300 MW机组超低排放脱硝喷氨经济运行优化研究

刘建航，盛喜兵，刘学书，杨文超

（国电菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

0 引言

根据国家节能减排工作要求，国电菏泽发电公司4号机组实施超低排放改造后，在NOx排放浓度降低的同时，仍存在SCR反应器入口NOx含量高、喷氨量大、氨逃逸率较高、空预器积灰堵塞趋势加重的问题，直接影响机组的安全经济性［1］。针对出现的问题，通过分析、试验、研究，进一步调整优化配风方式和设备运行参数，在没有改造低氮燃烧器的情况下，将锅炉出口NOx排放指标控制在100 mg/m3以下，达到了环保要求。同时，降低了SCR装置的喷氨量，降低了氨逃逸浓度，减轻了脱硝系统引起空预器堵塞问题，提高了机组的安全环保运行水平，经济效益明显得到提升。

国电菏泽发电公司二期2台300 MW机组锅炉为亚临界、一次中间再热、自然循环加内螺纹管、单炉膛、全悬吊、平衡通风、W型火焰、露天布置、固态排渣燃煤汽包炉，布置六台给煤机，炉后尾部标高12.42 m，布置2台三分仓回转式空气预热器。

机组脱硝系统采用选择性催化还原SCR（Selective Catalytic Reduction，简称 SCR）工艺［2］，采用“高灰型布置方式”（即布置在锅炉省煤器和空预器之间），每炉设两个SCR反应器。催化剂选用蜂窝式，层数按3+1模式设置，最下层为预留层。初装三层催化剂时，按照满负荷处理100%烟气量，SCR入口NOx质量浓度为1 200 mg/m3。锅炉在正常负荷范围内，脱硝效率不低于85%，在催化剂质量保证期满之前，脱硝效率大于83.4%，且NOx排放质量浓度不超过200 mg/m3。2期2台机组与三期机组共用1套还原剂储存与供应系统，采用液氨法制备脱硝还原剂。

1 设备改造情况

机组锅炉系统采用“W”型火焰燃烧方式［3］，在炉膛前后火拱上分3排布置24组一次风煤粉燃烧器（又叫狭缝式燃烧器），二次风与一次风喷口间隔布置，三次风从下部炉膛前后炉墙的底部进入炉膛（每侧墙有3个三次风道），乏气风在靠下方前后炉墙侧注入。每2组燃烧器配1只油枪，每只油枪配备1只电火花点火器，共配置12只点火油枪，其二、三次风系统如图1所示。

图1 锅炉二、三次风系统

为降低煤粉气流着火热，一次风粉在进入燃烧器前先经过旋风筒式分离器进行煤粉浓缩分离，浓相气流进入炉膛外侧的煤粉喷嘴，淡相气流进入炉膛内侧的乏气喷嘴。每组燃烧器内一、二次风喷口间隔布置，在炉内一、二次风以直流方式垂直下射进入炉膛，形成“W”形大回流长火焰燃烧方式，如图2所示。

在原有喷燃器型式未改变的情况下，通过对部分二次风喷口进行封堵，以减少拱上二次风区域淡粉侧送风量（将每组第四个二次风喷口宽度由84 mm封堵至30 mm）。在减少淡粉侧二次风量的同时，为增强两侧煤粉喷燃器根部卷吸热烟气能力，提高稳燃性能。将两侧二次风喷口进行部分封堵，通过降低燃烧器浓粉区域过量空气，使煤粉进入炉膛时形成富燃料区。

图2 “W”型火焰燃烧图 单位：mm

图3 两侧二次风喷口改造示意

通过调整4号炉各风门挡板将送风机送入的风量转移到三次风和底部风区域，使低氧燃烧的煤粉气流得以进一步燃尽，达到降低NOx生成的目的［4］。

2 试验分析

在煤质稳定的情况下，对4号锅炉各风门挡板（图1）开度进行了调整：1）在兼顾各喷燃器风量平衡的情况下，将各二次风调节挡板（CD7104，控制二、三次风总风量）开度由70%调整到50%左右，以控制燃烧器区域总风量。2）将各二次风挡板（MD7105）开度由90%～100%调整到55%左右。3）将各三次风挡板（MD7106）开度由35%逐渐调整到75%左右。4）在保证锅炉燃烧稳定和再热汽温水平的前提下，将底部风调节挡板开度由30%调整到60%左右。

在不同负荷下，对4号炉的煤粉进行化验，分析煤粉挥发分对NOx生成量的影响，结果见表1。绘制曲线如图4所示。

表1 取粉样记录

图4 燃煤挥发分与NOx关系曲线

3 改进措施

通过对试验期间燃煤挥发分与SCR入口含量关系的曲线进行分析，发现当燃煤挥发分Vdaf低于18%时，NOx生成量会急剧升高。当燃煤挥发分保持在20%～25%之间时，SCR入口NOx质量浓度基本可以保持在 750～850 mg/m3之间［5］。

经过多次调节优化机组运行方式，得到以下改进措施，可以降低脱销喷氨量，提高其燃烧稳定性。

1）适当提高入炉煤的挥发分（控制Vdaf在17%～20%内），使煤粉进入炉膛时着火加快，先消耗一定量的氧气，达到降低燃料型NOx生成的效果。

2）通过调整4号炉各风门挡板将送风机送入的风量转移到三次风和底部风区域，使低氧燃烧的煤粉气流得以进一步燃尽，达到降低NOx生成的目的。将各二次风挡板开度由75%调整到55%左右，将各三次风挡板由开度35%逐渐调整到75%左右。

3）控制入炉煤硫分，减少硫酸氢氨的生成物，消除或减少脱硝系统引起空预器堵塞的可能性。

4）加强空预器吹灰频率，并及时进行空预器清理工作。由于一旦发生硫酸氢氨沉积，空预器堵塞发展较快，充分利用停炉机会检查空预器堵塞情况，将空预器传热元件清理干净。

5）维持暖风器投运，控制空预器入口风温两侧均不低于30℃，防止低温腐蚀的发生。

4 效益分析

通过对机组进行调整优化试验，对各种参数变化规律分析和数据统计。

2016年10月份4号机组发电量为17 025.38万kWh，月液氨消耗量为134.2 t，平均液氨消耗量7.88 kg/（万kWh）；2017年 10月份 4号机组发电量为16 219.98万kWh，月液氨消耗量为113.7 t，平均液氨消耗量 7.0 kg/（万kWh）。

经分析可知：脱硝效率比去年同期升高9.21%，脱硝反应器入口平均NOx质量浓度较去年同期降低约 89 mg/m3。

产生的经济效益：4号机组在2017年10月比去年同期节约液氨消耗量为液氨0.88 kg/（万kWh），此后按全年发电量150 000万kWh计算，全年将节约液氨量 132 t；液氨价格按3 000元/t计算：全年共可节省资金39.6万元。

5 结语

机组在超低排放改造后，通过调整优化配风方式和设备运行参数，NOx减排效果和经济效益显著，节能环保水平得到提高，对改善区域环境空气质量意义重大。