR脫硝催化劑所處的煙氣環(huán)境。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)脫硝系統(tǒng)主要帶來(lái)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

2.1 煙氣溫度降低

煙氣溫度是影響SCR系統(tǒng)NOx脫除率的重要因素，SCR反應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度為300～400℃，最佳反應(yīng)溫度為350～370℃，但對(duì)于某個(gè)特定的裝置，其設(shè)計(jì)溫度范圍會(huì)窄一些，通常是按鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下的省煤器出口煙氣溫度范圍設(shè)計(jì)［1］。煙氣溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致催化劑活性成分損失，并增加脫硝裝置SO3轉(zhuǎn)化率。煙氣溫度過(guò)低會(huì)影響NH3與NOx的反應(yīng)活性，未與NOx完全反應(yīng)的NH3會(huì)與煙氣中的水蒸氣、SO3在一定條件下反應(yīng)生成NH4HSO4。液態(tài)下的NH4HSO4是一種具有極強(qiáng)腐蝕性的粘性物質(zhì)［2］，對(duì)下游設(shè)備造成腐蝕與堵塞，嚴(yán)重時(shí)影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1分別為300 MW亞臨界、600 MW超臨界、1 000 MW超超臨界機(jī)組省煤器出口溫度與負(fù)荷關(guān)系曲線。從圖1中可以看出，600 MW超臨界機(jī)組負(fù)荷低于50%時(shí)就存在脫硝入口溫度低，脫硝設(shè)備退出問(wèn)題［3］。

圖1 常規(guī)燃煤機(jī)組省煤器出口煙氣溫度與機(jī)組負(fù)荷之間的關(guān)系曲線

2.2 SCR反應(yīng)器入口流場(chǎng)改變

機(jī)組負(fù)荷的變化將引起磨機(jī)運(yùn)行組合方式、鍋爐配風(fēng)方式等調(diào)整，這也必將引起SCR反應(yīng)器入口流場(chǎng)的改變，如圖2、圖3所示，高、低負(fù)荷下SCR反應(yīng)器入口流場(chǎng)分布差異較大，流速場(chǎng)分布的均勻性及分布特點(diǎn)也明顯不同。但在SCR裝置設(shè)計(jì)之初，其入口煙道導(dǎo)流板及靜態(tài)混合器的布置方式與數(shù)量是在滿負(fù)荷工況基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙道處流場(chǎng)發(fā)生改變，反應(yīng)器入口導(dǎo)流板及靜態(tài)混合裝置所起到的效果欠佳。

圖2 300 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道流場(chǎng)分布

圖3 160 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道流場(chǎng)分布

2.3 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度場(chǎng)改變

深度調(diào)峰時(shí)間機(jī)組處于極低負(fù)荷運(yùn)行，為了保證燃燒需要加大風(fēng)量，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行氧量增加，鍋爐運(yùn)行氧量變化是NOx排放濃度的重要影響因素，氧量增加，鍋爐NOx排放濃度呈線性增加。鍋爐負(fù)荷也是NOx排放濃度的主要影響因素，其影響的程度取決于負(fù)荷和相應(yīng)負(fù)荷下的運(yùn)行氧量水平［4］。

圖4、圖5分別為不同鍋爐負(fù)荷、氧量工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況。可以看出，不同負(fù)荷工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度值以及分布規(guī)律存在較大差異。而AIG噴射系統(tǒng)各噴氨支管的閥門開(kāi)度往往在調(diào)試或優(yōu)化調(diào)整過(guò)程中，根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷工況下SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況進(jìn)行了有針對(duì)性的調(diào)整。在SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布情況發(fā)生較大改變時(shí)，SCR反應(yīng)器入口NH3／NOx摩爾比將出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致局部噴氨過(guò)量或噴氨不足，嚴(yán)重影響脫硝效率及氨逃逸率。

2.4 投油穩(wěn)燃對(duì)SCR催化劑的影響

圖4 300 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道NOx濃度場(chǎng)分布

圖5 160 MW工況下SCR反應(yīng)器入口煙道NOx濃度場(chǎng)分布

機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，原則上不投油燃燒或等離子系統(tǒng)，但在實(shí)際操作過(guò)程中，會(huì)根據(jù)燃燒狀況決定是否投油穩(wěn)燃或投入等離子系統(tǒng)，以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定。部分電廠在深度調(diào)峰期間每天會(huì)進(jìn)行一次油槍投入試驗(yàn)，以確保油槍可靠備用［5］。機(jī)組投油燃燒對(duì)SCR系統(tǒng)安全穩(wěn)定性影響較大，主要在于投入的燃油很難完全燃盡，未完全燃盡的燃油會(huì)隨煙氣流動(dòng)附著在脫硝催化劑表面，逐漸累積并黏滯吸附煙塵，造成催化劑堵塞及失活，脫硝效率下降，系統(tǒng)阻力增加，影響脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。更為嚴(yán)重的后果是催化劑長(zhǎng)期在極低負(fù)荷下粘附了油，當(dāng)機(jī)組恢復(fù)到正常負(fù)荷時(shí)催化劑表面附著的油污存在爆燃風(fēng)險(xiǎn)，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)將催化劑燒毀，南方某電廠脫硝系統(tǒng)已發(fā)生過(guò)類似情況造成機(jī)組非停。所以在鍋爐投油穩(wěn)燃時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)催化劑吹灰器吹掃頻率，將催化劑表面富集的未燃盡的碳及油污一并吹走。深度調(diào)峰時(shí)盡量避免鍋爐投油穩(wěn)燃，應(yīng)急投油穩(wěn)燃時(shí)應(yīng)注意調(diào)整鍋爐燃煤或燃油燃盡度。

3 深度調(diào)峰對(duì)除塵系統(tǒng)的影響及對(duì)策

目前，我國(guó)燃煤電廠除塵系統(tǒng)主要采用電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合除塵器三種形式。機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)的運(yùn)行工況對(duì)不同形式除塵器的影響不盡相同。

首先，就電除塵器而言，在機(jī)組不投油穩(wěn)燃運(yùn)行時(shí)，由于煙溫降低，粒子的荷電能力大幅提高，煙塵的比電阻減小，粒子的荷電能力大幅提高，且除塵器入口煙氣量降低，除塵器的實(shí)際比集塵面積增大，煙氣在除塵器內(nèi)停留時(shí)間變長(zhǎng)。綜合來(lái)看，會(huì)對(duì)除塵器造成有利的影響。而在機(jī)組低負(fù)荷投油穩(wěn)燃運(yùn)行工況下，油污伴隨飛灰一同進(jìn)入電除塵器。飛灰量遠(yuǎn)大于油污的量，雖然由于油污的存在飛灰粘性增加，但在一定的振打加速度下反而有利于極板上飛灰的成塊剝落，減少二次揚(yáng)塵［6］。值得注意的是，在投油穩(wěn)燃階段，電除塵器運(yùn)行應(yīng)按照合理的運(yùn)行方式適當(dāng)提高振打頻率、加大輸灰粒度，避免油污及飛灰粘附在極板、極線上，造成電暈線肥大和極板粉塵堆積，使工作電壓升高，導(dǎo)致除塵效率下降。

對(duì)于袋式除塵器而言，由于不同材質(zhì)濾袋對(duì)煙氣溫度的要求不同，在濾袋選型時(shí)需要考慮其最低的運(yùn)行溫度。為防止布袋酸結(jié)露造成腐蝕損壞，在機(jī)組處于深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，需要考慮除塵器入口煙氣溫度在露點(diǎn)溫度10～20℃以上運(yùn)行。同時(shí)也要考慮投油穩(wěn)燃時(shí)，未燃盡的油污會(huì)有一定量最終附著在布袋上，造成布袋微孔堵塞，長(zhǎng)期運(yùn)行除塵器壓差增大，除塵器效率大幅降低。機(jī)組正常啟停機(jī)過(guò)程中，會(huì)通過(guò)預(yù)涂灰減少油污的影響，而深度調(diào)峰的時(shí)間較長(zhǎng)，可通過(guò)加強(qiáng)布袋反吹來(lái)緩解此問(wèn)題。

4 深度調(diào)峰對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響及對(duì)策

機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，由于脫硫入口煙氣溫度、煙氣量都呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，對(duì)沒(méi)有煙氣換熱器（GGH）的脫硫系統(tǒng)，主要蒸發(fā)量是煙氣蒸發(fā)，所以在低負(fù)荷時(shí)煙氣帶水量就會(huì)減少，導(dǎo)致吸收塔液位升高。對(duì)此，最主要的方法減少除霧器沖洗次數(shù)，減少供漿量；其次檢查備用設(shè)備機(jī)封水要關(guān)閉，以減少系統(tǒng)進(jìn)水量；同時(shí)可以加大脫水系統(tǒng)運(yùn)行，加大廢水排放量。對(duì)有煙氣換熱器的脫硫系統(tǒng)，煙氣帶走水分少，所以高負(fù)荷低負(fù)荷對(duì)水平衡沒(méi)有太大影響。然而低負(fù)荷下的脫硫節(jié)能空間較大，建議通過(guò)調(diào)整循環(huán)泵組合方式進(jìn)一步運(yùn)行優(yōu)化，探索在不同工況下實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)節(jié)電降耗的最佳循環(huán)泵組合方式，在保證SO2達(dá)標(biāo)排放的前提下，可以有效降低脫硫系統(tǒng)廠用電率，實(shí)現(xiàn)FGD的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

研究表明［7］，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于投油穩(wěn)燃的狀態(tài)下，未燃盡的油污會(huì)有一部分被煙氣帶入脫硫塔，導(dǎo)致漿液中油污及其他雜質(zhì)含量增加，造成石灰石的掩蔽和致盲，最終會(huì)造成石灰石利用率降低，吸收塔漿液密度升高，石膏排放困難。另外，油污進(jìn)入吸收塔漿液后，在漿液表面形成油膜，引起漿液表面張力增加，從而使?jié){液表面起泡，并形成虛假液位，造成吸收塔溢流。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漿液倒灌原煙氣煙道，造成增壓風(fēng)機(jī)故障，脫硫退運(yùn)。在實(shí)際的運(yùn)行中，為了減少該方面的影響，需要采用加大石膏脫水與脫硫廢水排放，補(bǔ)充新鮮水逐步將吸收塔漿液進(jìn)行置換的運(yùn)行方式。

5 結(jié)論

機(jī)組處于深度調(diào)峰且不投油穩(wěn)燃的情況下，對(duì)于除塵器和脫硫系統(tǒng)的負(fù)面影響較小，但對(duì)于脫硝系統(tǒng)的影響較大，可以通過(guò)考慮脫硝寬負(fù)荷改造、AIG優(yōu)化調(diào)整等措施減少深度調(diào)峰對(duì)其的影響。機(jī)組不投油穩(wěn)燃，對(duì)環(huán)保設(shè)備的影響是可以預(yù)知且是可控的，然而在深度調(diào)峰投油穩(wěn)燃的運(yùn)行工況下，脫硝、除塵器、脫硫系統(tǒng)均存在較大影響及安全隱患，雖然可以通過(guò)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施和有效的防護(hù)手段以減少影響、降低風(fēng)險(xiǎn)，但各廠系統(tǒng)設(shè)備不同、運(yùn)行人員素質(zhì)存在差異，因此結(jié)果較難控制?？紤]到投油對(duì)環(huán)保設(shè)備的不利影響，建議在進(jìn)行機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，應(yīng)將最低負(fù)荷的目標(biāo)值及控制值設(shè)定在不需要投油穩(wěn)燃的狀態(tài)。

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Impact Analysis and Countermeasures on Coal Fired Units In?depth Peak Regulation of Environmental Protection Facilities

QU Litao，LI Chao，YU Honghai，WANG Dexin
（The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute，Shenyang，Liaoning 110179，China）

Affected by changes in the power structure and slowing demand growth and other factors，frequency，time，and depth of net extraordinary peak are increase in accordance with the dispatching order.Depth peak tests reliability and economy of operation，also in?fect stable operation of environmental protection facilities and discharge of pollutants.Low load conditions are analyzed in this paper，impact and countermeasures are elucidates by comparing the performance of environmental protection facilities.

coal?fired units；deep peak regulation；environmental protection facilities；influence

TM621

A

1004－7913（2016）10－0038－03

2016－07－27）

曲立濤（1982），碩士，工程師，從事火力發(fā)電廠技術(shù)服務(wù)、調(diào)試與試驗(yàn)研究工作。