火力發(fā)電行業(yè)的氮氧化物排放業(yè)績是指發(fā)電機(jī)組平均每次發(fā)電煙囪排放口排放的NOx(NO2)的數(shù)量，綜合反映發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和NOx排放強(qiáng)度水平。氮氧化物排放業(yè)績標(biāo)準(zhǔn)有力促進(jìn)電力行業(yè)清潔發(fā)展，有利于提高發(fā)電廠發(fā)電效率，推進(jìn)NOx污染物的管理和總量減排。

隨著脫硝超低排放要求及改造工程的推進(jìn)，如何提高脫硝設(shè)施運(yùn)行水平，滿足超低排放要求成為研究的難點(diǎn)。為此，本文從脫硝設(shè)施運(yùn)行角度出發(fā)，開展燃煤電廠脫硝績效提升技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)脫硝設(shè)施運(yùn)行績效最優(yōu)化，探索在最佳可行技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組脫硝設(shè)施最低排放限值。

1提高排放限制值

超低排放要求對氮氧化物GPS的提高非常明顯，排放標(biāo)準(zhǔn)值提高，發(fā)電量不變時，排放業(yè)績明顯下降。大多數(shù)發(fā)電廠的氮氧化物GPS都有提高潛力，但這種潛力取決于排放限制值的設(shè)定。表1為了測量氮氧化物排放限制值與GPS的關(guān)系，發(fā)電煤消耗用300g/(kWh)進(jìn)行評價。

表1氮氧化物排放限值與GPS的關(guān)系

從表可以看出，只要能滿足超低排放，其業(yè)績就會倍增，50mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)比200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)業(yè)績提高304%。對于燃煤電廠脫硝設(shè)施來說，滿足超低排放改造的手段和方法主要兩種:低氮燃燒改造和增加催化劑體積/層數(shù)。

1.1低氮燃燒器改造

低氮燃燒器改造的主要目的是NOx脫硝裝置入口濃度在300~350mg/m3以下，脫硝效率在85%~92%是最佳效率。過高的效率對氨氮流場的匹配度要求非常高，偏差大的話，氨的逃脫濃度會增加，影響尾部設(shè)備(空預(yù)器等)。進(jìn)行低氮改造是以不犧牲鍋爐熱效率為前提，與鍋爐匹配，結(jié)合燃煤特性優(yōu)化運(yùn)行。需要注意的是，在低氮燃燒改造過程中，密切關(guān)注鍋爐膛結(jié)渣和水冷壁高溫腐蝕問題。

1.2增加運(yùn)行脫硝催化劑的體積用量/層數(shù)

新單元的脫硝設(shè)施催化劑可以以3+1或3+2方式預(yù)約，現(xiàn)役單元的脫硝設(shè)施可以追加催化劑備用層，形成3+0的配置方式。催化劑形式可根據(jù)煤質(zhì)和煙氣條件進(jìn)行選擇。增加催化劑備用層需要考慮催化劑和煙氣的空速比在合理范圍內(nèi)，通常商業(yè)催化劑的空速范圍為3000~5000h-1，過低的空速會浪費(fèi)催化劑，過高的空速會使煙氣停留時間短，不利于NO和NH3在催化劑表面的吸附和脫附。

滿足100mg/m3氮氧化物排放濃度的燃煤單元實(shí)施超低排放可以提高排放性能。選擇新的催化劑時，必須注意兩個問題。一是根據(jù)煤質(zhì)狀況，控制爐煤硫分，重點(diǎn)關(guān)注催化劑堿金屬中毒和砷中毒問題，二是增加催化劑后，提高SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率，硫酸氫銨的生成概率大幅增加，后續(xù)設(shè)備如空預(yù)器、布袋吸塵器(如有)等堵塞腐蝕。

2全時段/全負(fù)荷脫硝

環(huán)境保護(hù)部《關(guān)于火力發(fā)電站SCR脫硝系統(tǒng)在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行中NOx排放超標(biāo)問題的復(fù)印件》(環(huán)狀[2021]143號)指出，火力發(fā)電站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)是國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，火力發(fā)電站在任何運(yùn)行負(fù)荷中都必須滿足標(biāo)準(zhǔn)排放，這對脫硝設(shè)施滿足超低限值的時間比率提出了更高的要求。表2是鍋爐低負(fù)荷脫硝裝置的退出影響NOx排放的業(yè)績狀況。從表2可以看出，40%和50%的低負(fù)荷持續(xù)時間對全年NOx排放業(yè)績的影響分別為155%和194%。

表2鍋爐低負(fù)荷脫硝裝置退出影響NOx排放績效的情況

全實(shí)現(xiàn)時段全負(fù)荷率脫硝目前可行的技術(shù)主要有省煤器分級、高溫?zé)煔馀月�、省煤器給水旁路及彈性回?zé)峒夹g(shù)等方式，提高SCR入口煙氣溫度，確保在催化劑活性溫度以內(nèi)運(yùn)行SCR反應(yīng)器。其中，省煤器分級技術(shù)因不影響鍋爐效率，可提高低負(fù)荷條件下脫硝設(shè)施投運(yùn)時間而倍受青睞。

3運(yùn)行狀況和參數(shù)優(yōu)化

脫硝設(shè)施運(yùn)行優(yōu)化在合理的排煙條件和氨氮摩爾比條件下，結(jié)合脫硝反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際情況，使脫硝設(shè)備的設(shè)計參數(shù)滿足速度、溫度和濃度分布的均勻要求。這種調(diào)整主要從三個方向開始，一個是煤的燃燒控制，二個是流場的不均勻性調(diào)整，三個是維持適當(dāng)?shù)陌钡�摩爾比�?/p>

3.1煤炭的燃燒控制

煤炭的燃燒控制包括煤炭配合和燃燒器的調(diào)整，以往煤炭混合注意熱值和硫分，在控制NOx的要求下應(yīng)加入揮發(fā)分指標(biāo)。

(1)配煤燒制。低負(fù)荷時，配合低揮發(fā)分、低熱量的煤種，有提高排煙溫度的效果。燃料揮發(fā)分下降時，煤粉著火延遲，燃燒時間增加，爐膛出口溫度增加，排煙溫度上升。此外，燃油性質(zhì)影響鍋爐排煙溫度，降低燃油低位發(fā)熱量，當(dāng)鍋爐出力保持不變時，直接導(dǎo)致燃油量增加，煙氣量和流速上升，最終提高排煙溫度。

(2)優(yōu)化燃燒控制。優(yōu)化燃燒調(diào)整可以從兩個方面著手:一是提高燃燒器的角度，提高火焰中心，提高爐膛出口煙的溫度；二是在低負(fù)荷時，在保證燃燒安全的情況下，相對增加上層燃料量，減少下層燃料量，達(dá)到火焰中心位置上升的效果，提高煙的溫度。

3.2流場均布調(diào)整

脫硝流場不均勻，一側(cè)通流阻力大，壓損高，氨氮混合不均勻，煙道積灰，加速內(nèi)部部部件磨損催化劑局部積灰嚴(yán)重，加速催化劑磨損的氨超標(biāo)，加速空預(yù)器的堵塞和腐蝕性。

(1)流場均布調(diào)整。在單元啟動前(鼓風(fēng)機(jī)試轉(zhuǎn)期間，鍋爐冷通風(fēng)條件)下，對SCR各層催化劑進(jìn)口流場(以上層為中心)進(jìn)行多點(diǎn)風(fēng)速測試，了解SCR設(shè)備的灰、磨損和煙道內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)狀況和流場分布的基本情況，判斷進(jìn)口流場是否均勻，煙道設(shè)計是否合理

(2)噴射網(wǎng)的優(yōu)化。根據(jù)不同負(fù)載煙氣流速調(diào)節(jié)該區(qū)域的噴霧手動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)測試結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)噴霧系統(tǒng)和相關(guān)系統(tǒng)。在SCR進(jìn)口流場、NOx濃度相對均勻的條件下，通過預(yù)測試、氨空調(diào)總閥調(diào)整、氨空調(diào)總閥調(diào)整、故障排除后的氨裝置調(diào)整等試驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)SCR出口NOx和氨的逃脫相對均勻，緩和空調(diào)堵塞灰塵的目的。同時，可以比較分析氨空調(diào)前后的效果。

(3)運(yùn)行中保持適當(dāng)?shù)陌钡�摩爾比。氨氮摩爾比�?.7慢慢增加時，脫硝效率線性增加，氨的逃脫率慢慢增加。氨氮摩爾比達(dá)到1.05時，脫硝效率達(dá)到最大值后，隨著氨氮摩爾比的增加，脫硝效率減小，NH3超量時NH3氧化等副反應(yīng)增大。

氨氮摩爾比超過1時氨氣逃脫率急劇增加，對環(huán)境造成二次污染，也影響脫硝設(shè)施運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能。

4定期催化劑性能檢測

近年來脫硝催化劑市場競爭激烈，催化劑檢測存在主要問題:降低催化劑生產(chǎn)成本、鈦白粉質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)、成型催化劑單元長度方向變形、催化劑成型后質(zhì)量不均勻、催化劑比表面積和微觀孔隙率顯著低、活性低等。這些問題直接或間接影響催化劑的使用壽命、脫硝效率和脫硝裝置的可靠性。

因此，需要定期檢查和評估催化劑的性能和狀態(tài)，科學(xué)制定催化劑的全壽命管理措施，確保SCR脫硝裝置的核心部件穩(wěn)定可靠。運(yùn)行中的催化劑通過分階段的定期性能檢查，充分把握催化劑的狀態(tài)，評價催化劑的惰化時間，通過檢查數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)運(yùn)行優(yōu)化，根據(jù)催化劑的性能狀況和狀況條件優(yōu)化運(yùn)行控制，確保脫硝催化劑的可靠穩(wěn)定運(yùn)行

5脫硝自動化邏輯優(yōu)化

脫硝系統(tǒng)對供氨量的控制通常采用基本控制方式，即固定摩爾比控制或固定效率控制方式。在這種控制方式下，系統(tǒng)根據(jù)固定的NH3/NOx摩爾比去除煙氣中的NOx。該噴氨系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象脫硝反應(yīng)器出口煙氣NOx含量，副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象為脫硝系統(tǒng)氨空混合器前氨氣流量。

該控制戰(zhàn)略投入后，入口NOx濃度穩(wěn)定時，脫硝效果顯著，但入口NOx濃度發(fā)生較大變動時，調(diào)節(jié)響應(yīng)遲緩，影響還原劑投入過少或投入過多，噴射系統(tǒng)自動回路投入不穩(wěn)定，長期影響脫硝系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

提高脫硝控制邏輯的穩(wěn)定性也能提高脫硝運(yùn)行的業(yè)績，可以以主控制回路的取出口NOx濃度為過程值進(jìn)行調(diào)節(jié)，輔助回路可以以供氨流量為過程值進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時，在串聯(lián)控制框架的基礎(chǔ)上，增加多個消除干擾因素或多個參考變量值的控制措施，使其能夠、消除干擾，最終達(dá)到正確控制的目的，邏輯優(yōu)化結(jié)果在入口NOx濃度有很大變動時，優(yōu)化的噴射系統(tǒng)迅速向氨氣流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，調(diào)節(jié)煙氣出口NOx濃度

6結(jié)語

(1)超低排放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，50mg/m3的排放要求比200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)績效提高了304%。

(2)推行全時段全負(fù)荷脫硝技術(shù)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷40%及以下時間全年累積超過1200h，將影響排放績效降低155%。

(3)優(yōu)化運(yùn)行狀況和參數(shù)，分為燃燒終端控制、流場均勻性調(diào)整、維持適當(dāng)?shù)陌钡�摩爾比。定期測試運(yùn)輸催化劑的性能，了解催化劑的狀態(tài)，保證在高活性區(qū)間。

(4)結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際情況優(yōu)化脫硝自動化邏輯，確保脫硝設(shè)施自動裝置穩(wěn)定運(yùn)行。