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通過燃煤火電廠調(diào)研,調(diào)取火電機(jī)組實時監(jiān)控數(shù)據(jù),獲取555臺次火電機(jī)組停機(jī)過程的NOx排放濃度小時均值及其超標(biāo)時長信息,機(jī)組容量涵蓋50MW-1000MW。數(shù)據(jù)顯示:停機(jī)過程N(yùn)Ox排放濃度小時均值超標(biāo)小時數(shù)在0-8小時之間,69.02%臺次未超標(biāo),18.55%超標(biāo)1小時,超標(biāo)2小時及以上的占12.43%;NOx最大排放濃度小時均值在0.86-478.43mg/m3之間,其中49.52%的NOx最大濃度在50mg/m3以下,達(dá)到超低排放的濃度限值要求,有16.95%超過200mg/m3;超標(biāo)時長超過1小時及最大排放濃度小時均值在200mg/m3以上的在200MW及1000MW等級機(jī)組中所占比例較高;執(zhí)行超低排放限值的機(jī)組停機(jī)過程未超過限值的臺次達(dá)73%以上。
1引言
當(dāng)前,燃煤電廠主要采用“低氮燃燒+選擇性催化還原(SCR)”技術(shù)控制氮氧化物,少數(shù)電廠采用“低氮燃燒+選擇性非催化還原(SNCR)”或“低氮燃燒+選擇性催化還原(SCR)+選擇性非催化還原(SNCR)”技術(shù)。
因受脫硝技術(shù)發(fā)展水平的限制,主要是采用SCR技術(shù)其催化劑受煙氣溫度條件的制約,燃煤火電機(jī)組在啟?;虻拓?fù)荷運行(如機(jī)組負(fù)荷降至50%甚至更低)等非正常工況階段,煙氣溫度達(dá)不到脫硝催化劑的反應(yīng)溫度(310℃),煙氣脫硝設(shè)施無法正常投入運行。因此,在燃煤機(jī)組停機(jī)解列前一段時間內(nèi)NOx排放濃度超過標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值(或超過超低排放限值)現(xiàn)象還普遍存在,是導(dǎo)致煤電機(jī)組NOx排放整體達(dá)標(biāo)(達(dá)超低排放限值)率低于二氧化硫(SO2)和煙塵的重要因素。為此,本文通過調(diào)研與實時監(jiān)控數(shù)據(jù)收集,針對燃煤火電機(jī)組停機(jī)過程中的NOx排放特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析,以期對燃煤電廠進(jìn)一步優(yōu)化脫硝設(shè)施運行,已及環(huán)保部門提高NOx排放監(jiān)管的科學(xué)性、有效性提供參考。
2研究內(nèi)容與數(shù)據(jù)采集
本文主要研究燃煤火電機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox排放特征,通過調(diào)取燃煤火電機(jī)組實時監(jiān)控數(shù)據(jù),獲取了2017年1月1日至9月30日期間557臺次機(jī)組停機(jī)過程中的NOx排放信息。機(jī)組容量范圍覆蓋50MW-1000MW,其中,200MW等級及以下機(jī)組臺次數(shù)占11.13%,300MW等級機(jī)組占56.37%,600MW等級機(jī)組占28.37%,1000MW等級機(jī)組占4.13%。
調(diào)研機(jī)組目前執(zhí)行的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了200mg/m3、100mg/m3及50mg/m3(超低排放限值)。經(jīng)數(shù)據(jù)識別,剔除因信息傳輸故障等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)無效信息,采集到NOx超標(biāo)小時數(shù)有效的機(jī)組為539臺次,對照機(jī)組當(dāng)前執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn),超標(biāo)小時數(shù)范圍在0-8小時之間;剔除因信息傳輸故障、監(jiān)測儀器故障、停機(jī)過程中空氣過程系數(shù)較高導(dǎo)致折算濃度失真等因素引起的數(shù)據(jù)無效信息,采集到NOx排放濃度有效的機(jī)組為525臺次,機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值范圍在0.86-478.43mg/m3之間。
3數(shù)據(jù)分析
3.1NOx排放超標(biāo)小時數(shù)情況
采集停機(jī)過程N(yùn)Ox超標(biāo)小時數(shù)有效的機(jī)組為539臺次,超標(biāo)小時數(shù)統(tǒng)計情況見表1。根據(jù)達(dá)《火電行業(yè)排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于火電機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox排放標(biāo)判定的有關(guān)規(guī)定,機(jī)組停機(jī)過程以機(jī)組解列前出力降到額定功率的50%算起,原則上停機(jī)時間不超過1小時,可不作為NOx排放達(dá)標(biāo)判定依據(jù),即停機(jī)過程可豁免1小時。
表1機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox超標(biāo)小時數(shù)統(tǒng)計表
上述機(jī)組停機(jī)過程中,共有372臺次未出現(xiàn)NOx濃度小時均值超標(biāo),占到有效臺次的69.02%,200MW等級及以下、300MW等級、600MW等級、1000MW等級機(jī)組均有不超標(biāo)的情況,各自比例分別為58.62%、72.49%、69.13%和47.83%。
超標(biāo)小時數(shù)僅1小時的臺次數(shù)達(dá)到總臺次的18.55%。200MW等級及以下、300MW等級、600MW等級、1000MW等級機(jī)組超標(biāo)1小時的臺次分別占各自比例為18.97%、17.15%、22.15%、13.04%。
超標(biāo)小時數(shù)在2小時及以上的臺次數(shù)為總臺次的12.43%。200MW等級及以下、300MW等級、600MW等級、1000MW等級機(jī)組超標(biāo)2小時級以上的臺次分別占各自比例為22.41%、10.36%、8.72%、39.13%。由此可見超標(biāo)時長較多的主要為1000MW和200MW及以下等級機(jī)組,但200MW、300MW、600MW都出現(xiàn)了超標(biāo)時長達(dá)4小時以上的情況,尤其是有1臺330MW機(jī)組出現(xiàn)了8小時的超標(biāo)情況,1000MW機(jī)組最長超標(biāo)時長為3小時。
圖1各等級機(jī)組停機(jī)NOx超標(biāo)小時數(shù)分布圖
圖2各等級機(jī)組停機(jī)NOx超標(biāo)小時數(shù)統(tǒng)計占比圖
3.2NOx排放濃度情況
采集停機(jī)過程N(yùn)Ox排放濃度有效的機(jī)組為525臺次,其中執(zhí)行50mg/m3(超低排放限值)的289臺次,執(zhí)行100mg/m3的115臺次,執(zhí)行200mg/m3的121臺次。NOx最大排放濃度小時均值范圍在0.86-478.43mg/m3之間,最大排放濃度小時均值分布情況如圖3所示,各等級機(jī)組最大排放濃度小時均值范圍統(tǒng)計情況見表2,其中,小于50mg/m3區(qū)間的占到接近一半,達(dá)49.52%,在50-100mg/m3、100-200mg/m3區(qū)間的比例分別為19.24%、14.29%,但仍有16.95%的停機(jī)過程N(yùn)Ox最大濃度超過了200mg/m3。
圖3機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值分布情況
表2機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值范圍統(tǒng)計表
將停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值控制在在50mg/m3以下的臺次數(shù)為260,占49.52%,其中300MW等級機(jī)組達(dá)到該水平的占比最高,達(dá)55.56%,600MW、1000MW等級機(jī)組也將近一半,分別達(dá)到47.62%和47.83%,只有臺次數(shù)200MW等級及以下機(jī)組僅有24.14%的機(jī)組將停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值在50mg/m3以下。
最大排放濃度小時均值范圍在50-100mg/m3之間共計101臺次,占19.24%,其中有68臺次當(dāng)前執(zhí)行100mg/m3或200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn),不屬于超標(biāo)排放;機(jī)組等級分布上,以300MW、和600MW等級機(jī)組為主,都超過了該等級機(jī)組臺次總數(shù)的兩成,分別為20.54%和24.49%,200MW等級及以下和1000MW等級機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox排放最大濃度無在此范圍內(nèi)的比例分別為5.17%、4.35%。
最大排放濃度小時均值范圍在100-200mg/m3之間的有75臺次,占14.29%,其中48臺次當(dāng)前執(zhí)行200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn),不屬于超標(biāo)排放;機(jī)組等級分布情況為200MW等級及以下機(jī)組比例最高,達(dá)到36.21%,1000MW等級機(jī)組次之,為17.39%,600MW等級機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox排放最大濃度在此范圍的臺次比例最低,僅為9.52%。
停機(jī)過程N(yùn)Ox最大濃度超過200mg/m3以上的機(jī)組共89臺次,占16.95%,其中有32臺次當(dāng)前執(zhí)行50mg/m3的超低排放限值,25臺次執(zhí)行100mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn),32臺次執(zhí)行200mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn);在機(jī)組等級方面,200MW等級及以下機(jī)組最多,占到該等級機(jī)組臺次的34.48%,其次為1000MW等級機(jī)組,占30.43%,300MW等級、600MW等級機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大濃度在200mg/m3以上的機(jī)組臺次比例較低,分別只有11.78%、18.37%的臺次將。
圖4各等級機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度分布圖
圖5各等級機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度統(tǒng)計占比圖
從采集停機(jī)過程N(yùn)Ox排放濃度有效的525臺次機(jī)組目前執(zhí)行的排放限值來看,其中執(zhí)行50mg/m3(超低排放限值)的289臺次,執(zhí)行100mg/m3的115臺次,執(zhí)行200mg/m3的121臺次,各類機(jī)組停機(jī)過程最大排放濃度小時均值分布情況如圖6所示。各類型機(jī)組最大排放濃度小時均值范圍統(tǒng)計情況見表3。
圖6機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值分布情況(按執(zhí)行排放限值類型分)
表3機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度小時均值范圍統(tǒng)計表(按執(zhí)行排放限值類型分)
在執(zhí)行50mg/m3排放限值的超低排放機(jī)組中,有211臺次將停機(jī)過程中的NOx最大排放濃度小時均值在50mg/m3以下,實現(xiàn)了超低排放,占全部執(zhí)行該排放限值機(jī)組臺次的73.01%,排放濃度處于50-1000、100-200mg/m3臺次數(shù)分別占11.42%、4.50%,還有11.07的臺次數(shù)的最大排放濃度小時均值超過了200mg/m3。
在執(zhí)行100mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組中,有78臺次在停機(jī)過程中也實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放,占比達(dá)到67.82%,其中有36臺次濃度低于50mg/m3,排放超標(biāo)的機(jī)組臺次比例為32.18%,其中20.87%排放濃度超過200mg/m3。
在執(zhí)行100mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組中,有88臺次在停機(jī)過程中也實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放,占比為72.73%,其中排放濃度低于50mg/m3和處于50-100mg/m3之間的機(jī)組臺次比例分別為10.74%、21.49%,另有27.27%的臺次數(shù)在停機(jī)過程N(yùn)Ox排放超標(biāo)。
圖7各類機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox最大排放濃度分布圖
圖8各類機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox超標(biāo)小時數(shù)統(tǒng)計占比圖
4結(jié)論與建議
4.1主要結(jié)論
近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),全社會電力需求趨緩,同時因大力發(fā)展清潔能源并優(yōu)先上網(wǎng),燃煤發(fā)電機(jī)組年利用小時數(shù)有所下降,且受電網(wǎng)深度調(diào)峰需求,煤電機(jī)組啟停機(jī)較往年頻繁,部分地區(qū)中小容量機(jī)組(300MW等級及以下)在此次調(diào)研期間的啟停機(jī)周期甚至小于1個月,頻繁的啟停機(jī)對氮氧化物排放控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
其次,為貫徹落實《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)[2015]164號)精神,超低排放改造在全國范圍內(nèi)全面推進(jìn),此次調(diào)研期間大量的煤電機(jī)組恰逢完成超低排放改造,剛因投入運行初期仍在進(jìn)行脫硝系統(tǒng)調(diào)試,或利用機(jī)組啟停機(jī)階段開展性能試驗等工作需要,導(dǎo)致部分電廠還存在較長時間的NOx超標(biāo)排放。同時,也存在部分電廠完成了超低排放改造,但還未正式驗收執(zhí)行超低排放限值,因此,從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,存在一定比例執(zhí)行100、200mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組在停機(jī)過程也將NOx排放濃度控制在了50mg/m3以下。
調(diào)研期間因機(jī)組停機(jī)過程出現(xiàn)的NOx排放濃度超標(biāo)的小時數(shù)跨度較大,此與機(jī)組規(guī)模、停機(jī)前的狀態(tài)等因素密切相關(guān),如停機(jī)前穩(wěn)定負(fù)荷率、降負(fù)荷速度、正常或非正常停機(jī)等。一般情況下,機(jī)組停機(jī)過程負(fù)荷降至35%到解列能在1小時內(nèi)完成,大部分機(jī)組從負(fù)荷降至50%到解列需耗時2小時,極少機(jī)組也能在1小時內(nèi)完成。但在調(diào)研統(tǒng)計期間,存在部分?jǐn)?shù)機(jī)組長期在較低、甚至低至50%左右負(fù)荷下運行,脫硝系統(tǒng)本身就在運行條件的臨界點附近,在停機(jī)過程負(fù)荷加速降低前,脫硝系統(tǒng)已較長時間處于非正常運行狀態(tài),也存在部分高等級機(jī)組在停機(jī)前處于高負(fù)荷甚至滿負(fù)荷運行狀態(tài),因大參數(shù)機(jī)組難以在短時間內(nèi)快速降負(fù)荷到解列停機(jī),也會出現(xiàn)停機(jī)過程N(yùn)Ox排放濃度超標(biāo)超過1小時的情況。
鑒于低氮燃燒技術(shù)的普遍采用,煙氣脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度得到了較好的控制,從此次調(diào)研數(shù)據(jù)來看,在煙氣溫度降至SCR脫硝系統(tǒng)不滿足運行條件的情況下,也基本杜絕了煙氣排口NOx濃度異常高值的出現(xiàn)。
4.2主要建議
燃煤火電機(jī)組在保證正常運行時實現(xiàn)NOx穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時,也應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox排放的控制。
技改機(jī)組應(yīng)采用與執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)的NOx控制技術(shù)路線,優(yōu)先選用成熟技術(shù),保證工程建設(shè)、設(shè)備安裝質(zhì)量及脫硝催化劑等核心部件質(zhì)量,進(jìn)行充分的調(diào)試和性能試驗,并在運行過程中持續(xù)優(yōu)化、改進(jìn)。
在運機(jī)組應(yīng)加強(qiáng)對脫硝系統(tǒng)的監(jiān)控、優(yōu)化運行管理,對脫硝系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)行定期檢查、維護(hù),提高脫硝系統(tǒng)對負(fù)荷變化的響應(yīng)能力。
對于為滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求的啟停機(jī)任務(wù),提前做好預(yù)案,合理安排本廠多臺機(jī)組的運行負(fù)荷分配,在保證各機(jī)組安全運行和脫硝設(shè)施正常的前提下,爭取需停機(jī)備用的機(jī)組盡快降負(fù)荷,迅速解列停爐,盡量減少機(jī)組停機(jī)過程N(yùn)Ox超標(biāo)時長、降低超標(biāo)幅度。
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