摘要：通过燃煤火电厂调研，调取火电机组实时监控数据，获取555台次火电机组停机过程的NOx排放浓度小时均值及其超标时长信息，机组容量涵盖50MW-1000MW。数据显示：停机过程NOx排放浓度小时均值超标小时数在0-8小时之间，69.02%台次未超标，18.55%超标1小时，超标2小时及以上的占12.43%；NOx最大排放浓度小时均值在0.86-478.43mg/m3之间，其中49.52%的NOx最大浓度在50mg/m3以下，达到超低排放的浓度限值要求，有16.95%超过200mg/m3；超标时长超过1小时及最大排放浓度小时均值在200mg/m3以上的在200MW及1000MW等级机组中所占比例较高；执行超低排放限值的机组停机过程未超过限值的台次达73%以上。
1引言
当前，燃煤电厂主要采用“低氮燃烧+选择性催化还原（SCR）”技术控制氮氧化物，少数电厂采用“低氮燃烧+选择性非催化还原（SNCR）”或“低氮燃烧+选择性催化还原（SCR）+选择性非催化还原（SNCR）”技术。
因受脱硝技术发展水平的限制，主要是采用SCR技术其催化剂受烟气温度条件的制约，燃煤火电机组在启停或低负荷运行（如机组负荷降至50%甚至更低）等非正常工况阶段，烟气温度达不到脱硝催化剂的反应温度（310℃），烟气脱硝设施无法正常投入运行。因此，在燃煤机组停机解列前一段时间内NOx排放浓度超过标标准限值（或超过超低排放限值）现象还普遍存在，是导致煤电机组NOx排放整体达标（达超低排放限值）率低于二氧化硫（SO2）和烟尘的重要因素。为此，本文通过调研与实时监控数据收集，针对燃煤火电机组停机过程中的NOx排放特征进行了系统分析，以期对燃煤电厂进一步优化脱硝设施运行，已及环保部门提高NOx排放监管的科学性、有效性提供参考。
2研究内容与数据采集
本文主要研究燃煤火电机组停机过程NOx排放特征，通过调取燃煤火电机组实时监控数据，获取了2017年1月1日至9月30日期间557台次机组停机过程中的NOx排放信息。机组容量范围覆盖50MW-1000MW，其中，200MW等级及以下机组台次数占11.13%，300MW等级机组占56.37%，600MW等级机组占28.37%，1000MW等级机组占4.13%。
调研机组目前执行的NOx排放标准涵盖了200mg/m3、100mg/m3及50mg/m3（超低排放限值）。经数据识别，剔除因信息传输故障等导致的数据无效信息，采集到NOx超标小时数有效的机组为539台次，对照机组当前执行排放标准，超标小时数范围在0-8小时之间；剔除因信息传输故障、监测仪器故障、停机过程中空气过程系数较高导致折算浓度失真等因素引起的数据无效信息，采集到NOx排放浓度有效的机组为525台次，机组停机过程NOx最大排放浓度小时均值范围在0.86-478.43mg/m3之间。
3数据分析
3.1NOx排放超标小时数情况
采集停机过程NOx超标小时数有效的机组为539台次，超标小时数统计情况见表1。根据达《火电行业排污许可证申请与核发技术规范》中关于火电机组停机过程NOx排放标判定的有关规定，机组停机过程以机组解列前出力降到额定功率的50%算起，原则上停机时间不超过1小时，可不作为NOx排放达标判定依据，即停机过程可豁免1小时。
表1机组停机过程NOx超标小时数统计表
上述机组停机过程中，共有372台次未出现NOx浓度小时均值超标，占到有效台次的69.02%，200MW等级及以下、300MW等级、600MW等级、1000MW等级机组均有不超标的情况，各自比例分别为58.62%、72.49%、69.13%和47.83%。
超标小时数仅1小时的台次数达到总台次的18.55%。200MW等级及以下、300MW等级、600MW等级、1000MW等级机组超标1小时的台次分别占各自比例为18.97%、17.15%、22.15%、13.04%。
超标小时数在2小时及以上的台次数为总台次的12.43%。200MW等级及以下、300MW等级、600MW等级、1000MW等级机组超标2小时级以上的台次分别占各自比例为22.41%、10.36%、8.72%、39.13%。由此可见超标时长较多的主要为1000MW和200MW及以下等级机组，但200MW、300MW、600MW都出现了超标时长达4小时以上的情况，尤其是有1台330MW机组出现了8小时的超标情况，1000MW机组最长超标时长为3小时。
图1各等级机组停机NOx超标小时数分布图
图2各等级机组停机NOx超标小时数统计占比图
3.2NOx排放浓度情况
采集停机过程NOx排放浓度有效的机组为525台次，其中执行50mg/m3（超低排放限值）的289台次，执行100mg/m3的115台次，执行200mg/m3的121台次。NOx最大排放浓度小时均值范围在0.86-478.43mg/m3之间，最大排放浓度小时均值分布情况如图3所示，各等级机组最大排放浓度小时均值范围统计情况见表2，其中，小于50mg/m3区间的占到接近一半，达49.52%，在50-100mg/m3、100-200mg/m3区间的比例分别为19.24%、14.29%，但仍有16.95%的停机过程NOx最大浓度超过了200mg/m3。
图3机组停机过程NOx最大排放浓度小时均值分布情况
表2机组停机过程NOx最大排放浓度小时均值范围统计表
将停机过程NOx最大排放浓度小时均值控制在在50mg/m3以下的台次数为260，占49.52%，其中300MW等级机组达到该水平的占比最高，达55.56%，600MW、1000MW等级机组也将近一半，分别达到47.62%和47.83%，只有台次数200MW等级及以下机组仅有24.14%的机组将停机过程NOx最大排放浓度小时均值在50mg/m3以下。
最大排放浓度小时均值范围在50-100mg/m3之间共计101台次，占19.24%，其中有68台次当前执行100mg/m3或200mg/m3的排放标准，不属于超标排放；机组等级分布上，以300MW、和600MW等级机组为主，都超过了该等级机组台次总数的两成，分别为20.54%和24.49%，200MW等级及以下和1000MW等级机组停机过程NOx排放最大浓度无在此范围内的比例分别为5.17%、4.35%。
最大排放浓度小时均值范围在100-200mg/m3之间的有75台次，占14.29%，其中48台次当前执行200mg/m3的排放标准，不属于超标排放；机组等级分布情况为200MW等级及以下机组比例最高，达到36.21%，1000MW等级机组次之，为17.39%，600MW等级机组停机过程NOx排放最大浓度在此范围的台次比例最低，仅为9.52%。
停机过程NOx最大浓度超过200mg/m3以上的机组共89台次，占16.95%，其中有32台次当前执行50mg/m3的超低排放限值，25台次执行100mg/m3的排放标准，32台次执行200mg/m3的排放标准；在机组等级方面，200MW等级及以下机组最多，占到该等级机组台次的34.48%，其次为1000MW等级机组，占30.43%，300MW等级、600MW等级机组停机过程NOx最大浓度在200mg/m3以上的机组台次比例较低，分别只有11.78%、18.37%的台次将。
图4各等级机组停机过程NOx最大排放浓度分布图
图5各等级机组停机过程NOx最大排放浓度统计占比图
从采集停机过程NOx排放浓度有效的525台次机组目前执行的排放限值来看，其中执行50mg/m3（超低排放限值）的289台次，执行100mg/m3的115台次，执行200mg/m3的121台次，各类机组停机过程最大排放浓度小时均值分布情况如图6所示。各类型机组最大排放浓度小时均值范围统计情况见表3。
图6机组停机过程NOx最大排放浓度小时均值分布情况（按执行排放限值类型分）
表3机组停机过程NOx最大排放浓度小时均值范围统计表（按执行排放限值类型分）
在执行50mg/m3排放限值的超低排放机组中，有211台次将停机过程中的NOx最大排放浓度小时均值在50mg/m3以下，实现了超低排放，占全部执行该排放限值机组台次的73.01%，排放浓度处于50-1000、100-200mg/m3台次数分别占11.42%、4.50%，还有11.07的台次数的最大排放浓度小时均值超过了200mg/m3。
在执行100mg/m3排放标准的机组中，有78台次在停机过程中也实现了达标排放，占比达到67.82%，其中有36台次浓度低于50mg/m3，排放超标的机组台次比例为32.18%，其中20.87%排放浓度超过200mg/m3。
在执行100mg/m3排放标准的机组中，有88台次在停机过程中也实现了达标排放，占比为72.73%，其中排放浓度低于50mg/m3和处于50-100mg/m3之间的机组台次比例分别为10.74%、21.49%，另有27.27%的台次数在停机过程NOx排放超标。
图7各类机组停机过程NOx最大排放浓度分布图
图8各类机组停机过程NOx超标小时数统计占比图
4结论与建议
4.1主要结论
近年来，随着我国经济发展进入新常态，全社会电力需求趋缓，同时因大力发展清洁能源并优先上网，燃煤发电机组年利用小时数有所下降，且受电网深度调峰需求，煤电机组启停机较往年频繁，部分地区中小容量机组（300MW等级及以下）在此次调研期间的启停机周期甚至小于1个月，频繁的启停机对氮氧化物排放控制带来了巨大的挑战。
其次，为贯彻落实《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》（环发[2015]164号）精神，超低排放改造在全国范围内全面推进，此次调研期间大量的煤电机组恰逢完成超低排放改造，刚因投入运行初期仍在进行脱硝系统调试，或利用机组启停机阶段开展性能试验等工作需要，导致部分电厂还存在较长时间的NOx超标排放。同时，也存在部分电厂完成了超低排放改造，但还未正式验收执行超低排放限值，因此，从统计数据看，存在一定比例执行100、200mg/m3排放标准的机组在停机过程也将NOx排放浓度控制在了50mg/m3以下。
调研期间因机组停机过程出现的NOx排放浓度超标的小时数跨度较大，此与机组规模、停机前的状态等因素密切相关，如停机前稳定负荷率、降负荷速度、正常或非正常停机等。一般情况下，机组停机过程负荷降至35%到解列能在1小时内完成，大部分机组从负荷降至50%到解列需耗时2小时，极少机组也能在1小时内完成。但在调研统计期间，存在部分数机组长期在较低、甚至低至50%左右负荷下运行，脱硝系统本身就在运行条件的临界点附近，在停机过程负荷加速降低前，脱硝系统已较长时间处于非正常运行状态，也存在部分高等级机组在停机前处于高负荷甚至满负荷运行状态，因大参数机组难以在短时间内快速降负荷到解列停机，也会出现停机过程NOx排放浓度超标超过1小时的情况。
鉴于低氮燃烧技术的普遍采用，烟气脱硝系统入口NOx浓度得到了较好的控制，从此次调研数据来看，在烟气温度降至SCR脱硝系统不满足运行条件的情况下，也基本杜绝了烟气排口NOx浓度异常高值的出现。
4.2主要建议
燃煤火电机组在保证正常运行时实现NOx稳定达标排放的同时，也应加强对机组停机过程NOx排放的控制。
技改机组应采用与执行排放标准相适应的NOx控制技术路线，优先选用成熟技术，保证工程建设、设备安装质量及脱硝催化剂等核心部件质量，进行充分的调试和性能试验，并在运行过程中持续优化、改进。
在运机组应加强对脱硝系统的监控、优化运行管理，对脱硝系统设施进行定期检查、维护，提高脱硝系统对负荷变化的响应能力。
对于为满足电网调峰需求的启停机任务，提前做好预案，合理安排本厂多台机组的运行负荷分配，在保证各机组安全运行和脱硝设施正常的前提下，争取需停机备用的机组尽快降负荷，迅速解列停炉，尽量减少机组停机过程NOx超标时长、降低超标幅度。
