【摘要】
京能涿州热电联产一期2×350MW超临界机组，NOx超低排放按照DB11/847-2011《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》不高于30mg/Nm3（标态）执行。针对实际运行过程中氮氧化物小时均值超标的现象，采取逻辑优化、精细化控制的方法，进行了现场优化实施，提高脱硝系统运行稳定性，实现了NOx超低排放值达标，且减少瞬时超标的现象，降低了运行人员操作调整的工作量，在脱硝系统稳定运行及安全性方面取得了良好的实践效果。
【关键词】 NOx 超低排放 逻辑优化 精细化控制 实践
京能涿州热电联产一期2×350MW超临界空冷燃煤供热机组，超临界参数、一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风，固态排渣，紧身封闭，全钢构架的π型直流炉。烟气脱硝系统采用选择性催化还原法(SCR)，系统布置于省煤器之后，空预器之前，属于高尘布置方式。还原剂制备采用尿素水解制氨，在锅炉最大工况(BMCR)、处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于91%，同时保证在SCR入口NOx浓度为300mg/Nm3（6%氧量，干基）时，保证SCR出口NOx浓度不高于27mg/Nm3（6%氧量，干基）。催化剂层数按“2＋2”布置，采用板式催化剂，不设置SCR反应器烟气旁路。
1号、2号机组2018年全部转入商业运行，实现了NOx超低排放≤30mg/Nm3的标准，但出现月度总排NOx超低排放小时值均值超标的现象。为了提高脱硝系统运行的稳定性，实现NOx超低排放小时达标，减少瞬时超标次数及幅值，最大限度发挥脱硝系统的潜力，根据现场分析超标原因，采取控制策略逻辑优化，运行配合实践精细化启停磨煤机操作方法，解决NOx排放超标，瞬时值超标的次数及幅值，实现燃煤电厂超临界锅炉精细化控制 NOx超低排放实时达标的优化。
1脱硝系统运行存在的主要问题
1.1总排出口NOx数据小时均值超低排放未达标
2018年累计统计总排出口NOx数据小时均值超标＞30 mg/Nm3未享受环境保护税减免的 5次，主要原因：1）1次磨煤机加载油泄漏，2）1次是降负荷，A侧SCR入口烟温低305℃保护关氨气流量阀造成超标。3）机组负荷降至175MW，A侧SCR出口烟气NOx仪表反吹前显示数值29mg/ Nm3，反吹结束显示数值突增140mg/ Nm3，导致总排小时均值2:00～3:00超标，NOx数值33.58mg/ Nm3。4）机组启动投入脱硝系统5小时，尿素溶液管道泄漏，冲洗管道后进行处理过程中，AGC涨负荷水解器氨气蓄能不足导致总排超标。5）机组运行中A侧氨气流量调整阀堵塞异物，就地将A侧喷氨调整阀旁路打开，总排小时均值超标32.68mg/Nm3。
1.2总排出口NOx数据瞬间值超标＞30 mg/Nm3次数频繁
按班次进行总排出口NOx数据瞬间值统计，8小时瞬间值超标≥30 mg/Nm3严重8至10次。选1号机组2018年11月2日后夜班次分析，0:00-4:00A侧出口NOX是连续几字形波峰摆动8次，2次总排超标，4:00-8:00分B侧出口NOx摆动3次,总排超标1次。8:10 A侧出口NOx摆动同时B侧出口NOx喷吹，总排超标2次。8:50分 A侧出口NOx摆动，总排超标1次。后夜班8小时总排NOx浓度瞬时超标6次，主要是单侧NOx数值波动及喷吹影响。具体情况分析如下：
现象1：1号机组负荷稳定，总煤量没有变化，脱硝入口NOx 微升20～30mg/Nm3，氨气调门动作2%左右，流量增加，总排NOx浓度超标3分钟34.7mg/ Nm3。
现象2：2号机组负荷稳定、总煤量稳定，脱硝入口NOx数据无大波动，A侧出口NOx突升2分钟后，B侧出口NOx数据由12突升至24mg/ Nm3，导致总排超标。前夜班16:00-24:00期间共超标5次，主要是A侧出口NOx突升导致总排NOx浓度瞬时超标。
现象3：AB侧脱硝入口喷吹重叠3分钟，喷吹过程中A侧脱硝出口上升，喷氨流量反而下降，调门关小，造成总排超标32.7mg/ Nm3。A侧出口突升多次，造成总排NOx浓度瞬时超标。
1.3启停磨煤机造成总排出口NOx浓度瞬时值超标
2018年11月4日1号机组0:00～8:00升降负荷，启停5号磨，调节品质不佳，总排共6次超标，NOx最高73 mg/m3，最低3.5mg/m3。8:00～16:00升降负荷175～350MW，总排瞬时值超标共4次。
2号机组0:00～8:00负荷175至292MW之间变化，总排超限7次，其中1次时停5号磨总排出口NOx浓度瞬时值超标。8:00～16:00开5号磨涨负荷，9:12分A侧出口变化大，总排瞬时值超标1次。16:00～20:00负荷稳定，A侧出口NOX波动大，B侧出口NOX波动小于A侧，总排瞬时值超标5次，20:00至24点共4次涨落负荷总排瞬时值超标。
2脱硝系统逻辑优化控制及精细化操作实践
2.1NOx仪表数值波动及喷吹影响的解决策略
因CEMS仪表在定期自动吹扫时，测量值会维持当前值，如果此时锅炉运行工况波动，待吹扫结束后，NOx浓度测量值会突变，引起脱硝系统工况剧烈波动。为解决单侧NOx数值波动及表计喷吹影响，定期进行NOx仪表维护检查；将单元脱硝表计、总排表计喷吹时间调整在每小时前段，错开喷吹时间。
脱硝均布试验每月1次，根据机组启停、环保测试等需要随时增加测试。开展定期进行氨逃逸手工测试校对在线氨逃逸数据。2019年6月19日投入1号机组多点巡测仪表，显示NOx数据与锅炉A/B侧数据接近，增加监控辅助手段，防止瞬时超标氨量过喷造成的逃逸。
2.2NOx自动调节品质控制优化策略
将原PID调节方式优化为物料平衡加PID调节方式：氨需量 = 经公式计算所得氨需量基础值+锅炉出口NOX实际值和设定值的偏差经PID运算的输出+脱硝出口NOX微分前馈。
2018年12月份先在1号机组进行逻辑优化比较，优化计算所得氨需量与原PID调节所得氨需量对比情况 ，根据对比效果，切换现场控制逻辑进入实际调节阶段，观察调节效果。
稳定工况时，两种方法所得氨需要量基本一致。锅炉出、入口NOX波动时，优化计算所得氨需量与PID调节所得氨需量对比 ，优化计算所得氨需量较为平稳，会减少喷氨量变化引起的对出口NOX的波动。
出口NOX吹扫时，优化计算所得氨需量可以根据实际入口NOX浓度计算氨需量，减缓维护完成后，数据的突变。同样当入口NOX吹扫时，优化后依然可以通过出口NOX实际值和设定值的偏差来调节出口NOX浓度。
2.3精细化操作启停制粉系统减小氮氧化物波动策略
机组正常运行中，启、停、倒换磨煤机是锅炉日常频繁性的操作， NOx瞬时超标多数是发生在启、停、倒换这个阶段。梳理操作过程、寻找规律，精细化启停磨操作，减小氮氧化物波动。
2.3.1启停磨煤机对NOx生成量影响的主要因素
启磨后或停磨前低煤量维持时间过长，造成NOx总排瞬时超限。磨煤机启动2分钟后，煤量17t/h，A、B侧SCR入口烟气NOx含量开始上升，NOx总排最高31mg/Nm3，达到一个峰值，煤量22t/h时开始下降，煤量26t/h时恢复正常值。
启停磨煤机过程中一次风量维持过大，造成NOx总排瞬时超限。由图9可看出，4号磨煤机停止12分钟后，4号磨煤机一次风量仍保持37t/h，A、B侧SCR入口烟气NOx含量开始上升，一次风量减至20t/h，NOx总排最高32mg/Nm3，达到一个峰值，随后逐渐下降至正常值。
2.3.2运行精细化操作启、停倒换磨煤机操作实践
启、停或磨倒换过程中，低煤量维持的时间越长，或者停磨后维持较高的一次风量，两侧 NOx生成量就越多，所需喷氨量就越多。针对启停磨中 2个主要影响NOx的生成因素，运行人员实践精细化操作，启磨过程中采取措施，应尽量避免煤量长期在20t/h以下运行；降负荷过程中及时停磨，避免各台磨煤机带低煤量长时间运行，时间控制在3～5分钟。避免大风量启磨及停磨后保持大风量运行时间过长（≯5min）；及时调整氧量，维持主燃烧区的还原性气氛。缩短操作时间减少无用风，从机组纯凝工况、到供热工况，运行精细化操作启停倒换磨煤机的效果如下：
2019年7月4日1号机组纯凝工况8:00～16:00负荷175至339MW之间变化，总排超限3次，其中2次是表计喷吹后数据变化，1次是减负荷后升负荷，在启停3号磨总排出口NOx浓度瞬时值均未超标。
2019年7月15日2号机组纯凝工况9:00开涨负荷5号磨，总排NOx 瞬时值最高28.3 mg/ Nm33没有超标现象。
2019年11月12日1号机组供热期间16:00～24:00负荷175至268MW之间变化，开1号磨1次，开2号磨停1号磨1次，总排出口NOx浓度瞬时值均未超标。
2019年11月18日2号机组供热期间8:00～16:00负荷177至297MW之间变化，停5号磨1次，开5号磨1次，开停磨过程总排出口NOx浓度瞬时值均未超标，但有1次喷吹后瞬时值超标最高值33.07 mg/ Nm3。
3结论
3.1总排出口NOx数据小时均值超低排放达标
从2018年11月开展脱硝系统精细化控制实现 NOx超低排放实时达标工作，经过逻辑优化及运行精细化调整，截至目前未发生超低排放超标现象，1至11月每个月小时均值超低排放均达标合格，公司享受环境保护税减免优惠。
3.2总排出口NOx数据瞬间值超标＞30 mg/Nm3频次明显减少
脱硝系统逻辑优化控制及运行精细化操作实践以来，两台机组经过纯凝工况、供热工况的变化，脱硝系统适应机组AGC负荷变化、频繁启停制粉系统的剧烈变化工况，有效降低了NOx瞬间超标次数；提高了NOx调节的精度。
.png)
3.3启停磨煤机造成总排出口NOx浓度瞬时值超标频次降低
精细化操作启停制粉系统减小氮氧化物波动以来，在机组纯凝工况AGC负荷175-350MW区间变化时，8小时1班次启停磨最高可达6次；到供热工况机组负荷相对稳定，8小时1班次启停磨1-2次，运行精细化操作启、停倒换磨煤机按班次总排出口NOx数据瞬间值统计，由原8小时瞬间值超标＞30 mg/Nm3严重8至10次，降至目前1至3次。在优化前变负荷过程中，运行人员频繁手动修改锅炉A、B侧出口NOx设定值，避免总排超标，优化后启停磨煤机适应负荷变化， 操作过程兼顾NOx，不进行人为干预。虽然偶尔有瞬时超标，但幅值大幅降低，小时均值超低排放达标。
参考文献
【1】范剑峰，吴以凡，贾宝荣等.火电厂,选择性催化还原脱硝技术的可行性研究〔J〕.化工时代2005.7.（19）
【2】 赵勇刚，武建忠，赵忠生，等.电站锅炉脱硝技术综述[Z].杭州：2008.
【3】朱国荣，解永刚.SCR技术应用于国内大型燃煤电站锅炉的技术探讨[J].电站系统工程.2005,21（3）：37,40.
【4】 吕宏俊.选择性催化还原脱硝工艺的布置方式及分析[J].中国环保产业.2007（5）：41-45.
【5】王文选，肖志均，夏怀祥.火电厂脱硝技术综述[J].电力设备.2006,7（8）：1-5.