（国电榆次热电有限公司 山西省晋中市 030600）
摘要：随着环保形势的日益严峻，燃煤锅炉的氮氧化物（NOX）达标排放与经济运行显得尤为重要。本文通过对燃煤锅炉氮氧化物（NOX）生成因素和运行中产生的问题进行分析，结合国电榆次热电有限公司生产实例，提出在机组启动阶段及稳定运行阶段氮氧化物（NOX）的有效控制措施，有效指导运行人员正确稳当操作，达到氮氧化物（NOX）达标排放、脱硝系统经济运行的目的。
关键词：燃煤锅炉；脱硝；NOX；达标排放
1引言
目前国内环保形势严峻，氮氧化物作为燃煤锅炉排放的主要大气污染物之一，必须采取有效措施进行控制。根据《中华人民共和国大气污染防治法》、《关于印发大气污染防治行动计划的通知》国发 [2013]37号、山西省大气污染防治2018年行动计划和山西省《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》晋政办法62号要求，常规燃煤发电机组氮氧化物（NOX）排放浓度低于50mg/Nm3。
为降低氮氧化物排放浓度，本文以国电榆次热电有限公司在役机组为例，采用低氮燃烧器和炉后加装选择性催化还原技术结合的方式，通过分析氮氧化物（NOX）生成机理和机组启动过程中的相关数据，提出不同负荷阶段氮氧化物（NOX）的有效控制措施，对控制氮氧化物（NOX）达标排放和脱硝系统经济运行具有重要意义。
2 机组概况
国电榆次热电有限公司选用东方锅炉股份有限公司生产的DG1164/17.5-Ⅱ12型锅炉。为响应国家环保政策，公司分别于2012年、2013年对两台锅炉燃烧器进行低氮改造，同时匹配尾部烟气脱硝改造，以实现锅炉氮氧化物（NOX）达标排放。选择性催化还原法脱销装置布置在锅炉空预器入口，催化剂按3层布置，在燃用设计煤种BMCR工况下，脱销装置的脱销效率不低于85%，即脱硝出口氮氧化物（NOX）浓度不超50mg/Nm3。氨喷射系统采用涡流混合系统，空气/氨气混合物自母管经各分支管喷入烟道，与烟气充分混合。催化剂因其特殊材质，在特定温度范围才有最佳催化效率，设计温度为325-420℃，反应区烟气温度低于325℃或高于420℃，系统自动联锁停运脱硝系统。
3 NOx生成机理及存在问题分析
燃煤在炉内燃烧产生的氮氧化物（NOX）主要为一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），以及少量的一氧化二氮（N2O）。根据氮氧化物（NOX）生成机理，可分为热力型、燃料型和快速性NOX三类。热力型NOX是指炉膛内的氮气因高温氧化而生成的NOX，在燃烧区域温度低于1350℃时，生成的NOX几乎全部为燃料型NOX，随燃烧区域温度升高，热力型NOX生成量迅速增加。热力型NOX的生成与煤质无关，主要受燃烧时温度、氧量及在高温区停留时间影响。燃烧区域温度越高、氧浓度越高，燃烧高温区停留时间越长，生成的热力型NOX量就越多。
燃料型NOX生成量主要取决于空气燃料的混合比，是炉内NOX总生成量的重要组成部分，其生成主要受过量空气系数和燃烧时间影响。
快速性NOX是指燃烧时空气中的氮与燃料中的碳氢离子团反应产生，其生成量很小，在温度低于1300℃时几乎可以不计。
综上，根据氮氧化物（NOX）生成机理和来源不同，可通过变化锅炉负荷、调整锅炉配风和协调运行方式来控制氮氧化物（NOX）生成量。
SCR反应原理：SCR脱硝技术的原理是在有氧状况下，通过催化剂在合适的温度范围内使烟气中的 与 产生反应生成 与 ，从而达到除去烟气中的 的目的。其基本工作流程是在锅炉适当位置喷入还原剂 ，还原剂 与烟气均匀混合后一道通过一个由催化剂填充的脱氮反应器，反应器中的催化剂分上下多层（一般为3～4层）有序放置。在催化剂作用下， 和 发生还原反应，生成 和水。
基本反应方程：
问题一：脱销系统长期运行导致空预器阻力增加。燃烧过程中炉内烟气中的一部分SO2被氧化成SO3，SO3与氨气（NH3）反应生成硫酸氢铵（NH4HSO4）。在146℃~207℃之间，硫酸氢铵为高粘性液体，由于空气预热器低温段温度较低，容易产生结露，形成弱酸后，会造成换热元件材料的腐蚀并粘结灰，从而形成低温腐蚀；同时，锅炉尾部烟气脱硝后形成的硫酸氢铵容易粘附在低温段换热元件表面，从而发生氨盐堵塞现象。
问题二：机组启动初期不满足脱硝系统投运条件，氮氧化物（NOX）难以控制。负荷在165MW-330MW阶段，脱硝反应区烟气温度在320℃～360℃范围内，基本满足脱硝系统投运对烟气温度的要求，但在机组在启、停阶段或负荷低于165MW的情况下，烟气温度不能满足脱硝投运要求。
问题三：脱硝出口氮氧化物（NOX）与脱硫出口氮氧化物（NOX）偏差。运行中，脱硝出口氮氧化物（NOX）和脱硫出口氮氧化物（NOX）存在较大偏差，计算检验发现，机组实际耗氨量大于理论耗氨量。
4 运行优化措施
4.1 启动过程中的调整
机组启动过程中，尽可能提高烟温至290℃（查阅文献资料，咨询相关科研单位及催化剂厂家。确定脱硝系统投运的极限温度。低硫条件下，290℃连续运行2小时），尽早投入脱硝系统。
（1）利用锅炉尾部烟道烟气挡板进行调节。启动初期，因汽轮机不进汽，回热系统停运，给水温度偏低，省煤器系统大量吸热，从而降低了排烟温度。通过有效节流低过侧烟气挡板，使烟气不经省煤器进行放热，提高反应区烟气温度。如图1、图2。
（3）汽机采用单阀控制提高再热器入口汽温。目前汽轮机普遍采用数字电液调节系统，具备阀门管理功能，即同一台汽轮机既可以采用阀门同时启闭的节流配汽（称为单阀控制），也可以采用阀门顺序启闭的喷嘴配汽（称为顺序阀控制），在运行中，汽机配汽方式采用顺阀控制，提高高压缸做功效率，提高机组经济性。一般机组并网后接待一定负荷后即由单阀控制切至顺阀控制，但顺阀提高了高压缸做功能力，高压缸排汽温度下降导致再热器入口汽温下降20℃。为此，我们采取延迟汽机单阀切顺阀时间，尽量将再热器入口汽温提高，从而减少再热器热交换，提高排烟温度。
4.2 运行中的调整
（1）在运行中适当降低过量空气系数，优化配风。在燃烧过程中，较低的过量空气系数可有效控制氮氧化物（NOX）生成，但过量空气系数低会使锅炉不完全燃烧损失增加，燃烧效率降低。通过试验，有效控制氧量在3-3.5之间，配风方式采用底部缺氧，上部富氧时，脱硝入口氮氧化物（NOX）显著降低。
（2）降低炉膛峰值温度，减少氮氧化物（NOX）生成。在运行中炉膛温度随负荷升高而升高，根据氮氧化物（NOX）生成机理，燃尽区高温度使氮氧化物（NOX）生成量显著提高，因此，均匀投运燃烧器，使炉内燃烧分布均匀，可有效避免局部高温。如图4。
图4 炉膛温度场分布
（3）调节喷氨系统各分支管手动调节阀开度，降低脱硝出口氮氧化物（NOX）和脱硫出口氮氧化物（NOX）偏差。稳定负荷工况下，通过运行调整实验，调整氨喷射系统各分支管手动调节阀开度，均衡各支管供氨流量，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。
（4）加强空预器吹灰。根据硫酸氢铵的化学性质，运行中采用节流空预器出口二次风挡板，有效提高单侧排烟温度，进行空预器连续吹灰，有效降低空预器阻力，相同负荷工况下，经过提高烟温连续吹灰，空预器阻力可由1300Pa-1500Pa降至1000Pa-1200Pa。
5结论
通过实践，在机组启动阶段、稳定运行阶段和高负荷阶段，采取上述各手段的优化调整，可以有效确保脱硝系统投运正常，氮氧化物（NOX）达标排放。
参考文献：
[1]《中华人民共和国大气污染防治法》
[2]国发[2013]37号《关于印发大气污染防治行动计划的通知》
[3]山西省人民政府办公厅发《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》
[4]山西省大气污染防治2018年行动计划
[5]《2×330MW 机组集控规程辅机部分》、国电榆次热电有限公司、2018
[6]朱法华，王圣.煤电大气污染物超低排放技术集成与建议.环境影响评价，2014（05）
作者简介：李松，1993.08，男，国电榆次热电有限公司，集控运行值班员，助理工程师，2014年毕业，学士学位，从事火电厂集控运行。
论文作者:李松
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
标签：氧化物论文; 烟气论文; 温度论文; 锅炉论文; 机组论文; 系统论文; 大气污染论文; 《电力设备》2019年第10期论文;