（国电榆次热电有限公司 山西榆次 030600）
摘要：针对某330MW火电厂SCR脱硝系统和低氮燃烧器系统运行存在的问题，对其进行原因分析、制定解决防范措施及优化调整，最终达到脱硝系统安全可靠运行和NOx排放达标。
关键词：低氮燃烧器；SCR脱硝系统；NOx；优化调整
0引言
NOx是最主要的大气污染物之一，会对人体健康和生态环境造成严重的危害。降低和抑制NOx的排放是控制大气污染物的主要任务之一。[1]火电厂锅炉烟气排放物中含有大量的NOx，是大气污染物中氮氧化合物的主要来源，故降低和抑制火电厂NOx的排放是防治大气污染物的关键。[2]为了响应国家号召，保护生态环境降低NOx的排放量，火电厂纷纷进行超低排放改造。目前，锅炉进行低氮燃烧器改造、炉后加装SCR脱硝系统在国内得到了广泛应用。
1电厂概况
国电榆次热电有限公司一期工程为2台330MW机组，锅炉为东方锅炉股份有限公司生产制造的DG1164/17.5-π12型，亚临界、一次再热、自然循环汽包炉。为了响应国家节能环保政策，该公司分别于2012年、2013年对2台锅炉燃烧器进行低氮改造，并在锅炉尾部匹配烟气脱硝改造，以实现NOx超低排放。锅炉尾部烟气脱硝采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置。
2 SCR系统运行存在的问题和原因分析及解决措施
经过超低排放改造后，低氮燃烧器系统和SCR系统运行状况总体稳定，但也存在一系列问题。
2.1 供氨流量波动
2014年期间，运行人员多次发现SCR反应区两侧喷氨流量存在大幅波动现象，氨逃逸率大且SCR反应区出口NOx量随之波动并难以控制，情况严重时造成喷氨量太大引起脱硝系统跳闸。初步原因分析可能是氨供应流量调节阀异常，但解体后调节阀并未发现任何问题，只是发现供氨管路有积水现象，将积水排净后系统恢复正常。但运行不久又出现供氨流量波动，再次检查又发现供氨管路存有积水。最终经过逐一排查，分析得出供氨管路积水来源于液氨。采取严把液氨质量关、防止液氨带水、定期倒换液氮蒸发器和氨罐定期放水等措施彻底解决了供氨流量波动大的问题。
2.2 供氨管路堵塞
2015年，1号炉A侧SCR反应区喷氨量不足，即使将供氨调门大开也无法满足高负荷下的喷氨要求。[3]初步诊断为供氨调门卡涩，将其解体后并未见发现异常，最终经过排查发现供氨流量计两端被脏污堵塞严重，清洗后重新安装投运，喷氨量恢复正常。之后又曾在供氨手动截止阀后发现脏污堵塞现象。由此推断，整天供氨管路变截面处都可能存在被脏污物付着而引起供氨管路堵塞。采取每次检修期间对整条供氨管路进行吹扫冲洗，再未发生供氨管路堵塞现象。
2.3 稀释风管堵塞
随着运行小时的增加，两台炉A、B侧稀释风量呈现逐渐下降的趋势，单侧稀释风量由3000m3/h逐渐下降至2300m3/h，严重时备用稀释风机联锁启动。将稀释器解体后发现有大量灰垢附着在稀释器波纹板内壁上，将其清理后稀释风量恢复至正常水平。炉膛正压时灰尘进入稀释器，与氨中水分混合后附着在稀释器上。采取措施：稀释风机在引风机启动前启动，在引风机停止后停止；机组检修期间对稀释器清理。
2.4 涡流混合器积灰堵塞喷氨分支管
2015年临近冬季长周期供热结束期，两台炉均出现SCR反应区出口NOx与脱硫出口NOx偏差大且难以调整的问题，经过测量，出口NOx严重分布不均，通过任何调整都无法解决。检修期间打开烟道人孔发现，5个涡流混合器圆盘不同程度积灰，最严重的已将供氨管出口完全淹没堵死。将其全部清理后，机组启动后调节正常。采取措施：将涡流混合器角度调整，背部支撑筋板修整，减小灰粒附着的可能性。
2.5 空预器堵塞问题
脱硝系统的长期投运导致两台炉空预器阻力增加明显，尤其进入冬季以来阻力上升很快。最大阻力可较设计值增加1000~1500Pa。采取措施：根据硫酸氢铵生成机理提出了通过节流二次风挡板提高单侧排烟温度至160℃进行连续吹灰的方法来降低空预器阻力的方案，如图1，提高排烟温度连续对空预器吹灰，A侧空预器阻力由1.59Ppa降低到1.25kPa，B侧空预器阻力由1.79kPa降低到1.29kPa，效果非常显著。并制定了不同负荷下空预器阻力的基准值，通过定期对空预器采取提高排烟温度预防性防堵吹灰措施，可以有效缓减空预器堵塞问题。
图1 提高排烟温度后空预器阻力下降情况
Fig. 1 the drag reduction of air preheater after raising the exhaust gas temperature
3优化运行调整
3.1 喷氨量优化
通过理论耗氨量计算发现，我厂两台炉运行中实际喷氨量比理论喷氨量大。为了降低实际喷氨量，降低脱硝系统运行成本，需对氨喷射系统进行优化。方法为通过调整氨喷射系统各分支管手动调节阀开度，使各分支流量均衡，确保氨与空气混合物喷入烟道后与烟气充分混合，达到烟气中的NH3/NO均匀分布的最佳混合效果（以1号炉为例）。
（1）#1炉喷氨支管手动阀调整前数据见表1和表2（时间：2014年2月20日10:00至12:00，锅炉负荷：241MW）：
表1 调整前喷氨支管开度
通过对#1炉氨喷射系统各分支管开度进行优化调整， 脱硝系统正常投运时，氨与烟气中的NOx混合均匀效果应比调整前有了明显改善，表现在以下几个方面：
（1）反应器出口性能测试孔测点侧调整后测量数值基本平均。
（2）脱硝反应器两侧的喷氨量与理论数值较接近
（3）脱硝反应器两侧出口NOx数值与脱硫侧基本接近。
（4）1-1侧喷氨量由56kg/h下降到38kg/h，1-2侧喷氨量由47.5下降到37g/h，#1炉两侧喷氨量大幅降低，大大节约氨用量。
3.2降低燃烧温度防止局部高温
理论研究表明，当燃烧温度Tmax在1500K以下时，NOx中以燃料型NOx为主，随着Tmax的增加，热力型NOx所占比例不断增加，NOx排放量随之上升。为了实现低氮燃烧器改造效果的最大化，运行中不断摸索经验，采取一系列燃烧调整方法促使炉膛火焰拉长，以达到降低火焰中心温度的目的。如图2，炉膛温度随着负荷的升高而升高，高负荷时由于燃尽区温度较高，NOx浓度显著上升。因此，在高负荷阶段，尽可能多投燃烧器，使每层燃烧器出粉均匀，防止煤粉集中燃烧导致炉膛温度局部高温。此外，根据减温水量变化进行炉膛吹灰，并定期检查炉膛及大屏区域沾灰情况，发现有结渣现象及时加强该区域吹灰。保证任何情况下，炉膛温度均处在正常水平范围，有效的减少NOx的生成量。
图2 炉膛温度与负荷的关系
Fig.2 the relationship between furnace temperature and units load
3.3降低过量空气系数优化配风方式
燃烧过程中低过量空气系数对热力型NOx和燃料型NOx的产生起着一定的控制作用，但过低的过剩空气系数会导致不完全燃烧损失增大，锅炉燃烧效率降低。为了从源头上控制脱硝反应区入口NOx的含量，采取牺牲一定经济性来保证低NOx的生成量。通过一系列燃烧试验，将过剩空气系数控制在3.5以内。同时，对锅炉配风方式进行优化，采取底部缺氧，上部富氧的配风方式，优化后的配风方式见图3。
图4 优化后的NOx排放
Fig.4 the NOx emission after the optimization
总之，采取降低燃烧温度防止局部高温和降低过量空气系数优化配风方式等措施后，锅炉飞灰、炉渣含碳量一定程度上有所上升，使锅炉燃烧效率下降，但脱硝入口NOx显著降低。为满足NOx达标排放提供了有利条件。如图4，在负荷为330MW附近时，燃用挥发份在15%左右的贫煤，SCR反应区入口NOx排放量可以控制在450mg/Nm3以内，NOx排放低于《火电厂大气污染物排放标准》GB-13223-2011规定的100 mg/Nm3，NOx排放达标。
4结论
经过对超低排放改造后， 首先对SCR脱硝系统运行中存在的问题进行了原因分析并提出解决防范措施，保证SCR脱硝系统安全稳定运行；其次针对实际喷氨量大的问题，对喷氨系统进行优化调整，使SCR脱硝系统的实际喷氨量大大降低，接近于理论喷氨量；最后按照“降低炉温、分级送风”主体思路，通过降低燃烧温度防止局部高温和降低过量空气系数优化配风方式降低SCR反应区入口NOx排放量，使NOx排放达标。
参考文献：
[1] 陆建伟，曹志勇，李辉. 燃煤机组烟气脱硝设施建设和运行情况及存在问题浅析[J]. 电力科技与环保，2013,29（5）：4~7.
[2] 王昊. 影响火电厂烟气脱硝效率的主要因素研究[J]. 内燃机与配件，2017,9（69）：125~126.
[3] 贺栋红.火电厂SCR脱硝系统氨管道污堵治理及优化控制[J].中国电力，2016,49（6）：161~165.
作者简介：
曹保生（1985-），男，大学本科，工程师，主要从事火电厂集控运行。
论文作者:曹保生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/18
标签：系统论文; 火电厂论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 温度论文; 管路论文; 烟气论文; 《电力设备》2018年第30期论文;