炉内NOx生成与飞灰含碳平衡控制

刘兴芳 阳 斌 王文科 向若琳

（华能安源发电有限责任公司，江西萍乡337016）

0 引言

某厂#2机组采用660 MW超超临界锅炉，为超超临界参数，二次中间再热，变压运行直流炉，单炉膛、低NOx水平浓淡燃烧器和分级送风燃烧系统、墙式切圆燃烧方式、平衡通风，露天布置、干排渣、全钢构架、全悬吊结构，∏型锅炉。

机组自投产以来，SCR进口NOx及飞灰含碳相比同类型锅炉表现不佳。针对上述问题，通过研究调整控制理念，采用NOx生成及飞灰含碳在线自动控制系统，以更切近实际的控制模式，实现了燃烧控制系统升级换代。

1 改造前机组运行情况

投运前三个月月度平均飞灰含碳数据如表1所示，5月数据在同类机组中属较好水准，但这是以SCR入口NOx偏高及机组经济性为代价的。锅炉的NOx、飞灰含碳在调整手段及幅度上正好相反，单个参数的调节控制很容易实现，两个参数同时调节控制在相对较好的水平则比较困难，经常会出现顾此失彼的现象。

表1 #2机组改造前飞灰含碳月度统计

在进行燃烧控制系统改造前，#2机组SCR入口NOx由运行人员手动控制调节，负荷变化、启停磨煤机等扰动均需人工干预，平均水平310 mg/Nm3，较机组设计值高出30%。由此导致脱硝系统喷氨量处于一个较高水平，曾经出现明显的空预器堵塞现象。图1为改造前SCR入口NOx历史趋势。

图1 改造前SCR入口NOx历史趋势

2 改造技术路线

采用飞灰含碳及NOx生成自动控制系统，包括新型制粉控制系统、一次风控制系统、二次风控制系统。新系统控制目标确定为：控制飞灰含碳损失；降低SCR前NOx排放；在保证飞灰含碳损失及NOx排放可控基础上降低排烟损失及送、引风机功耗。

2.1 降低飞灰含碳

飞灰含碳损失主要与燃料在炉内燃程长短、炉内供氧程度相关。

影响燃料在炉内燃程的因素有燃煤挥发分、煤粉细度、风粉混合物温度、一次风风速及炉内主燃烧区域温度。拉长燃料在炉内燃程，则燃烧相对充分，飞灰含碳损失相应减小。具体技术手段上考虑：

（1）尽量维持较高的磨煤机出口温度。

（2）煤粉细度尽可能降低。

（3）在控制磨煤机出口温度的基础上尽量降低单磨风量。

（4）在各层燃烧器功率分配上，维持底层磨大功率运行，既可压低燃烧中心高度，拉长物理燃程，又可抬高主燃烧区域温度，使得中上层燃烧器着火点提前。

炉内供氧上，仅从降低飞灰含碳损失角度考虑，抬升总风量即可，若兼顾降低SCR进口NOx排放，则需考虑总风量的合理配置。技术路线上准备按如下方式：

（1）合理配置总的过量空气系数；

（2）通过风煤反向匹配，来控制兼顾燃尽率及NOx排放。

2.2 SCR前NOx排放控制的实现

理论上，NOx生成由两部分构成，一是燃料中N在燃烧中分解氧化后形成NOx，生成量决定于燃料含氮多少，在锅炉总排放中占比很小；占比最多的是燃烧过程中，空气中N氧化后生成NOx，生成量与燃烧强度正相关。所以在电站NOx控制上主要侧重于燃烧强度的控制，通过逐级供风减少局部供氧，降低燃烧强度，实现NOx减排。

#2机组燃烧器设置了OFA，考虑了分级配风，但相应的控制系统或调整方式上没有跟进。首先二次风控制系统上氧量控制没有顾及NOx排放，或者没将NOx作为控制目标之一；小风门控制尚处于手动阶段；此外，没有考虑的层间风煤的配合，各层燃烧器功率是均等分配，配风比例也是均等配置。

新控制系统中，控制SCR前的NOx排放手段，一是根据热态调试，修正二次风控制系统氧量定值，控制各负荷点下过量空气系数，保证全程全炉膛微氧燃烧；二是自动调整主燃烧区域与燃尽区域风量比例，调节控制主燃区域过量空气系数，进而控制NOx生成；三是通过燃烧功率自动调节功能，通过风煤反向匹配，来控制兼顾燃尽率及NOx排放。

3 改造后机组运行情况

新系统投运后，飞灰含碳较之前明显下降，投运后统计数据显示飞灰含碳均值在1.29%，较5月均值下降19%。

SCR入口NOx较原来大幅下降，图2为系统投运前后SCR入口NOx趋势比对。由图可见，不仅平均值大幅下降，入口NOx在变工况下的波动幅度也得到了有效抑制，这能使后续SCR喷氨调节更加平滑可控，有利于NOx终端排放浓度的控制。

图2 新系统投运前后SCR入口NOx历史趋势

图3为投运后NOx趋势，数据显示，全负荷段变负荷下，NOx波幅平稳。趋势图统计周期NOx均值为231 mg/Nm3，较投运前下降近30%。

图3 新系统投运后SCR入口NOx历史趋势

SCR入口NOx控制意义：一是降低SCR喷氨耗量，降低SCR运营成本；二是喷氨耗量的降低及入口NOx波幅降低，使得氨逃逸率下降，有利于防止空预器堵塞；三是增加SCR床料使用寿命，减少SCR运营耗材成本。后两点需要更长的周期来验证，喷氨流量已经在新系统投运后出现明显下降。

图4是新系统投运前后喷氨流量的变化趋势，投运后下降趋势明显。

新系统投运后，NOx及飞灰含碳同时得到了有效控制，且锅炉相关能耗下降。

经统计，磨煤机功率上升8.5%，送风机功率下降13.6%，引风机汽耗下降10.4%。图5为新系统投运前后引风机汽耗历史趋势，相同负荷下，引风机汽耗下降趋势明显。

图4 新系统投运前后喷氨流量历史趋势

图5 新系统投运前后引风机汽耗历史趋势

4 结论

（1）综合磨煤机、送风机、引风机能耗变动，项目实施后，总体能耗下降折合厂用电率0.073%，折合标煤耗下降0.2 g/kW·h。

（2）新系统投运后送、引风机能耗的明显下降，说明整体烟气量下降，同样排烟温度下，排烟损失降低，炉效增加。

（3）喷氨流量较项目实施前下降27.5%，脱硝费用下降，且将大幅缓解空预器堵塞问题。

（4）在NOx得到有效控制的前提下，目前飞灰含碳较原有水平下降。因来煤种类极多，无法按煤种灰分/发热量予以估算，对此不作煤耗评估。

（5）飞灰含碳受控情况下，SCR入口NOx降低30%，脱硝床料使用寿命延长，空预器堵塞风险降低，存在潜在的经济收益。