劉元斐
(華電國際萊城發電廠,濟南 271100)
國家環保形勢的需要,堅持“人與自然和諧發展”的發展理念,強調“守護青山綠水,建設美麗中國”。降低粉塵等污染物的排放、防止酸雨等有害物質的產生,環保排放達標是企業可持續發展的必然之路。
環保意識提升的需要。由于萊城電廠地處濟南萊蕪主城區,周邊生活小區逐漸增多,居民環保意識逐漸提高;同時上級公司對環保要求越來越高,監督和處罰都越來越嚴。因此,需要進一步提升環保意識,確保環保設備的安全可靠運行。
提升環保工作水平的需要。萊城電廠各級部門越來越重視環保參數的控制,在控制好脫硝入口NOx生成的前提下,進一步控制脫硝出口NOx的排放,將環保外傳超標等同于一類障礙,考核堪比非停。
根據DL/T296—2011《火電廠煙氣脫硝技術導則》,萊城電廠能夠達標排放,但近幾年環保部門為了適應社會發展的需要要求超低排放,萊城電廠規定NOx超低排放低于50(mg·m-3)/h[1]。但由于參數失真、管路堵塞、負荷大幅波動等原因,排放外傳值超標狀況時有發生,為環保工作帶來壓力。精準化調整脫硝排放小時值,降低排放超標小時數甚至零超標是企業今后持續發展的長期目標。為達到節能環保的目的,深挖節能降耗潛力,對2018年以來該廠影響超標的原因進行統計,見表1。
表1 影響外傳分鐘值超標的原因統計
探討降低入口NOx數值的同時,選擇最佳的噴氨量,防止過量的噴氨造成空預器生成硫酸氫銨堵塞空預器,不利于經濟運行。綜合考慮噴氨的利弊,將NOx出口小時值定為35~40(mg·m-3)/h,運行指標評價系統將NOx出口分鐘排放值控制在35±1(mg·m-3)/h滿分考評。
分析超標因素和機組運行過程中引起參數波動的工況等因素,對影響外傳分鐘值超標的原因進行剖析[2]。查找可控控制因素,見表2。
表2 影響外傳排放分鐘值的末端因素可控分析表
在煤質無法干預情況下,運行調整操作中防止NOx超標,通過2018年超標分析,提高噴氨可控度,制定改進措施。
在確認DCS畫面各個數據顯示正常情況下,建議在電腦屏幕增加環保網站的同步小時值,光子牌顯示外傳小時值超標報警(超標發紅)以及脫硝畫面兩側NOx出口數值;同時建議熱控部門在不增加就地設備的前提下,在原脫硝系統對噴氨調閥增加優化調整程序,在原脫硝系統畫面增設投停模塊,方便運行人員根據實際狀態進行解投操作。
增加電腦顯示屏,顯示與環保網站實時的NOx小時值,便于運行人員實時分析調整NOx分鐘值,及時調整噴氨量定值,保證整個時段的外傳可靠。
如圖1所示,將入口NOx作為前饋量引入調閥動作程序中,入口NOx濃度預估:鍋爐燃燒產生的NOx量與鍋爐燃燒的各種參量相關,在鍋爐負荷較大時,產生的NOx量較大。根據鍋爐燃燒狀態和出口NOx量的相關性分析,建立鍋爐燃燒與NOx產生量模型,從而預估出口NOx量,減少NOx含量測量延遲對控制系統的影響。前饋量的補償優化調閥動作,集控畫面增加調閥按鈕,方便操作。
圖1 調閥控制邏輯示意圖
隨著閥門的增多,結晶或異物堵塞管路,造成噴氨降低。需要及時準確判斷出堵塞部位,及時隔離,調整相應閥門,保證供氨量,防止排放超標。這需要運行人員就地快速操作,否則SCR入口NOx在300~500 mg/m3運行狀態下,10 min左右可造成排放超標[3]。
3號、4號機組距離液氨站相對較遠,供氨管路距離長,易發生壓力降低等異常。根據以往檢修經驗,敲擊管路易出現堵塞部位,壓力會出現回升。曾經出現脫硝噴氨母管隔離門后法蘭處未檢測到漏汽及滴水現象,管路完全堵塞。冬季噴氨管路更易發生結晶,需要引起相關部門重視,同時化學工作人員對蒸發器的操作也會易引發管路供氨壓力波動。
在確認各項DCS數據顯示無誤的狀況下,管路堵塞時(主要發生在管路截止閥部位),運行就地進行調整。
檢查發現A側出口NOx持續升高時,投自動的噴氨調閥開大,噴氨量不升反降。判斷A側噴氨管路出現堵塞,立即敲擊管路易出現堵塞部位,壓力若未出現回升,聯系檢修處理。
就地打開A側噴氨調閥旁路門,注意噴氨量的變化,若噴氨量增加,則表明噴氨調閥處出現堵塞,關閉噴氨調閥前后隔離門,利用旁路閥手動調節噴氨量。手動控制噴氨量時,應緩慢調整,防止旁路閥開關幅度過大。
若旁路閥打開后噴氨量無變化,則判斷為噴氨管路三通后逆止門發生堵塞,此時應關閉A氨/空氣混合器供氨逆止門后隔離門,打開A、B供氨管道聯絡門,通過B側供氨管路向兩側噴氨。
單側供氨期間,應通過燃燒調整,適當降低脫硝入口NOx,盡量降低兩側的噴氨量,防止脫硝參數超標。同時關小B側供氨聯絡門后隔離門,保證A側流量。
若上述操作仍不能降低SCR出口數值,則判斷為聯絡門后閥門及管路堵塞,將堵塞部位隔離后,確保氨氣無泄漏情況下,聯系檢修處理。
改進措施:C1小油槍點火開機,2019年為了提高機組調峰時脫硝入口煙溫及再熱蒸汽溫度,在3號、4號爐小修期間,改進低負荷穩燃燃燒器:C1層換成富氧微油燃燒器;C2層分級成C21和C22兩層一次風燃燒器為高位燃燒分級燃燒器,用煤粉分級轉換器將頂部一路煤粉燃料分為純濃、純淡兩路,煤粉燃燒器由原先的6層改造為7層,保證高效、低氮燃燒[4]。在各部門的配合下,進行了啟動參數對比。2019年將3號機組C1小油槍點火啟動與A2小油槍點火啟動過程的脫硝入口溫度進行對比,見表3。
表3 脫硝入口煙溫不同啟動方式對照表
從表3數據對比分析,采用C1小油槍啟動比A2小油槍點火啟動時,脫硝入口煙溫升高20 ℃以上。提前投入脫硝系統,進一步提高了催化劑的效率,降低了外傳NOx超標量。
二次風系統改為“縮腰型”配風[5]。因投運脫硝系統爐膛改變了原有設計,二次風配風發生變化。提出風箱配風方式的改進方法:盡量控制兩側SOFA風開度在60%以上。SOFA風開大的過程中,監視爐膛各角風箱壓力,控制風箱壓力不低于0.5 kPa。輔助風風門在60%左右,同時根據負荷及SCR入口NOx濃度狀況確定具體的開度,保持“縮腰型”配風。通常,低負荷開大AA風門對降低SCR入口NOx濃度的影響比高負荷時大,及時地調整二次風擋板開度。由數據統計表明,能有效地降低了NOx的生成,如圖2所示。
圖2 二次風系統調整圖
運行人員根據負荷和相關的測點顯示,對SCR入口NOx排放量波動趨勢預判,對噴氨量進行動態預估,以及儀表吹掃工況下分鐘值控制更加精細,與2018年同期比較,震蕩波幅顯著減小,防止小時值超標成效顯著。2019年上半年2臺機組均無NOx小時值超標發生,環保壓力減小。
2019年上半年日均噴氨量統計數據見表4。
表4 3號、4號爐日均噴氨量對比表
由表4可知,在調整運行操作后,2臺爐噴氨量下降明顯,因為目前只有3號爐加裝脫硝優化邏輯,相比4號爐降低明顯,加上4號機組在一季度多次參與低負荷調峰,噴氨量偏大,其中3號爐日均噴氨量5個月減少603 kg,每月日均噴氨量減少約120 kg,半年可節約成本6.48萬元。通過精細化調整的實施,節省了發電成本,達到節能環保目的。
采用改進措施后,正常調整后,2臺機組全年可節約液氨支出25.9萬元。
精益調整鍋爐配風,應用“束腰型”配風,保持最佳爐膛氧量,及時調節風量,保證了二次風剛性與燃燒的完全性,確保了噴氨量的有效下降和環保參數的“零”次超標,機組運行穩定。
2臺機組外傳NOx全年無超標,環保壓力降低,企業獲得較高的社會認可度。
通過綜合改進優化,萊城電廠二期2臺330 MW燃煤發電機組脫硝NOx外傳超標次數明顯降低,并取得了較好的經濟價值和安全價值,企業社會效益提高。此應用實例,經驗證改進和規范整理,形成標準化措施文件,為一期2臺機組規范化運行管理提供指導。