CN104456615A - 一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，包括沿炉膛宽度和深度方向上的低氮燃烧系统的配风均匀性优化调试、炉膛高度方向的低氮燃烧系统的配风优化调试、运行氧量优化调试、不同工况下选择性催化还原烟气脱硝系统的氮氧化物的排放分布特性试验、选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨均匀性优化调试、最大喷氨量控制曲线试验及对冲燃烧煤粉锅炉的整体一体化优化调试，可避免上游低氮燃烧系统过于关注对氮氧化物浓度的控制而付出了锅炉效率降低的代价或过于关注锅炉效率从而造成下游选择性催化还原烟气脱硝系统运行压力太大、引起氮氧化物排放浓度超标或氨逃逸超标、影响下游设备安全运行等问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉锅炉的调试方法，具体涉及一种对冲燃烧煤粉锅炉低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的一体化调试方法。
背景技术
为满足国家环保排放标准对氮氧化物排放浓度的控制要求，煤粉锅炉一般采用低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统相结合的技术路线。由于专业划分原因，低氮燃烧系统属于锅炉专业负责，选择性催化还原烟气脱硝系统属于环保专业负责，在整个煤粉锅炉建设完成正式投产前，两个系统均采用分系统单独调试的方法。该方法边界清晰、可操作性强，但由于低氮燃烧系统位于选择性催化还原烟气脱硝系统烟气流程的上游，其运行状态的变化对于选择性催化还原烟气脱硝系统的运行边界条件产生了直接且重大的影响，直接影响了选择性催化还原烟气脱硝系统的各项性能指标。对冲燃烧锅炉因其低氮燃烧系统固有的结构特点，不同燃烧工况下选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物排放水平及其分布特点的差异尤为明显。因此，对于对冲燃烧煤粉锅炉，传统的分系统单独调试方法虽然能够实现低氮燃烧系统和选择性催化还原烟气脱硝系统的独立优化，但无法实现其整体运行指标的综合优化，即无法在锅炉运行的经济指标和环保指标之间取得最佳的平衡点。
发明内容
本发明的目的旨在针对上述现有技术中的不足之处，提供一种既可实现低氮燃烧系统和选择性催化还原烟气脱硝系统各自优势的有机结合，又可避免上游低氮燃烧系统过于关注对氮氧化物浓度的控制而付出了锅炉效率降低的代价或过于关注锅炉效率而造成下游选择性催化还原烟气脱硝系统运行压力太大、引起氮氧化物排放浓度超标或氨逃逸超标、影响下游设备安全运行等问题的对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来达到：
本发明提供一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，所述对冲燃烧煤粉锅炉包括低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统，包括以下步骤：
S1、沿炉膛宽度和深度方向上的低氮燃烧系统的配风均匀性优化调试；
S2、炉膛高度方向的低氮燃烧系统的配风优化调试；
S3、运行氧量优化调试；
S4、不同工况下选择性催化还原烟气脱硝系统的氮氧化物的排放分布特性试验；
S5、选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨均匀性优化调试；
S6、最大喷氨量控制曲线试验；
S7、对冲燃烧煤粉锅炉的整体一体化优化调试。
进一步地，所述步骤S1通过采取差异化配风策略，人为改变每只燃烧器进风量调节拉杆的开度，对于进风量大的区域增加燃烧器进风阻力，对于进风量小的区域减小燃烧器进风阻力，实现沿锅炉宽度和深度方向上的配风均匀性优化。
进一步地，所述步骤S2通过试验手段确定不同锅炉负荷下合适的燃尽风率，以达到控制飞灰可燃物含量、降低选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度的目的。
进一步地，所述步骤S3通过试验手段获得选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度、锅炉效率与运行氧量之间的相关性曲线，并确定不同锅炉负荷下的最佳运行氧量，实现不同负荷下选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度和锅炉效率之间的初步平衡。
进一步地，所述步骤S4通过试验寻找不同运行工况下选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布特性及其规律，获得选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布图，为后续的选择性催化还原烟气脱硝系统喷氨优化调试提供基础数据。
进一步地，所述步骤S5通过调节选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀，改变选择性催化还原烟气脱硝系统的入口烟道宽度和深度方向上的喷氨量，与上游的氮氧化物分布特性相匹配，确保整个烟道截面上的氨氮摩尔比基本一致。
进一步地，所述步骤S6通过逐步增大选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨量，实测脱硝效率、氮氧化物排放浓度、选择性催化还原烟气脱硝系统的出口氨逃逸浓度等指标，确定不同运行工况下，选择性催化还原烟气脱硝系统所允许的最大喷氨量，获得最大喷氨量控制曲线。
进一步地，所述步骤S7在确保氨逃逸浓度不超标、氮氧化物排放浓度满足国家和地方标准的前提下，根据选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度、锅炉效率与运行氧量之间的相关性曲线、最大喷氨量关系曲线，以及烟气脱硝系统喷氨量与其入口氮氧化物浓度及脱硝效率之间关系曲线等，寻找合适的运行氧量(即确定最佳的烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度)，从而寻找到低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的最佳运行边界。
优选地，由于选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀为手动调节方式，在步骤S5中对喷氨蝶阀调节完毕后，在选择性催化还原烟气脱硝系统的日常运行期间不再对喷氨蝶阀做调节。
优选地，在步骤S5中在进行喷氨均匀性优化调试工作时，不需追求某一个工况下的最优化，而需注重其能适应不同负荷、不同磨粉机组合灯运行工况的变化，实现选择性催化还原烟气脱硝系统出口氮氧化物分布和氨逃逸浓度分布的相对均匀，避免局部喷氨过量引起的局部氨逃逸浓度超标而影响下游设备的安全性。
基于上述技术方案的公开，本发明提出的所述对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法具有以下有益效果：
1、通过解决选择性催化还原烟气脱硝系统入口和出口烟道沿宽度和深度方向上氮氧化物浓度分布和氨逃逸浓度分布的均匀性问题，可避免氨逃逸浓度局部超标，为实现整体优化深入挖掘优化空间；
2、通过试验手段寻找选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物整体排放水平和锅炉效率之间相关性曲线，为后续的一体化优化调试工作奠定了基础；
3、以确保锅炉安全运行(选择性催化还原烟气脱硝系统出口氨逃逸浓度不超标)、氮氧化物排放浓度满足国家和地方标准、锅炉效率等经济指标最佳为终极控制目标，以合理控制选择性催化还原烟气脱硝系统入口(即低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的边界)的氮氧化物整体排放水平为手段，使得低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的脱硝能力达到最佳配合状态，从而寻找到锅炉效率和氮氧化物排放浓度控制最佳的结合点，实现对冲燃烧煤粉锅炉脱硝装置的整体最优化；
4、该对冲燃烧煤粉锅炉的一体化优化方法不仅实现了低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统各自优势的有机结合，而且避免了上游低氮燃烧系统过于关注对氮氧化物浓度的控制而付出了锅炉效率降低的代价或过于关注锅炉效率从而造成下游选择性催化还原烟气脱硝系统运行压力太大、引起氮氧化物排放浓度超标或氨逃逸超标、影响下游设备安全运行等问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化优化方法的整体流程示意图；
图2是本发明提供的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化优化方法中选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度、锅炉效率与运行氧量之间的相关性曲线示意图；
图3是本发明提供的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化优化方法中选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布示意图；
图4是本发明提供的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化优化方法中最大喷氨量控制曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步详述：
请参照图1，本发明提供一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，所述对冲燃烧煤粉锅炉包括低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统，包括以下步骤：
S1、沿炉膛宽度和深度方向上的低氮燃烧系统的配风均匀性优化调试；
S2、炉膛高度方向的低氮燃烧系统的配风优化调试；
S3、运行氧量优化调试；
S4、不同工况下选择性催化还原烟气脱硝系统的氮氧化物的排放分布特性试验；
S5、选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨均匀性优化调试；
S6、最大喷氨量控制曲线试验；
S7、对冲燃烧煤粉锅炉的整体一体化优化调试。
对冲燃烧煤粉锅炉的二次风箱一般为层风箱结构，即前、后墙每层燃烧器分别对应一个小风箱，同层燃烧器均从该风箱进风。由于小风箱的进风口在两侧，沿炉膛宽度方向上天然存在着一定的压力差，导致同层燃烧器的进风量存在着较为显著的偏差，从而引起局部(通常为炉膛中心区域的燃烧器)富氧燃烧、局部(通常为两侧墙区域)缺氧燃导致燃烧恶化的现象。因此，所述步骤S1通过采取差异化配风策略，人为改变每只燃烧器进风量调节拉杆的开度，对于进风量大的区域增加燃烧器进风阻力，对于进风量小的区域减小燃烧器进风阻力，实现沿锅炉宽度和深度方向上的配风均匀性优化。
低氮燃烧系统均配有不同层数的燃尽风系统。燃尽风与主燃烧器区域进风量的比率对环保指标(氮氧化物浓度)和经济指标(锅炉效率)的影响是反向的，即提高燃尽风率，有利于降低氮氧化物浓度，但同时飞灰可燃物上升导致锅炉效率下降。反之亦然。因此，所述步骤S2通过试验手段确定不同锅炉负荷下合适的燃尽风率，以达到控制飞灰可燃物含量、降低选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度的目的。
请参照图2，在锅炉负荷等边界条件保持不变的情况下，随着运行氧量(O2)的增加，选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度(NOx_scr_i)逐渐升高，锅炉效率(η_boiler)先上升而后下降，其相关性曲线具体如图2所示。基于图2所示的相关性曲线通过试验手段确定不同锅炉负荷下的最佳运行氧量，实现不同负荷下选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度和锅炉效率之间的初步平衡。
由于燃煤锅炉烟道截面尺寸大，虽然经过步骤1的均匀性优化调试，但选择性催化还原烟气脱硝系统入口区域的烟道截面上仍然会存在一定程度的氮氧化物浓度分布偏差。且这种分布偏差并不恒定，随着锅炉负荷和磨煤机组合等运行工况的变化而相应变化。因此所述步骤S4通过试验寻找不同运行工况下选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物(NOx)浓度分布特性及其规律，获得选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布图，具体请请参照图3，为后续的选择性催化还原烟气脱硝系统喷氨优化调试提供基础数据。
所述步骤S5通过调节选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀，改变选择性催化还原烟气脱硝系统的入口烟道宽度和深度方向上的喷氨量，与上游的氮氧化物分布特性相匹配，确保整个烟道截面上的氨氮摩尔比基本一致。由于选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀为就地手动调节方式，调试完毕后，日常运行期间不做调节，因此，在进行喷氨均匀性优化工作时，不追求某一个工况下的最优化，而是注重其适应性，要能够适应不同负荷、不同磨煤机组合等运行工况的变化(与步骤4的试验结果相对应)，从而实现选择性催化还原烟气脱硝系统出口氮氧化物分布和氨逃逸浓度分布的相对均匀，避免局部喷氨过量引起的局部氨逃逸浓度超标而影响下游设备的安全性。
由于选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨量与选择性催化还原烟气脱硝系统的脱硝效率和选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物(NOx)浓度有关，选择性催化还原烟气脱硝系统的脱硝效率和选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物(NOx)浓度(即机组负荷)越高，喷氨量越大。但过大的喷氨量容易导致氨逃逸超标，影响下游设备运行的安全性。因此，所述步骤S6通过逐步增大选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨量，实测脱硝效率、氮氧化物排放浓度、选择性催化还原烟气脱硝系统的出口氨逃逸浓度等指标，确定不同运行工况下，选择性催化还原烟气脱硝系统所允许的最大喷氨量，获得最大喷氨量控制曲线，具体请参照图4。
步骤S7先定义以下变量：
实际选择性催化还原烟气脱硝系统脱硝效率：η_scr
设计选择性催化还原烟气脱硝系统脱硝效率：η_scr_d
选择性催化还原烟气脱硝系统实际喷氨量：NH3
选择性催化还原烟气脱硝系统最大允许喷氨量：NH3_max
NH3_max所对应的选择性催化还原烟气脱硝系统脱硝效率：η_scr_m
选择性催化还原烟气脱硝系统入口NOx浓度：NOx_scr_i
NOx排放浓度：NOx_scr_o
NOx浓度控制目标NOx_obj
已知：
约束条件1：NOx_scr_o<NOx_obj
约束条件2：η_scr<η_scr_d
约束条件3：η_scr<η_scr_m
函数1：η_boile r＝f1(O2)
函数2：NOx_scr_i＝f2(O2)
函数3：NH3＝f3(η_scr,NOx_scr_i)
函数4：NOx_scr_o＝NOx_scr_i×(1-η_scr)
则对冲燃烧煤粉锅炉的整体一体化优化调试的问题最终归结于：在满足约束条件1～3(即：确保氨逃逸浓度不超标、锅炉安全运行，氮氧化物排放浓度满足国家和地方标准)的前提下，解函数1～4，寻找合适的运行氧量(O2)，从而寻找到最佳的选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度(NOx_scr_i，即低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的最佳运行边界)，使得锅炉效率和选择性催化还原烟气脱硝系统喷氨量等经济指标综合最佳，最终实现对冲燃烧煤粉锅炉的整体优化运行。
综上，本发明提出的所述对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法不仅实现了低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统各自优势的有机结合，而且避免了上游低氮燃烧系统过于关注对氮氧化物浓度的控制而付出了锅炉效率降低的代价或过于关注锅炉效率从而造成下游选择性催化还原烟气脱硝系统运行压力太大、引起氮氧化物排放浓度超标或氨逃逸超标、影响下游设备安全运行等问题。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，所述对冲燃烧煤粉锅炉包括低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、沿炉膛宽度和深度方向上的低氮燃烧系统的配风均匀性优化调试；
S2、炉膛高度方向的低氮燃烧系统的配风优化调试；
S3、运行氧量优化调试；
S4、不同工况下选择性催化还原烟气脱硝系统的氮氧化物的排放分布特性试验；
S5、选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨均匀性优化调试；
S6、最大喷氨量控制曲线试验；
S7、对冲燃烧煤粉锅炉的整体一体化优化调试。
2.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S1通过采取差异化配风策略，人为改变每只燃烧器进风量调节拉杆的开度，对于进风量大的区域增加燃烧器进风阻力，对于进风量小的区域减小燃烧器进风阻力，实现沿锅炉宽度和深度方向上的配风均匀性优化。
3.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S2通过试验手段确定不同锅炉负荷下合适的燃尽风率，以达到控制飞灰可燃物含量、降低选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度的目的。
4.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S3通过试验手段获得选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度、锅炉效率与运行氧量之间的相关性曲线，并确定不同锅炉负荷下的最佳运行氧量，实现不同负荷下选择性催化还原烟气脱硝系统入口氮氧化物浓度和锅炉效率之间的初步平衡。
5.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S4通过试验寻找不同运行工况下选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布特性及其规律，获得选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度分布图，为后续的选择性催化还原烟气脱硝系统喷氨优化调试提供基础数据。
6.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S5通过调节选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀，改变选择性催化还原烟气脱硝系统的入口烟道宽度和深度方向上的喷氨量，与上游的氮氧化物分布特性相匹配，确保整个烟道截面上的氨氮摩尔比基本一致。
7.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S6通过逐步增大选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨量，实测脱硝效率、氮氧化物排放浓度、选择性催化还原烟气脱硝系统的出口氨逃逸浓度等指标，确定不同运行工况下，选择性催化还原烟气脱硝系统所允许的最大喷氨量，获得最大喷氨量控制曲线。
8.根据权利要求1所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，所述步骤S7在确保氨逃逸浓度不超标、氮氧化物排放浓度满足国家和地方标准的前提下，根据选择性催化还原烟气脱硝系统入口的氮氧化物浓度、锅炉效率与运行氧量之间的相关性曲线、最大喷氨量关系曲线，以及选择性催化还原烟气脱硝系统喷氨量与其入口氮氧化物浓度及脱硝效率之间关系曲线等，寻找合适的运行氧量，从而寻找到低氮燃烧系统与选择性催化还原烟气脱硝系统的最佳运行边界。
9.根据权利要求6所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，由于选择性催化还原烟气脱硝系统的喷氨蝶阀为手动调节方式，在步骤S5中对喷氨蝶阀调节完毕后，在选择性催化还原烟气脱硝系统的日常运行期间不再对喷氨蝶阀做调节。
10.根据权利要求6所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉的一体化调试方法，其特征在于，在步骤S5中在进行喷氨均匀性优化调试工作时，不需追求某一个工况下的最优化，而需注重其能适应不同负荷、不同磨粉机组合灯运行工况的变化，实现选择性催化还原烟气脱硝系统出口氮氧化物分布和氨逃逸浓度分布的相对均匀，避免局部喷氨过量引起的局部氨逃逸浓度超标而影响下游设备的安全性。
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