燃機(jī)啟停過程中NOx排放控制的探討與應(yīng)用

梁建瑞，步宇航，任帥

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?100000）

燃機(jī)啟停過程中NOx排放控制的探討與應(yīng)用

梁建瑞，步宇航，任帥

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?100000）

隨著氮氧化物（NOx）對(duì)環(huán)境影響的日益嚴(yán)重，控制火力發(fā)電廠NOx排放越來越受到重視。燃煤、燃?xì)怆姀S作為火力發(fā)電廠屬于氮氧化物排放大戶，脫硝是減少氮氧化物排放的主要手段，而燃?xì)怆姀S作為調(diào)峰機(jī)組，面臨著機(jī)組的頻繁啟停，如何控制NOx在機(jī)組啟動(dòng)與停止過程中NOx排放處于環(huán)保要求范圍內(nèi)，達(dá)到全方位、全時(shí)段控制成為現(xiàn)階段燃?xì)怆姀S面臨的一個(gè)主要問題。

燃?xì)怆姀S；氮氧化物（NOx）；全時(shí)段；脫硝

據(jù)北京市2015年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)。2015年氮氧化物排放137627噸，其中工業(yè)氮氧化物排放26864噸，城鎮(zhèn)生活氮氧化物排放19143噸，機(jī)動(dòng)車氮氧化物排放66791噸，非道路移動(dòng)源氮氧化物排放24600噸，二氧化硫排放71172噸，其中工業(yè)二氧化硫排放22070噸，城鎮(zhèn)生活二氧化硫排放49064噸，集中式處理設(shè)施（不含污水廠）二氧化硫排放38噸，粉塵排放12987噸，其中工業(yè)粉塵排放33978噸，機(jī)動(dòng)車煙塵排放2387噸，集中式處理設(shè)施（不含污水廠）二氧化硫排放35噸。

燃煤、燃?xì)怆姀S作為火力發(fā)電廠屬于氮氧化物排放大戶，嚴(yán)格控制氮氧化物（NOx）排放是主要的任務(wù)，而燃?xì)怆姀S作為調(diào)峰機(jī)組，為了滿足電網(wǎng)不同時(shí)刻、不同階段的需求，頻繁啟停成為現(xiàn)階段的一種常態(tài)。燃?xì)怆姀S在機(jī)組啟動(dòng)與停機(jī)過程中由于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒方式的改變導(dǎo)致氮氧化物（NOx）排放超過環(huán)保指標(biāo)（小于30mg/Nm3）要求，因此通過某種方式，保證氮氧化物（NOx）排放在燃?xì)廨啓C(jī)啟停過程中達(dá)到環(huán)保要求，是燃?xì)怆姀S現(xiàn)階段面臨的一個(gè)主要問題?，F(xiàn)針對(duì)北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰救細(xì)狻羝?lián)合機(jī)組啟停機(jī)過程中，氮氧化物（NOx）排放進(jìn)行探討與分析。

1 概述

北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰驹诒本┦胁絽^(qū)未來科技城區(qū)域建設(shè)1套255MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，包括1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)、2臺(tái)發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)無補(bǔ)燃雙壓余熱鍋爐及輔助設(shè)備。

余熱鍋爐為雙壓（高壓蒸汽作為汽機(jī)主蒸汽，低壓蒸汽作為汽輪機(jī)補(bǔ)汽）、無補(bǔ)燃、臥式、緊身封閉、自然循環(huán)燃機(jī)余熱鍋爐，余熱鍋爐設(shè)脫硝裝置。

鍋爐型號(hào)：UG-SCC5-2000E-R

制造商：無錫華光鍋爐股份有限公司（無錫鍋爐廠）

配套燃機(jī)：SGT5-2000E（V94.2）

制造商：上海電氣—西門子

SCR脫硝系統(tǒng)組成包括氨水儲(chǔ)罐，氨氣吸收罐，氨水卸料泵等氨水儲(chǔ)存系統(tǒng)和由兩臺(tái)法國風(fēng)力嘉稀釋風(fēng)機(jī)、氨水蒸發(fā)器、噴氨格柵的蒸發(fā)系統(tǒng)、催化劑層、氨水計(jì)量系統(tǒng)、保安系統(tǒng)組成。煙氣從燃?xì)廨啓C(jī)排出，經(jīng)進(jìn)口煙道進(jìn)入過渡煙道，然后進(jìn)入鍋爐本體，依次水平橫向通過高壓過熱器模塊、高壓蒸發(fā)器模塊、SCR脫硝模塊、高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器模塊、低壓省煤器模塊，最后經(jīng)出口煙道及煙囪排出。

2 正常停機(jī)過程中我們可以通過如下曲線進(jìn)行分析

北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?55MW燃?xì)狻羝?lián)合機(jī)組停機(jī)過程中，燃機(jī)燃燒模式由預(yù)混切為擴(kuò)散模式后，NOx排放量升高，不能達(dá)到環(huán)保要求。為保證NOx排放量小于30mg/Nm3，通過對(duì)啟停機(jī)過程中氨水流量的進(jìn)行調(diào)節(jié)，以符合環(huán)保排放要求。圖1是燃?xì)廨啓C(jī)正常停機(jī)操作的曲線圖。

通過圖1我們可知在正常停機(jī)期間，燃機(jī)由預(yù)混切至擴(kuò)撒燃燒時(shí)，NOx排放量明顯升高，且超過環(huán)保指標(biāo)（30mg/Nm3）要求。此階段NOx濃度超標(biāo)的時(shí)間大約為30分鐘，NOx濃度最高值約為98mg/Nm3。由此可知正常情況下在啟停過程中NOx的排放是超標(biāo)的。

為了解決上述問題，我們進(jìn)行了停機(jī)過程中采用加大氨水流量來控制NOx的排放，以達(dá)到在停機(jī)過程中確保NOx的排放不超標(biāo)。試驗(yàn)過程如下。

2017年1月25日接電網(wǎng)調(diào)令，機(jī)組停運(yùn)。19:31燃機(jī)負(fù)荷66MW，燃燒模式由預(yù)混模式切到擴(kuò)散模式，19:32燃機(jī)NOx排放量由7.9 mg/Nm3快速升高，隨著NOx排放量的快速升高，逐漸增加氨水管路調(diào)節(jié)門開度，由20%增加至53%，氨水流量由51kg/h增加到147kg/h，19:38 NOx排放量降至92mg/Nm3。為達(dá)到環(huán)保指標(biāo)NOx排放小于30mg/Nm3要求，繼續(xù)增加氨水調(diào)節(jié)門開度（見表1），19:56氨水管路調(diào)節(jié)門開度達(dá)到81.3%，氨水流量調(diào)節(jié)到280.66kg/h,此時(shí) NOx排放量降至27.86 mg/Nm3。達(dá)到北京市環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 正常停機(jī)1小時(shí)曲線圖

表1 試驗(yàn)期間脫硝系統(tǒng)參數(shù)及NOx排放量

圖2為本次停機(jī)實(shí)驗(yàn)1小時(shí)曲線圖,由曲線可知，在試驗(yàn)期間，通過增加脫硝系統(tǒng)氨水噴入量，使得NOx排放超標(biāo)的排放值及排放時(shí)間均有明顯的下降。從19:32～19:56調(diào)節(jié)過程總計(jì)用時(shí)24分鐘。因此為了很好的控制停機(jī)過程中NOx排放指標(biāo)，在燃燒模式切換后可以快速增加氨水調(diào)節(jié)門開度，使NOx迅速排放達(dá)標(biāo)。

圖2 試驗(yàn)期間停機(jī)1小時(shí)曲線圖

3 結(jié)語

通過本次試驗(yàn)可以確定燃機(jī)在啟停機(jī)過程中，及時(shí)提前調(diào)整氨水流量，在燃機(jī)啟停過程中，NOx排放量是可以全時(shí)段控制在環(huán)保要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的,對(duì)于頻繁啟停的機(jī)組，意義重大。

[1]固定式燃?xì)廨啓C(jī)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn). DB11/847.

[2]北京市環(huán)保局.2015年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào).

[3]SCHEIBELJ.Combustionturbineexperienceandintelligencereport20 05[R].EPRI,1010415.

[4]黃素華，陳昱，陸靜等.干式低NOx燃燒器火焰穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)探討[J].華東電力,2011，39（9）:1533-1537.

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