摘要：W火焰锅炉的结构特殊，带来了烟气中氮氧化物浓度过高的问题。随着环保要求的日益严格，稍有不慎就会造成排放超标。本文从分析氮氧化物超标的原因入手，根据不同的情形采取相应的对策，从而保证锅炉达标排放。
关键词：W火焰；锅炉；氮氧化物；超标
一、锅炉脱硝系统简介：
某厂锅炉由美国福斯特•惠勒能源公司（FWEC）制造，其类型为亚临界、一次中间再热、双拱型单炉膛W型火焰、平衡通风、固态排渣、露天布置、自然循环汽包型燃煤锅炉。锅炉烟气脱硝系统采用选择性非催化还原（SNCR）+选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺。SNCR脱硝系统布置在炉膛上部屏式过热器区域，在炉膛850~1100℃这一狭窄的温度范围内，均匀地喷入尿素溶液，尿素分解后可选择性地还原烟气中的NOx，生成N2和H2O。SNCR系统较为简单，不受机组燃料和负荷变化的影响，喷枪分六层布置（前墙四层，后墙两层），共54支。SCR脱硝系统布置在空预器入口，催化剂为3+1层布置，喷入反应器的气体为经空气稀释后氨气，将烟气中NOx还原成N2和H2O。
二、锅炉烟气NOx的产生机理
目前锅炉燃烧产生的NOx主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），其中NO占90%，NO2占5%～10%，因此，燃煤电厂NOx的排放量主要取决于NO。燃烧过程中所产生的NOx量与煤炭燃烧方式、燃烧温度、过量空气系数和烟气在炉内停留时间等因素密切相关，煤炭燃烧产生NOx的主要机理有以下三个方面。
1.热力型NOx
热力型NOx是由空气中氮在高温条件下氧化而成，生成量的多少主要取决于温度，NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1350℃时，几乎不生成热力型NOx，随着反应温度的升高，其反应速率按指数规律增加，当温度大于1500℃时，每增加100℃，反应速率增大6～7倍。随着O2浓度和温度的增高，NOx生成量存在一个最大值。因此，尽量避免出现氧浓度峰值和温度峰值是减少热力型NOx生成的有效措施。
2.燃料型NOx
燃料型NOx是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解再氧化而生成的，燃料型NOx的生成量与火焰附近氧浓度密切相关，通常在过量空气系数小于1.4的条件下，转化率随着O2浓度上升而呈二次方曲线增大，这与热力型NOx不同，燃料型NOx生成过程的温度水平较低，且在初始阶段，温度影响明显，而在高于1400℃之后，即趋于稳定。燃料型NOx的生成量与不同的燃料和锅炉运行方式关系密切，其占锅炉排放总量的60%～80%。
3.快速型NOx
碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx，其转化率取决于过程中空气过剩条件和温度水平。
4.燃烧过程中NOx的生成比例
在燃烧温度低于1400℃时，烟气中NOx绝大多数是属于燃料型的NOx，大于1400℃时，热力型NOx快速增多。
三、W火焰锅炉烟气NOx的控制方法
1.配煤掺烧
W火焰锅炉原设计煤种为无烟煤，其挥发分很低（只有8%左右），着火困难，着火点远离燃烧器喷口，导致燃烧温度最高的区域在拱下F层二次风喷口处（拱下有三层送风，分别是D、E、F，F层占拱下风的65%左右），热力型NOx快速增多，烟气中NOx浓度高达1600mg/Nm3。通过无烟煤和烟煤配煤掺烧，使挥发分达到18%左右，这样燃烧器着火点提前，燃烧温度最高的区域变为D、E层二次风喷口处。通过关小D、E层二次风挡板，开大F层二次风挡板，实现了分级送风，避免了氧浓度峰值和温度峰值同时出现，有效的减小了热力型NOx的生成，使烟气中NOx浓度减小至900mg/Nm3左右。
2.SNCR系统+SCR系统
超低排放要求烟气中NOx浓度小于50mg/Nm3，若单纯使用SCR系统，将使SCR的脱硝率超过设计值，氨气逃逸率过高，导致氨气消耗量大、空预器堵塞等问题的出现。通过试验，采取先用SNCR系统将烟气中NOx浓度粗调至600mg/Nm3左右，再用SCR系统将烟气中NOx浓度减小至50mg/Nm3以下的方法，可以使SNCR和SCR系统都高效的运行，既可以满足环保要求，又解决了氨气逃逸率过高的问题。
四、锅炉烟气NOx超标的原因及对策
（1）锅炉运行工况变化导致NOx超标
1.机组负荷变化的影响
升负荷：升负荷初期随着进入炉膛的燃料迅速增多，产生的NOx势必增加，负荷率越大产生的越多，而SCR出口NOx和总排口NOx由于系统原因可能不会马上变化，此时应手动开大SCR喷氨调阀，观察5-10分钟，如果总排口NOx不超35mg/Nm3且上升平缓或超过35 mg/Nm3且开始下降，SCR喷氨调阀可保持当前开度继续观察，如果总排口NOx仍呈快速上升趋势，则仍须继续开大SCR喷氨调阀，防止总排口NOx超标。随着负荷的升高不断的增加喷氨量，确保总排口NOx有15 mg/Nm3的裕度。
降负荷：在降负荷的过程中，逐渐关小SCR喷氨调阀。当距目标负荷20MW时，要停止关小喷氨调阀，一般降负荷速率越大回调越剧烈。当煤耗曲线快速上升时，就要跟随其变化逐渐开大SCR喷氨调阀，直到煤耗停止上涨或开始下降、总排口NOx上升缓慢。待负荷稳定后，再调整SCR喷氨调阀，确保总排口NOx有15 mg/Nm3的裕度。
2.启停磨煤机的影响
启停磨煤机对锅炉内燃烧工况扰动剧烈。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然磨煤机停运瞬间进入锅炉的燃料量减小，但在协调系统的调节下，其他磨煤机会迅速增加燃料量，因此，不管是磨煤机启动还是停止，都要提前开大SCR喷氨调阀，使总排口NOx小于30mg/Nm3，待炉内工况稳定后，再调整SCR喷氨调阀，确保总排口NOx有15 mg/Nm3的裕度。
3.投停燃烧器的影响
投运燃烧器：在稳定负荷下，投运个别燃烧器瞬间，入炉的燃料量会增加，该侧SCR出口NOx会暂时上升，相应的喷氨调阀应开大一点。观察5到10分钟，若总排口NOx有持续上升的趋势，可继续开大喷氨调阀，待总排口NOx稳定后再关回到原来的开度。
停运燃烧器：在稳定负荷下，停运个别燃烧器时，虽然停运瞬间入炉的燃料量减少，但会导致同台磨其它燃烧器的燃料量分布发生变化，不可盲目的关小该侧SCR喷氨调门，应保持当前开度，注意观察SCR出口NOx的变化趋势，待参数稳定后再做相应调整。
4.过量空气系数及二次风门的影响
在同一负荷下，增加二次风量会导致NOx浓度升高，因此，在增大过量空气系数时，应提前开大SCR喷氨调阀，反之，减少二次风量时，可适当关小喷氨调阀。调整拱上和拱下各风门时，会导致燃烧高温区域的风量发生变化，从而引起NOx浓度的变化。总风量一定的情况下，开大拱上风门或关小拱下风门，会使NOx浓度升高；关小拱上风门或开大拱下风门，会使NOx浓度降低。在调整风门的同时，应对SCR喷氨调阀进行调整，避免NOx超标。
5.锅炉吹灰的影响
锅炉投入蒸汽吹灰时，尤其是前面几支吹灰枪，对NOx影响较大。以右侧吹灰枪为例：当吹灰枪投入后，会排挤右侧烟气，使左侧烟气量增大，左侧SCR出口NOx增加，右侧SCR出口NOx降低。由于吹灰枪的蒸汽扰动，使SNCR系统中尿素溶液和烟气充分混合，脱硝效率提高，右侧SCR入口NOx大幅下降。总的来说，投入吹灰枪时总排口NOx降低，吹灰枪越靠前，NOx降低的越多，但这只是暂时的，当吹灰枪退出后，NOx会迅速增加，因此，吹灰时不可盲目的减少喷氨量。在吹灰枪投入时，可以适当的关小吹灰侧的喷氨调门，当吹灰枪退出后，应立即恢复至原开度。
6.锅炉燃料特性的影响
煤挥发分中的各种元素比会影响燃烧过程中NOx生成量，煤中氧/氮（O/N）比值越大，NOx排放量越高。燃煤煤种及掺配比例的变化，会导致挥发分的变化，从而影响燃煤着火点，当挥发分下降时NOx会大幅增加。因此，在正常运行中要关注入炉煤煤质的变化，严密监视SNCR尿素流量和SCR出入口NOx的变化，当以上参数发生变化时，要根据其变化趋势来进行调整，做到勤调、细调。
（三）SNCR系统故障导致NOx超标
1.一组喷枪跳闸
由于个别喷枪滤网堵塞，导致一组喷枪因流量偏差大跳闸，该侧SCR入口NOx将会增大，应开大该侧SCR喷氨调阀。运行中注意监视喷枪流量的变化，发现某支喷枪流量与其他喷枪偏差增大时，及时联系维护清理滤网。
2.尿素泵入口滤网堵塞
尿素泵入口滤网堵塞，将会造成尿素流量下降，SNCR出口NOx升高，应立即开大SCR喷氨调阀，同时到就地切换尿素泵。尿素泵入口滤网堵塞是一个缓慢的过程，运行中应注意比较每个负荷对应的尿素量，发现异常降低时，立即切换尿素泵。另外注意SNCR出口NOx与设定值的偏差，若一直大于设定值，并且尿素量不自动增加，应考虑是否为尿素泵入口滤网堵塞。
3.SNCR系统跳闸
由于压缩空气压力低、电源故障等原因，造成SNCR系统退出运行。SCR入口NOx将大幅升高，应迅速将SCR喷氨调阀开到一个较大的开度，但要注意氨/空气比值小于8%，防止SCR系统保护动作跳闸。若机组负荷高，应快速降低负荷，减少二次风量，使NOx尽快降至50 mg/Nm3以下，避免小时均值超标。
（三）SCR系统故障导致NOx超标
1.单侧SCR系统跳闸
某日，机组升负荷过程中，A、B侧SCR入口烟温高，分别为425℃、424℃，立即投入A侧吹灰枪，由于吹灰蒸汽对烟气的排挤，B侧SCR入口烟温快速上涨至430℃，烟温高保护动作，B侧SCR跳闸，NOx快速上涨。立即停止升负荷，降低SNCR设定值增加尿素量，减少二次风量，投入B侧吹灰枪，开大A侧喷氨调阀。当B侧SCR入口烟温小于430℃时，立即投运B侧SCR。在升负荷速率较大时，应提前进行吹灰，防止烟温过高。当烟温高需要吹灰时，应左右两侧同时进行。
2.供氨压力低，SCR退出运行。
某日夜班，由于压缩空气母管结冰，导致氨区所有气动门失气关闭，供氨压力降为零，所有机组NOx快速上涨。立即采取快速降低机组负荷，降低SNCR设定值增加尿素量，减少二次风量等措施，同时安排人员到就地手动摇开供氨气动门。当供氨压力开始上涨时，应轮流开启各机组供氨调阀，避免同时开启造成供氨压力再次降低。此次异常事件，降负荷果断，采取措施正确，仅造成两台机组小时均值超标，但也暴露出运行人员对氨区气动门手动操作不熟练等问题，需继续完善应急处置预案并加以演练。
目前，国家对环保要求越来越严，达标排放与机组安全具有同等的地位，这就要求电厂加大环保设备的管理力度。由于NOx测量装置的延迟性和单一性，不能快速和全面的反映NOx真实的变化情况，给运行人员的精细化调整带来了难度，需要在工作中不断的总结和探索。
参考文献：
[1]Q+CDT-YCPC+10503+101-2016 350MW机组集控锅炉运行规程
作者简介：
刘威（1978-），男，山西省晋城市人，民 族：汉 职称：工程师，学历：大学本科。
论文作者:刘威
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：烟气论文; 负荷论文; 锅炉论文; 尿素论文; 燃料论文; 浓度论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第34期论文;