陳樹科,余盛杰,薛森賢
(珠海金灣發(fā)電有限公司,廣東 珠?!?19050)
脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度控制策略
陳樹科,余盛杰,薛森賢
(珠海金灣發(fā)電有限公司,廣東 珠海519050)
摘要:針對(duì)火電機(jī)組“近零排放”要求,通過變氧量試驗(yàn)、分離燃盡風(fēng)(SOFA)風(fēng)門開度試驗(yàn)以及煤種試驗(yàn),掌握了影響脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的因素,提出了修改氧量控制函數(shù)、優(yōu)化SOFA風(fēng)門開度、合理搭配煤種等措施,可為同類機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整提供參考。
關(guān)鍵詞:脫硝裝置;NOx;氧量;分離燃盡風(fēng);煤種
1機(jī)組概況
珠海金灣發(fā)電有限公司鍋爐采用的是上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐。燃燒方式采用最新引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS),煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴,在主風(fēng)箱上部設(shè)有2 層緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)噴嘴,主風(fēng)箱最上層還布置有5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)(SOFA)噴嘴。機(jī)組脫硝采用高灰型選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝工藝,脫硝裝置的煙道及反應(yīng)器位于鍋爐高溫省煤器后低溫省煤器和空氣預(yù)熱器前,處理100%的煙氣量。
2控制脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的意義
2.1脫硝裝置效率的限制
噴氨控制基于固定出口NOx質(zhì)量濃度控制方式,采用了控制脫硝效率的方式(NOx的設(shè)定則依據(jù)入口NOx質(zhì)量濃度按脫硝效率進(jìn)行計(jì)算),主要考慮催化劑的性能[1]。按照“近零排放”的要求,機(jī)組NOx排放質(zhì)量濃度的小時(shí)平均值要求控制在50 mg/m3以內(nèi)。目前脫硝裝置的最高效率能達(dá)到85%,要達(dá)到“近零排放”標(biāo)準(zhǔn),脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度小時(shí)均值不能超過334 mg/m3。
2.2噴氨量過大可能會(huì)造成低溫省煤器和空氣預(yù)熱器堵塞
由于上述的噴氨控制邏輯,當(dāng)脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度過高時(shí),為了控制NOx排放質(zhì)量濃度,就必須噴入更多的氨,泄漏的氨也會(huì)相應(yīng)增加,存在堵塞低溫省煤器和空氣預(yù)熱器的風(fēng)險(xiǎn)。
2.3脫硝裝置反應(yīng)有一定的滯后
脫硝系統(tǒng)存在明顯的NOx反應(yīng)器催化劑反饋滯后和NOx分析儀響應(yīng)滯后問題。從煙氣到煙氣監(jiān)測(cè)(CEMS)儀表測(cè)量有一定的延時(shí),從噴氨到發(fā)生還原反應(yīng)有2 min的延時(shí),從SCR裝置出口NOx到煙囪排放NOx有1min的延時(shí)。脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度過高時(shí),由于一系列的延時(shí)作用,排放有可能超標(biāo)。
3脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度影響因素試驗(yàn)
在同一負(fù)荷、同一煤質(zhì)下,通過調(diào)整氧量、SOFA風(fēng)門開度及二次風(fēng)風(fēng)箱壓差來分析NOx變化趨勢(shì),找到其變化規(guī)律,在不同的煤質(zhì)下進(jìn)行驗(yàn)證。
3.1變氧量試驗(yàn)
在同一種煤質(zhì)下,以省煤器出口氧量為控制參數(shù),通過改變送風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉開度實(shí)現(xiàn)總風(fēng)量變化,以確定鍋爐的最佳過??諝庀禂?shù)。不同負(fù)荷下的變氧量試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1 不同負(fù)荷下的變氧量試驗(yàn)
從試驗(yàn)結(jié)果可知,在600 MW負(fù)荷段,省煤器出口氧從3.3%降至2.9%時(shí),NOx質(zhì)量濃度降低較為明顯。在400 MW負(fù)荷段,省煤器出口氧量從4.2%降至3.0%時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度逐漸降低,且降低較為明顯。在300 MW負(fù)荷段,省煤器出口氧量從6.6%降至4.6%時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度降幅較大。
表1 600 MW負(fù)荷,氧量2.8%,改變SOFA風(fēng)門開度,A/B側(cè)NOx變化情況
表2 400 MW負(fù)荷,氧量4.0%,改變SOFA風(fēng)門開度,A/B側(cè)NOx變化情況
表3 300 MW負(fù)荷,氧量5.3%,改變SOFA風(fēng)門開度,A/B側(cè)NOx變化情況
3.2SOFA 風(fēng)門開度試驗(yàn)
氧量一定,在原有函數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)SOFA1~SOFA5 進(jìn)行一定的偏置,改變SOFA 風(fēng)門開度,二次風(fēng)風(fēng)箱和爐膛的壓差按原有函數(shù)不做任何偏置。通過SOFA風(fēng)門開度的變化,掌握SOFA 風(fēng)門開度對(duì)NOx排放質(zhì)量濃度的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表1~3。
從表1可以看出,隨著SOFA4 和SOFA5開度的增加,NOx質(zhì)量濃度逐漸降低,當(dāng)SOFA4 加40%偏置,SOFA5 加30%偏置時(shí),A,B側(cè)NOx質(zhì)量濃度最低為165,175 mg/m3。隨著SOFA風(fēng)門開度的增大,在爐膛壓差不變的情況下,輔助二次風(fēng)及偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)風(fēng)門開度變小,周界風(fēng)風(fēng)門開度不變,相當(dāng)于流經(jīng)爐膛主燃燒器區(qū)域的風(fēng)量減小,爐膛上部風(fēng)量增加,爐膛主燃燒器區(qū)域風(fēng)量增大,降低NOx質(zhì)量濃度效果較為明顯。
從表2可以看出,通過增加SOFA2和SOFA3開度,對(duì)降低NOx質(zhì)量濃度效果不明顯,而通過增SOFA4和SOFA5開度則效果較好。
從表3可以看出,通過增大SOFA4和SOFA5開度可以將NOx質(zhì)量濃度降低70 mg/m3左右,效果明顯。
3.3二次風(fēng)箱與爐膛差壓對(duì)NOx排放的影響
爐膛與大風(fēng)箱壓差變化對(duì)NOx排放的影響較小,在5%以內(nèi)。在SOFA,CCOFA 及周界風(fēng)開度不變的情況下,爐膛與大風(fēng)箱壓差變化,主要改變了輔助風(fēng)風(fēng)門的開度,影響了主燃燒區(qū)域二次風(fēng)風(fēng)量分配和上部燃盡風(fēng)區(qū)域風(fēng)量分配。壓差增大,上部燃盡風(fēng)風(fēng)量增大,NOx排放質(zhì)量濃度會(huì)降低,但效果有限。
3.4不同煤種對(duì)NOx排放的影響
煤燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要為燃料型NOx,由于燃料型NOx的生成和控制十分復(fù)雜,因而影響NOx生成的因素很多,主要包括煤的揮發(fā)分、灰分、氮含量及水分等。
從表4可以看出,煤種1水分低、灰分高、揮發(fā)分相對(duì)較高且其氮含量也較高,該煤種收到基氧/收到基氮比值最低。實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果顯示,在各負(fù)荷段下,該煤種NOx排放質(zhì)量濃度均最高,可以初步判斷煤的成分對(duì)NOx排放影響較為明顯。
試驗(yàn)結(jié)果顯示,各煤種的NOx排放質(zhì)量濃度從高到低分別為:煤種1>煤種2>煤種6>煤種5>煤種4。
4降低脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的方法
4.1優(yōu)化省煤器出口氧量設(shè)定
從變氧量試驗(yàn)可知,氧量對(duì)NOx的生成影響是非常大的。在300 MW 低負(fù)荷下,省煤器出口氧為6.6%時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度達(dá)到340 mg/m3,當(dāng)氧量降至4.6%時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度降至230 mg/m3,降低了110 mg/m3,效果明顯。在600 MW負(fù)荷下,省煤器出口氧量從3.3%降至2.9%時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度降低較為明顯,隨著省煤器出口氧量的進(jìn)一步降低,NOx變化趨勢(shì)較為平緩,NOx排放質(zhì)量濃度降低不明顯,而且氧量過低會(huì)影響燃燒安全。合理的氧量設(shè)定對(duì)降低NOx排放質(zhì)量濃度是有效的。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)原有的氧量函數(shù)進(jìn)行修改,得出了新的氧量控制函數(shù)。從表5可以看出,同一負(fù)荷下,新的氧量有不同程度的下降。
4.2優(yōu)化SOFA 風(fēng)門開度
從SOFA 風(fēng)門開度試驗(yàn)結(jié)果可知(見表6),SOFA1~SOFA3開度對(duì)降低NOx質(zhì)量濃度效果不明顯,而增大SOFA4,SOFA5開度則效果較好,這是由于SOFA1~SOFA3風(fēng)門開度本身比較大,而SOFA4,SOFA5原開度較小。SOFA4,SOFA5風(fēng)量的增大,降低了主燃燒器區(qū)域氧量,有利于高度方向的燃燒分級(jí),故可明顯降低NOx的生成。
表4 試驗(yàn)煤種特性
表5 優(yōu)化前、后的氧量設(shè)定
表6 優(yōu)化后的SOFA風(fēng)門開度
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,SOFA1~SOFA3開度不做修改,根據(jù)不同負(fù)荷,在原有函數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)SOFA4,SOFA5的開度進(jìn)行了不同程度的偏置,運(yùn)行效果良好。
4.3合理搭配煤種
從試驗(yàn)結(jié)果看,NOx排放質(zhì)量濃度和煤中N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比,即煤中N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,NOx排放質(zhì)量濃度也越高。當(dāng)然和煤種灰分也有一定的關(guān)聯(lián)性,即煤中灰的質(zhì)量百分比越高其NOx排放質(zhì)量濃度也越高。對(duì)于低水分、高灰分的煤種,其NOx排放質(zhì)量濃度較高。收到基碳與干燥無灰基揮發(fā)分之比增大時(shí),NOx排放質(zhì)量濃度呈降低的趨勢(shì)。通過觀察總結(jié),找到合適的配煤比例及燃燒組合,可以降低脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度。
5結(jié)束語
通過優(yōu)化省煤器出口氧量設(shè)定、SOFA 風(fēng)門開度并合理搭配煤種,是可以控制脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度的。脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度降低,減輕了脫硝裝置運(yùn)行壓力,延長了設(shè)備壽命;同時(shí),減少了噴氨量,降低了運(yùn)行成本,提高了經(jīng)濟(jì)性。
參考文獻(xiàn):
[1]毛奕升.煙氣脫硝噴氨自動(dòng)控制回路的優(yōu)化[J].華電技術(shù),2014,36(8):65-67.
(本文責(zé)編:劉芳)
收稿日期:2015-09-24;修回日期:2016-04-11
中圖分類號(hào):X 701
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號(hào):1674-1951(2016)04-0051-03
作者簡介:
陳樹科(1984—),男,廣東廉江人,集控運(yùn)行主值,助理工程師,從事電廠運(yùn)行工作(E-mail:csk198426@126.com)。