摘要：随着煤电行业去产能和电力市场化改革逐步深入，煤电行业竞争愈演愈烈，煤电行业的政策也越来越严格。在雾霾和美丽中国的矛盾越来越突出的情况下，煤电机组的环保排放常常被媒体推向风口浪尖，造成煤电行业极大的被动。减少排放和降低环境污染是煤电企业生存和可持续发展的必然选择，也是煤电企业的社会责任所在。目前全国火电机组环保设施配备已经非常完善，但如何保障环保设施的的投运率，最大程度的控制机组排放，仍有很多工作可以做。本文主要分析煤电机组冷态启动过程中的NOx排放控制，总结经验，优化操作，保证机组启动过程中的NOX排放超标时间缩至最短。
关键词：冷态启动；NOx；SCR；热解炉；超低排放
妈湾电厂6x300MW燃煤发电机组在2016年前已全部完成天然气点火助燃系统改造、低NOX燃烧器改造和SCR改造，SCR反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间，烟气未经过ESP除尘。机组排放指标已达国家超低排放标准（超低排放是指燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值要求，即在基准含氧量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。）
SCR（选择性催化剂还原烟气脱硝）工作原理：
其主要化学反应如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
还原剂通过尿素在热解炉中分解出NH3和水，其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，工业应用时须安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降至400℃左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。
SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生：
2SO2+O2→2SO3 NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在320～420℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
通过天然气点火助燃系统改造、取消脱硫系统旁路、机组启动通风组前就投入电除尘等措施，煤电机组基本上可控制机组在任何状态下全时段都实现烟尘和SO2的超低排放。因SCR投运受SCR入口烟气温度大于288℃和氨风温度大于320℃限制，机组在启动过程中尤其在制粉系统投运后到烟气温度暖到288℃前NOX排放指标无法控制，只能通过低NOX燃烧器控制燃烧，尽量控制NOX超标幅度，同时尽快提升烟温，尽早投入SCR，缩短NOX排放超标时间。
广东省对发电机组排放考核按小时均值，统计2016年和2017年两年6台机组共46次启动过程中的NOX排放超标时间，超标排放时间大于2小时的有31次，最长超时达到18小时。总结机组冷态启动过程尤其是检修后的机组启动过程的NOX控制经验和教训，对机组启动前的准备工作和启动过程中的操作进行优化，可控制机组启动过程中NOX排放小时数不超过2小时。
机组检修会对炉内和烟道受热面进行冲洗和清灰，甚至会有不同程度的受热面更换，因此受热面的洁净程度会比备用机组好很多，这大大增加暖机时烟温上升的难度。所以检修后的机组启动NOX控制比备用机组难度更大，本文仅以检修机组为例，阐述机组在启动过程中的优化控制措施。
一、对故障率较高的设备提前安排缺陷排查
妈湾电厂6台机组均采用尿素溶液作为还原剂，通过热解炉与热一次风混合制成氨风进入反应区。尿素溶液的特点是容易结晶，当系统和管道存在不流动的死区或局部温度过低，就会存在尿素容易结晶的现象，局部结晶会逐步扩大，最终导致堵塞严重甚至全部堵死的情况。因此在机组启动前对SCR系统进行排查，通过妈湾电厂运行经验，容易堵塞的地方有尿素喷枪和热解炉，因此在机组启动前对尿素喷枪进行人工冲洗和对热解炉进行检查非常重要，在机组上一次的停机过程中及时对尿素喷枪进行冲洗可以降低尿素喷枪堵塞的风险，防止在制粉系统投运后SCR系统无法不能及时投运而导致Nox超标时间延长。
提前调试热风炉。进入热解炉的热一次风是氨风温度上升的关键，加热一次风的热源有2路互为备用，一路是独立电加热；一路是由天然气作为燃料的热风炉。正常情况下热风炉投入运行，电加热作为备用。热风炉运行必须一次风机运行，因热风炉在妈湾电厂多次出现点火困难导致的SCR无法投运的情况，因此在通风组试运时启动一次风机，安排调试热风炉正常，提高SCR一次投运成功的可靠性。另因目前的运行逻辑是电加热器和热风炉不能并列运行，通过技改和分析，使两者并列运行同样可减少热风炉故障对SCR投运的影响。
二、优化机组启动操作
根据限制SCR投运的两个条件：1、热解炉出口氨风温度大于320℃；2、SCR入口烟气温度大于288℃。
1、提前暖热一次风系统。热风炉调试正常后，并网前提前至少1小时启动一次风机，投运热风炉，提升热解炉出口氨风的温度使其提前满足SCR投运条件，制粉系统投运前此操作必须完成。
2、磨煤机提前暖好备用。只要具备磨煤机启动条件，空预器入口烟温超过177℃，启动一次风机，暖4台磨。升负荷的唯一手段就是投运制粉系统，因启动初期，烟温较低，热一次风温低，制粉系统的干燥出力严重不足，因此提前暖磨、投运尽可能多的制粉系统才能保证升负荷的速度。至少保证3台制粉系统可以正常可靠启动，否则会严重影响升负荷，升负荷后期至少4台制粉系统稳定运行才能保证烟温上升满足SCR投运条件。
制粉系统在投运过程中，充分考虑冷热风截门、调门还有给煤机出入口闸板等设备的可靠性，如有条件，尽量提前调试，减少临时缺陷处理耗费的时间，保障制粉系统的投运过程顺利。
汽轮机冲转前联系联系燃料上煤，尽量上热值高和挥发分适当低的煤种。热值高，负荷和烟温上升快，高挥发分煤种在制粉系统快速启停过程中着火风险也要高一些。
3、关注凝结水水质，凝结水及时回收。机组在机组抽真空、冲转和升速过程中凝结水水质恶化明显，及时关注凝结水水质情况，尤其是检修后的机组。并网前是改善水质的最佳时机，否则并网后会因水质差而影响升负荷。
4、制粉系统启动后连续升负荷。凝结水水质正常后，所有的准备工作都围绕升负荷进行，制粉系统启动后，6min后机组出口NOX就会超标。所以在启动制粉系统后，升负荷操作就要紧凑连续。连续启动制粉系统，防止出现堵磨和着火事件；控制主汽压和负荷同步上升，防止出现升压力不升负荷的情况，避免主机调门大幅操作，增加机组参数波动；增加给煤量的同时，及时调整燃烧，保证煤粉燃烧所需氧量的同时，通过辅助风的调整，尽量控制机组出口Nox超标的幅度；因此升负荷保持稳步连续比一味求快更有效。
升负荷过程中保持省煤器再循环开启，同比可提高烟温5-6℃。
5、随机投入高低加和小机随机启动。妈湾电厂各机组均配置3台高加1台除氧器和4台低加，3台给水泵，2台汽动给水泵，1台电动给水泵，除氧器和汽动给水泵汽源取自四段抽汽。负荷至40-50MW，锅炉给水主旁路切换后，高加随机投入，两台小机随机启动。
高加投运至少影响烟温10℃，在高加随机投入过程中，要加强监视高加水位和疏水阀门自动动作情况，高加投入初期，因各抽汽压力低，逐级自流建立初期，水位波动大，出现异常及时手动调整，防止高加跳闸影响升负荷的过程。
小机随机启动，正常情况下小机从挂闸冲转至汽泵与电泵并列运行，耗时至少40min，在升负荷至150MW之前提前准备汽泵投运条件，可有效保证升负荷的速度，根据经验估算可使烟温满足条件提前约20min，否则升负荷受电泵给水能力限制。各机组汽动给水泵均设有辅汽作为备用汽源，采用辅汽投运一台汽泵可增加操作的可靠性，降低操作难度。
6、升负荷过程中，密切注意汽包水位的调节和电泵的工作状态。在汽泵未并入运行前负荷不宜超过150MW，防止电泵流量达到800t/h而过负荷跳闸。
7、根据负荷、烟温、制粉系统的运行情况，及时启动第4或第5台制粉系统，监视SCR入口烟气温度满足条件后及时投入尿素喷枪，同时调整好热风炉和热解炉出口温度。
结束语
按投粉前SCR入口烟气温度250℃，290℃投尿素喷枪估算，如果烟温上升速度可达到1.5℃/min，30min左右即可满足脱硝投入条件，理论上环保参数超标时间可控制到40min。暖机是一个系统整体升温的过程，根据机组启动前的状态不一样，锅炉升温升压的过程是否顺利，耗时长短，都会不一样，只要把困难想在前面，合理安排，熟练操作，就可在现有设备条件下，最大限度的控制机组冷态启动过程中NOx超标的时间。
参考文献：
[1]辛国华.《深圳妈湾电厂2x300MW机组培训教材之二锅炉部分》
[2]张晓梅.《300MW火力发电机组丛书第二册燃煤锅炉机组》.第二版.中国电力出版社.2014-06-01
[3]王树春，孙作伟.《深能妈湾发电总厂汽机运行规程》.2005-5
[4]宋青山等.《300MW汽轮发电机组运行规程（机组启停）》.1996-5
论文作者:杜武林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/12
标签：机组论文; 制粉论文; 负荷论文; 热风炉论文; 系统论文; 过程中论文; 尿素论文; 《电力设备》2018年第3期论文;