CN106895435A - 一种1000mw超超临界塔式炉先进脱硝运行法 - Google Patents

一种1000mw超超临界塔式炉先进脱硝运行法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法。其包括如下步骤：S1、将80％～95％的燃烧所需空气量从下层主燃烧器区域喷口送入，控制下层主燃烧区域内的风量小于完全燃烧所需风量；S2、将25％～35％燃烧所需要空气量从燃烧器上部喷口送入，控制炉膛上层燃尽区域风量大于完全燃烧所需风量。在掺烧不同发热量的煤种时，该方法都能通过自动控制各二次风挡板，保证合理的下层主燃烧区域缺氧燃烧和上层燃尽区域富氧燃烧方式，减少挥发份氮转化成NOx，使得SCR入口NOx浓度由230～280mg/Nm3下降至160～190mg/Nm3，喷氨量由130～180mg/Nm3下降至80～100mg/Nm3。

Description

一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法
技术领域
本发明涉及发电厂设备的技术领域，尤其是一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法。
背景技术
目前，火力发电厂NOx排放量的控制已被纳入国家环保硬性指标，发电厂均在1000MW超超临界燃煤机组同步设计安装了脱硝装置，采用选择性催化还原法进行烟气脱硝。在脱硝运行成本中液氨成本占比93.2％，所以降低液氨成本即降低了脱硝成本。另外，液氨属于高危化学用品，在存储、运输、使用的过程中对人和环境都存在较大的风险。脱硝系统进口NOx含量较高，导致耗氨量偏高，运行成本居高不下，另外，过度的喷氨造成了烟气中残留氨气增加，加剧环境污染。通常人们会使用直流燃烧器二次风挡板控制技术来进行NOx排放量的控制。具体操作方法为：各辅助风挡板参与二次风箱与炉膛之间差压的调节。通过调整各辅助风挡板，自动控制二次风箱与炉膛之间差压为一定数值，从而保证进入炉膛的二次风有合适的二次风速。该风箱差压给定值是根据主蒸汽流量或负荷变化的函数。该方法的优点：能够合理控制二次风箱差压。缺点：控制系统较复杂，且未合理考虑空气分级燃烧技术理论。因此不能合理有效控制、降低NOx生成量；也有其他二次风挡板自动控制技术，但在使用过程中发现，SOFA测点风量不可靠，无法正常调整；其他二次风挡板调整方案不满足现场实际情况。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述技术问题提出的一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统，减少挥发份氮转化成NOx，使得SCR入口NOx浓度由230～280mg/Nm3下降至170～190mg/Nm3，喷氨量由130～180mg/Nm3下降至80～100mg/Nm3。
本发明提供了一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，包括如下步骤：S1、下层主燃烧区域将80％～95％的燃烧所需空气量从下层主燃烧器区域喷口送入，控制下层主燃烧区域内的风量小于完全燃烧所需风量；S2、上层燃尽区域将25％～35％燃烧所需要空气量从燃烧器上部喷口送入，控制炉膛上层燃尽区域风量大于完全燃烧所需风量。
进一步地限定，上述技术方案中，所述步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制是通过多台煤粉燃烧器中单台煤粉燃烧器中设置的二次风挡板开度来进行自动控制。
进一步地限定，上述技术方案中，所述步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制方法为：控制上层燃尽区域的挡板和中层燃烧区域的挡板全开，通过自动控制下层主燃烧区域内的二次风挡板，在掺烧不同发热量的煤种时，都能够控制锅炉排放烟气中的NOx排放量在170～190mg/Nm3。
采用上述先进脱硝运行法后，燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统，减少挥发份氮转化成NOx，使得SCR入口NOx浓度由230～280mg/Nm3下降至170～190mg/Nm3，喷氨量由130～180mg/Nm3下降至80～100mg/Nm3。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明燃烧系统的结构示意图；
图2是本发明中上层燃尽区域SOFA的结构示意图；
图3是本发明中中层燃烧区域CCOFA的结构示意图；
图4是本发明中单个煤粉燃烧器的结构示意图。
具体实施方式
在本发明中，上层燃尽区域为SOFA，中层燃烧区域为CCOFA。四组煤粉燃烧器中每组煤粉燃烧器分别设置6个煤粉燃烧器，从下往上依次设置代号为A、B、C、D、E、F。
如图1～4所示的是一种1000MW超超临界塔式炉，包括上层燃尽区域、中层燃烧区域、下层主燃烧区域，上层燃尽区域、中层燃烧区域、下层主燃烧区域从上往下依次连接，下层主燃烧区域包括对角设置的四组煤粉燃烧器，四组煤粉燃烧器中每组煤粉燃烧器包括多台煤粉燃烧器，多台煤粉燃烧器一侧通过煤粉管道外接磨煤机；多台煤粉燃烧器之间通过热二次风通道连接预热器；多台煤粉燃烧器中单台煤粉燃烧器从上往下依次设置顶部偏置二次风层、煤粉层、煤油层、煤粉层和底部二次风层；顶部偏置二次风层、煤粉层、煤油层、煤粉层和底部二次风层均设置对应的二次风挡板。
其中，上层燃尽区域为分离燃尽风层，分离燃尽风层下端设置挡板，分离燃尽风层设置6层。中层燃烧区域为紧凑燃尽风层，紧凑燃尽风层下端设置挡板，紧凑燃尽风层设置为2层。
一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，包括如下步骤：S1、下层主燃烧区域将80％～95％的燃烧所需空气量从下层主燃烧器区域喷口送入，控制下层主燃烧区域内的风量小于完全燃烧所需风量；S2、上层燃尽区域将25％～35％燃烧所需要空气量从燃烧器上部喷口送入，控制炉膛上层燃尽区域风量大于完全燃烧所需风量。
其中，步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制是通过多台煤粉燃烧器中单台煤粉燃烧器中设置的二次风挡板开度来进行自动控制。步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制方法为：控制上层燃尽区域的挡板和中层燃烧区域的挡板全开，通过自动控制下层主燃烧区域内的二次风挡板，控制锅炉排放烟气中的NOx排放量在170～190mg/Nm3。
具体实施例：
步骤一：确定NOx排放量。
1、理论分析：
采用空气分级燃烧技术，可以通过调整下层主燃烧区域的供氧量，调节该区域的缺氧程度，达到控制NOx生成量的效果。
下层主燃烧区域越缺氧，NOx排放量越低；但是可能导致燃烧效率下降，不完全燃烧损失增加，锅炉效率下降。
2、试验确定：
该1000MW塔式炉在高、低负荷燃烧性能效率试验时，发现当NOx排放量小于170mg/Nm3时，锅炉不完全燃烧损失明显增加，锅炉效率明显下降。因此确定了以NOx为170～190mg/Nm3为控制目标。
该燃烧性能效率试验流程：
(1)保持稳定负荷，按照正常控制锅炉氧量(详见表1)、一次风量(详见表2)参数；控制SOFA、CCOFA挡板全开，控制下层二次风挡板至50％开度；将该工况作为工况一。
(2)工况一参数记录：稳定运行两小时后，记录此时锅炉烟气中的NOx的排放量；同时对锅炉烟气中CO及飞灰含碳量、炉渣含碳量进行取样检测，计算锅炉的不完全燃烧损失及锅炉效率(q3+q4)，详见下文公式
a)可燃气体未完全燃烧热损失q3(公式1)：
q3＝100％×3.2×10-4×CO×21/(21-O2)
CO:锅炉烟气中CO含量；O2：锅炉氧量
b)固体未完全燃烧热损失q4(公式2)：
Aar:燃煤收到基灰分；Qnet.ar：燃料低位发热量；Cfh:飞灰含碳量；Clz：炉渣含碳量；
c)锅炉热效率(公式3)：η＝100-q2-q3-q4-q5-q6
其他损失q2、q5、q6，在调整过程中，基本不变化，所以不予考虑。
(3)保持稳定负荷，保持锅炉氧量、一次风量参数不变，保持SOFA、CCOFA挡板全开，仅仅通过关小下层二次风挡板，使下层主燃烧区域缺氧程度增加，降低NOx排放量；将该工况作为工况二。
(4)工况二参数记录：稳定运行两小时后，记录此时锅炉烟气中的NOx的排放量；同时对锅炉烟气中CO及飞灰含碳量进行取样检测，计算锅炉的不完全燃烧损失，以上述公式一和公式二来进行计算。
(5)按照上述步骤要求，选取不同负荷、不同工况进行对比分析，最终可以得出NOx合理排放量的标准要求。
表1：氧量与负荷控制关系表
负荷(MW) 180 300 450 600 720 840 1000
氧量(％) 10 8 6.4 5.2 4.5 3.7 3
表2：一次风量与对应制粉系统的给煤量控制关系表
步骤二：确定合理的二次风挡板调整方法。
1、调整思路：
在不同工况下，通过手动调整各二次风挡板，控制NOx为185mg/Nm3左右，确定合理的二次风挡板调整方法。通过这种方法，不需要花费大量的时间检测“锅炉烟气中CO及飞灰含碳量”，从而既可以快捷方便的得出合理的二次风挡板调整方法，又能够兼顾锅炉效率。
其具体调整思路为：
(1)当制粉系统对应的给煤量下降时，如果仍然维持对应层的二次风挡板开度不变，则会造成下层主燃烧区域的缺氧程度减小，从而导致NOx排放量上升；反之亦然。因此当制粉系统对应的给煤量下降时，关小对应的二次风挡板，其关小的幅度需要经过下文中的具体调整试验决定；反之亦然。
(2)不同煤种燃烧所需要的耗氧量不一致。一般情况下，同样质量下，发热量高的煤种，耗氧量比发热量低的煤种要多。因此不同发热量的煤种，同样给煤量变化前提下，二次风挡板需要的调节幅度也不一致。
为了统一给煤量标准，将各制粉系统对应的给煤量，根据发热量折算成统一标准煤，简称为修正后的给煤量。
对应层给煤量＝对应层给煤量*分仓热值修正系数。
分仓热值修正系数：该给煤机输送煤种的发热量与标准煤发热量之间的比值，该煤种发热量根据实际情况由人工输入。
2、具体调整试验流程：
(1)工况一参数调整：保持稳定负荷，按照正常控制锅炉氧量(详见表1)、一次风量(详见表2)参数；控制SOFA、CCOFA挡板全开，通过手动调整控制下层二次风挡板，控制锅炉排放烟气中的NOx至185mg/Nm3左右。
(2)工况一参数记录：记录此时锅炉烟气中的NOx的排放量；记录各制粉系统对应的给煤量；记录各制粉系统对应的二次风挡板开度。
(3)工况二参数调整：在工况一对应的负荷的基础上变化100MW，同时按照正常控制锅炉氧量、一次风量等参数；再次通过手动调整二次风挡板，控制锅炉排放烟气中的NOx至185mg/Nm3左右。
(4)工况二参数记录：记录此时锅炉烟气中的NOx的排放量；记录各制粉系统对应的给煤量；记录各制粉系统对应的二次风挡板开度。
(5)按照上述步骤要求，选取不同负荷、不同煤种、不同工况进行对比分析，最终可以得出：各制粉系统对应的“修正后给煤量”与其对应“二次风挡板开度”之间的函数关系。
步骤三：通过模仿手动调整各二次风挡板的方法，确定各二次风挡板的自动调整控制逻辑。
通过“步骤二”中，各二次风挡板的手动控制方式，确定了各二次风挡板的自动控制逻辑，详见下文：
(1)SOFA根据负荷变化而自动调整，SOFA挡板开度与锅炉负荷的自动控制如下：
SOFA挡板开度(％) 10 100 100
CCOFA挡板开度(％) 10 100 100
锅炉负荷(％) 0 50 100
(2)A～F各二次风挡板跟踪对应层给煤机的给煤量自动调整。
对应层给煤量＝对应层给煤量*分仓热值修正系数。
分仓热值修正系数：该给煤机输送煤种的发热量与标准煤发热量之间的比值，该煤种发热量根据实际情况由人工输入。
当该煤种发热量相对较低，同燃料量前提下，燃烧需求的空气量比其他煤种要少；同理而掺烧高发热量煤种时，所需空气量要相对偏多。采用修正后的给煤量控制对应层的二次风挡板后，可以更合理提供所需的空气量。
数学表达式为：二次风挡板指令＝f(相应层修正后的给煤量)＝f(相应层给煤量*分仓热值修正系数)。
修正后的给煤量与各二次风挡板开度的自动控逻辑的函数关系，如下表所示：
NOx的生成量于燃烧温度、燃烧区域过量空气系数、烟气侧高温区的停留时间等都有密切关系。燃烧温度越高，NOx产生量越多；过量空气系数越小时，NOx产生量越少。因此避免富氧、较高的燃烧温度同时出现是降低NOx的有效措施。
空气分级燃烧技术，即控制燃煤分别在缺氧高燃烧温度、富氧低燃烧温度的两个不同阶段下进行燃烧，可以有效避免富氧、高燃烧温度两者同时出现。下层主燃烧区域的缺氧程度越低，NOx生成量越小；可以通过调整该区域的供氧量，达到控制NOx生成量的效果。利用该方式来控制NOx生成量，快捷、方便且易控制。
采用传统的脱硝运行法，经数据检测得知，SCR入口NOx浓度为230～280mg/Nm3，喷氨量为130～180mg/Nm3。经本发明设计的先进运行脱硝法，可以减少挥发份氮转化成NOx，使得SCR入口NOx浓度由230～280mg/Nm3下降至170～190mg/Nm3，喷氨量由130～180mg/Nm3下降至80～100mg/Nm3。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、下层主燃烧区域将80％～95％的燃烧所需空气量从下层主燃烧器区域喷口送入，控制下层主燃烧区域内的风量小于完全燃烧所需风量；
S2、上层燃尽区域将25％～35％燃烧所需要空气量从燃烧器上部喷口送入，控制炉膛上层燃尽区域风量大于完全燃烧所需风量。
2.如权利要求1所述的一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，其特征在于：所述步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制是通过多台煤粉燃烧器中单台煤粉燃烧器中设置的对应的二次风挡板开度来进行自动控制。
3.如权利要求1所述的一种1000MW超超临界塔式炉先进脱硝运行法，其特征在于：所述步骤S1中下层主燃烧区域内的风量控制方法为：控制上层燃尽区域的挡板和中层燃烧区域的挡板全开，通过自动控制下层主燃烧区域内的二次风挡板，在掺烧不同发热量的煤种时，都能够控制锅炉排放烟气中的NOx排放量在170～190mg/Nm3。
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