CN107726917B - 采用scr脱硝的燃煤发电机组空气预热器冷端温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了采用SCR脱硝的燃煤发电机组中空气预热器冷端温度控制方法，该方法结合SCR脱硝系统导致烟气酸露点的升高值以及SCR脱硝系统出口的硫酸氢铵的沉积温度，计算空气预热器冷端综合温度。本发明兼顾考虑了空气预热器内硫酸蒸汽的凝结和硫酸氢铵的沉积现象。选取的空气预热器冷端综合温度在保证烟气中硫酸蒸汽在空气预热器冷端蓄热片上不发生凝结的同时，确保了SCR脱硝系统逃逸氨与SO₃及硫酸蒸汽反应形成的硫酸氢铵不在空气预热器热端蓄热片表面沉积。

Description

采用SCR脱硝的燃煤发电机组空气预热器冷端温度控制方法

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，具体涉及采用SCR脱硝的燃煤发电机组中空气预热器冷端综合温度的确定方法。

背景技术

空气预热器作为燃煤发电机组主要的辅助设备，是利用烟气的热量加热燃料燃烧所需空气的热交换设备，为锅炉尾部受热面不可缺少的一部分。空气预热器因可回收烟气中的热量，降低排烟温度，提高燃料和空气的初始温度，所以有利于强化燃料的着火和燃烧，提高锅炉效率，同时，也为制粉系统提供温度适宜的干燥介质，有利于原煤的研磨与干燥。目前，我国燃煤电厂采用的空气预热器分为管式空气预热器和回转式空气预热器，前者主要用于200MW及以下容量的锅炉中，后者一般用于300MW及以上容量锅炉和部分200MW锅炉。由于空气预热器工作于烟气和空气冷热交变区，运行条件比较复杂，合理地选择及控制空气预热器运行参数对其安全稳定运行至关重要。

空气预热器冷端综合温度是其运行控制的关键参数之一，与其腐蚀与堵灰密切相关，定义为空气预热器进口空气温度与出口烟气温度之和。当冷端综合温度过低时，烟气中的硫酸蒸汽会凝结在壁温相对较低的冷端蓄热片表面，导致冷端蓄热片表面发生酸腐蚀，并由此导致积灰、堵塞问题的发生。当冷端综合温度过高时，冷端酸凝结和腐蚀积灰的问题虽可得到有效控制，但过高的排烟温度会导致排烟热损失增加、锅炉效率降低。

为了经济合理地控制空气预热器冷端综合温度，相关研究机构和空气预热器厂家进行了大量相关探索研究，提出将冷端蓄热片更换为耐腐蚀的Corten钢，并总结分析了多年的运行经验，提出了空气预热器冷端综合温度控制导则。图1、图2是美国CE公司和API公司针对燃用烟煤机组给出的冷端综合温度控制曲线。图3为国家经济贸易委员会(现国家发改委)2001年2月发布的中华人民共和国电力行业标准《回转式空气预热器运行维护规程》给出的空气预热器冷端综合温度最低推荐值与燃用煤质含硫量之间的关系。在燃煤发电机组安装SCR脱硝系统之前,空气预热器冷端采用耐腐蚀的Corten钢，并严格按照推荐的冷端综合温度运行，空气预热器腐蚀和堵塞的问题比较少见。

为了满足国家日益要求严格的排放标准，“十二五”期间我国燃煤发电机组基本全部实施了脱硝改造，采用的主流技术为SCR烟气脱硝技术，占整个煤电装机总容量的96％左右。SCR脱硝技术采用的催化剂不仅可以催化NH₃还原NOx，还对SO₂具有催化氧化的作用。据统计，烟气经过SCR脱硝系统2层催化剂后，烟气中1％左右的SO₂将被催化氧化为SO₃。实施超低排放后，脱硝一般都采用3层或4层催化剂，此情况下SO₂向SO₃转化率在1～3％，甚至更高。烟气中SO₃浓度的升高，使的硫酸蒸汽的分压力提高，烟气的酸露点一定会增高。而传统基于煤质硫份的酸露点计算公式为经验型公式，仅考虑炉膛内SO₃的生成，并未考虑SCR催化剂的催化氧化作用，因此，已不适用于采用SCR脱硝的燃煤发电机组酸露点计算。另外，由于酸露点升高，空气预热器冷端综合温度也应该相应提高，以往推荐的空气预热器冷端综合温度也没有考虑SCR脱硝的影响，因此，其推荐的冷端综合温度控制方法亦不适用。

另外，由于安装了SCR脱硝系统，逃逸的氨气会与烟气中SO₃反应生成硫酸氢铵。在空气预热器温度区间范围内，硫酸氢铵是液态，具有极强的粘性，会粘附烟气中的飞灰导致空气预热器堵塞。气态硫酸氢铵的凝结沉积临界温度(露点温度)由NH₃、SO₃和H₂O的分压力共同决定。一般而言，NH₃、SO₃浓度越高，对应的露点温度越高。获得低浓度硫酸氢铵对应的凝结沉积临界温度对防止硫酸氢铵在空预器段沉积及安全控制空预器出口排烟温度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于增加了SCR脱硝系统后的燃煤发电机组进行空气预热器冷端温度控制的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用SCR脱硝的燃煤发电机组空气预热器冷端温度控制方法。该方法结合SCR脱硝系统导致烟气酸露点的升高值以及SCR脱硝系统出口的硫酸氢铵的沉积温度，计算空气预热器冷端综合温度。

上述方法包括以下步骤：

(1)测量SCR脱硝系统的SO₂/SO₃转化率和SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃的浓度值；

(2)根据SCR脱硝系统的SO₂/SO₃转化率，以及锅炉燃用煤质的元素分析和工业分析结果，确定安装SCR脱硝系统后烟气酸露点的升高值；

(3)根据SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃的浓度值，计算SCR脱硝系统出口的硫酸氢铵的沉积温度；

(4)依据锅炉燃用煤质的元素分析和工业分析结果，计算安装SCR脱硝系统前的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值；

(5)根据步骤(2)中计算得到的烟气酸露点升高值以及安装SCR脱硝系统前空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，确定安装SCR脱硝系统后的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值；

(6)依据步骤(5)中确定的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端最低平均壁温的推荐值，计算得到安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值，并通过对空气预热器传热计算，得到空气预热器热端出口烟气温度值；将空气预热器热端出口烟气温度值与步骤(3)中计算得到的SCR脱硝系统出口硫酸氢铵的沉积温度进行对比，进行空气预热器冷端综合温度最终选取值的调整：若空气预热器热端出口烟气温度值大于等于硫酸氢铵的沉积温度，则计算得到的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值为最终选取值；若空气预热器热端出口烟气温度值小于硫酸氢铵的沉积温度，则逐渐增大空气预热器冷端综合温度的取值，直至选取的空气预热器冷端综合温度所对应的空气预热器热端出口烟气温度值大于硫酸氢铵的沉积温度为止，此时增大后的空气预热器冷端综合温度为最终选取值。

其中，步骤(2)中烟气酸露点的升高值的计算方法如下：

2a、依据锅炉实际燃用煤质元素分析和工业分析结果，应用式1～式4计算烟气酸露点；

n＝α_fhA_sp,kj (式4)

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；t_dp,0为水露点温度，℃；S_sp,kj为燃料折算硫分；β与炉膛出口的过量空气系数有关的系数，一般取125；n为燃料灰分修正系数；S_ar为燃料的收到基硫分，％；Q_net,ar为燃料的低位发热量，kJ/kg；α_fh为飞灰分额，％；A_sp,kj为燃料折算灰分；A_ar为燃料的收到基灰分，％；为水蒸气的分压，Pa；

2b、根据步骤2a中计算得到的烟气酸露点，应用式6计算SCR脱硝系统入口烟气中SO₃分压

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；P_H2O为烟气中水蒸气分压，atm；为入口烟气中SO₃分压，atm；

2c、根据步骤(1)中测得的SO₂/SO₃转化率步骤2b中计算得到的入口烟气中SO₃分压应用式7～式8计算SCR脱硝系统出口SO₃浓度

式中：和为SO₂和SO₃摩尔质量，g/mol；为脱硝入口和出口SO₃体积浓度，uL/L；为脱硝入口和出口SO₃分压，atm；p_fg为脱硝入口和出口烟气总压，atm；

2d、依据应用式9计算SCR脱硝系统对烟气酸露点的影响；

式中：Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

步骤(3)中SCR脱硝系统出口硫酸氢铵沉积温度t_ABS确定方法如下：

依据步骤(1)测得的SCR脱硝系统出口SO₃浓度值[SO₃]和NH₃浓度值[NH₃]，应用式10计算烟气中硫酸氢铵的沉积温度t_ABS；

t_ABS＝20.56×log₁₀([SO₃]×[NH₃])+200.14±10 (式10)。

步骤(4)中安装SCR脱硝系统前的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t'_wall,min的确定方法如下：

4a、计算锅炉燃用煤质的折算含硫量S'

当锅炉燃用煤质为烟煤时

S'＝S_ar (式11)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；S_ar为锅炉实际燃用煤质的收到基含硫量，％；

当锅炉燃用煤质为劣质煤时，

式中：Q_net,ar为燃料的低位发热量，kJ/kg；

4b、根据步骤4b中得到的折算含硫量S'，应用式13和式14，计算安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，

当S'＜1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝68.3 (式13)

当S'≥1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝8.327×S'+56 (式14)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；t'_wall,min为安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，℃。

步骤(5)中安装SCR脱硝系统后的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t”_wall,min的确定方法如下：

t”_wall,min＝t'_wall,min+Δt_dp (式15)

式中：t'_wall,min为安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，℃；Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

步骤(6)中安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp的计算方法如下：

6a、空气预热器冷端最低平均壁温表达式为：

式中：τ_y、τ_p、τ_s为蓄热片在烟气侧、一次风侧和二次风侧停留时间，s；a_k、a_y为空气和烟气换热系数，w/m²℃；t_y、t_p、t_s——为入口烟气温度、入口一二次风温度，℃；

当空气预热器为回转式空气预热器时，τ_p/τ_y、τ_s/τ_y为一、二次风流通面积与烟气侧流通面积之比，a_k≈a_y；

由此可以得到空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp：

t_airp＝2(t_y+t_k)＝2t_wall,min＝2(t'_wall,min+Δt_dp) (式17)

式中，Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

步骤(6)中空气预热器冷端综合温度最终选取值的调整方法如下：

6b、将空气预热器冷端综合温度调整到步骤6a计算得到的推荐值t_airp；

6c、记录空气预热器进出口烟气温度值、热风温度值；

6d、根据空气预热器结构参数，应用空气预热器传热计算方法，计算空气预热器热端出口烟气温度；

6e、若计算得到的空气预热器热端烟气温度大于等于步骤(3)中计算得到的烟气中硫酸氢铵的临界沉积温度，则选取的冷端综合温度合理，否则提高冷端综合温度，并重新核算空气预热器热端烟气温度，直至满足条件为止。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明对比分析了脱硝机组和非脱硝机组空预器蓄热片间飞灰沉积模式的差别，确定了影响飞灰沉积模式的关键影响因素——烟气酸露点和气态硫酸氢铵的凝结临界温度，提出了基于烟气酸露点和气态NH₄HSO₄凝结临界温度双基准的空气预热器冷端综合温度确定方法，兼顾考虑了空气预热器内硫酸蒸汽的凝结和硫酸氢铵的沉积现象。选取的空气预热器冷端综合温度在保证烟气中硫酸蒸汽在空气预热器冷端蓄热片上不发生凝结的同时，确保了SCR脱硝系统逃逸氨与SO₃及硫酸蒸汽反应形成的硫酸氢铵不在空气预热器热端蓄热片表面沉积。

2、由于加装SCR脱硝系统后，烟气中SO₃在催化剂作用下成倍增加(约1～3倍)，酸露点亦相应提高，因此基于煤质硫份的酸露点计算公式已不再适用。本发明提出基于试验测量的SO₃浓度，结合理论计算公式，明确提出了SCR烟气脱硝系统对烟气酸露点影响量的确定方法，使得酸露点的计算更加准确。

3、本发明基于现场试验测得的NH₃浓度，参照实验室测得的NH₄HSO₄沉积曲线，所得到的气态NH₄HSO₄凝结临界温度确定方法更加准确。

4、本发明能有效防止空气预热器发生堵塞、合理控制了排烟温度，降低排烟热损失。

附图说明

图1和图2为美国CE公司和API公司针对燃用烟煤机组给出的冷端综合温度控制曲线；

图3为国家经济贸易委员会(现国家发改委)2001年2月发布的中华人民共和国电力行业标准《回转式空气预热器运行维护规程》给出的空气预热器冷端综合温度最低推荐值与燃用煤质含硫量之间的关系；

图4为本发明控制方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出的空气预热器冷端综合温度选取方法是保证烟气中硫酸蒸汽在空气预热器冷端蓄热片上不发生凝结的同时，确保SCR脱硝系统逃逸氨与SO₃及硫酸蒸汽反应形成的硫酸氢铵不再空气预热器热端蓄热片表面沉积。如图4所示，该空气预热器冷端综合温度选取方法的步骤如下：

首先，采用试验的方法，测量得到SCR脱硝系统SO₂/SO₃转化率和SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃浓度值([SO₃]和[NH₃])；

其次，依据试验测得的SCR脱硝系统SO₂/SO₃转化率以及锅炉燃用煤质的元素分析和工业分析结果，确定安装SCR脱硝系统后烟气酸露点的升高值Δt_dp；

第三，依据试验测得的SCR脱硝系统出口NH₃浓度值[NH₃]，计算得到SCR脱硝系统出口硫酸氢铵的沉积温度t_ABS；

第四，依据锅炉燃用煤质元素分析结果和工业分析结果，计算得到安装SCR脱硝系统前空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t'_wall,min；

第五，依据计算得到的烟气酸露点的升高值Δt_dp及安装SCR脱硝系统前空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t'_wall,min，确定安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端最低平均壁温的推荐值t”_wall,min；

第六，依据确定的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端最低平均壁温的推荐值t”_wall,min，计算得到安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值t_airp，并通过对空气预热器传热计算，得到空气预热器热端出口烟气温度值t_airp,mid；若空气预热器热端出口烟气温度值t_airp,mid大于等于硫酸氢铵的沉积温度t_ABS，则计算得到的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值t_airp为最终选取值。若空气预热器热端出口烟气温度值t_airp,mid小于硫酸氢铵的沉积温度t_ABS，增大空气预热器冷端综合温度的推荐值t_airp，然后再核算空气预热器传热计算过程，直至选取空气预热器冷端综合温度的推荐值t_airp对应的空气预热器热端出口烟气温度值t_airp,mid大于硫酸氢铵的沉积温度t_ABS为止。

本方法所述的SCR脱硝系统SO₂/SO₃转化率和SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃浓度值([SO₃]和[NH₃])的试验测量方法是依据《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》(DL/T260-2012)中的试验方法测得。

本方法所述的安装SCR脱硝系统后烟气酸露点的升高值Δt_dp确定方法如下：

S1、依据锅炉实际燃用煤质元素分析和工业分析结果，应用(式1)～(式4)计算烟气酸露点；

n＝α_fhA_sp (式4)

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；t_dp,0为水露点温度，℃；S_sp,kj为燃料折算硫分；β与炉膛出口的过量空气系数有关的系数，一般取125；n为燃料灰分修正系数；S_ar为燃料的收到基硫分，％；Q_net,ar为燃料的低位发热量，kJ/kg；α_fh为飞灰分额，％；A_sp,kj为燃料折算灰分；A_ar为燃料的收到基灰分，％；为水蒸气的分压，Pa；

S2、依据S1中计算的烟气酸露点，应用(式6)计算脱硝入口烟气中SO₃分压力

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；P_H2O为烟气中水蒸气分压，atm；为入口烟气中SO₃分压，atm；

S3、依据试验测得的及脱硝入口SO₂浓度值应用(式7)～(式8)计算SCR脱硝系统出口SO₃浓度

式中：和为SO₂和SO₃摩尔质量，g/mol；为脱硝进口和出口SO₃体积浓度，uL/L；为脱硝进口和出口SO₃分压，atm；p_fg为脱硝进口和出口烟气总压，atm。S4、依据应用(式9)计算SCR脱硝系统对烟气酸露点的影响；

式中：Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃；

本方法所述的SCR脱硝系统出口硫酸氢铵沉积温度t_ABS确定方法如下：

依据试验测得的SCR脱硝系统出口SO₃([SO₃])和NH₃([NH₃])浓度值，应用式(式10)计算烟气中硫酸氢铵的沉积温度t_ABS；

t_ABS＝20.56×log₁₀([SO₃]×[NH₃])+200.14±10 (式10)

本方法所述的安装SCR脱硝系统前空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t'_wall,min确定方法如下：

S1、计算锅炉燃用煤质的折算含硫量S'

当锅炉燃用煤质为烟煤时

S'＝S_ar (式11)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；S_ar为锅炉实际燃用煤质的收到基含硫量，％。当锅炉燃用煤质为劣质煤时，

S2、根据S1中折算含硫量S'，应用(式13)和(式14)，计算安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，

当S'＜1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝68.3 (式13)

当S'≥1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝8.327×S'+56 (式14)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；t'_wall,min为未安装SCR脱硝系统燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，℃。

本方法所述的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t”_wall,min确定方法如下：

t”_wall,min＝t'_wall,min+Δt_dp (式15)

本方法所述的安装SCR脱硝系统后燃煤发电机组空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp确定方法如下：

S1、空气预热器冷端最低平均壁温表达式为：

式中：τ_y、τ_p、τ_s为蓄热片在烟气侧、一次风侧和二次风侧停留时间，s；a_k、a_y为空气和烟气换热系数，w/m²℃；t_y、t_p、t_s——为入口烟气温度、入口一二次风温度，℃。

对于回转式空气预热器，τ_p/τ_y、τ_s/τ_y为一、二次风流通面积与烟气侧流通面积之比，a_k≈a_y。由此可以得到空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp：

t_airp＝2(t_y+t_k)＝2t_wall,min＝2(t'_wall,min+Δt_dp) (式17)

根据空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp和烟气中硫酸氢铵的临界沉积温度对空气预热器冷端综合温度最终选取值的调整方法如下：

S1、将空气预热器冷端综合温度调整到推荐值t_airp；

S2、记录空气预热器进出口烟气温度值、热风温度值；

S3、根据空气预热器结构参数(直径、热端和冷端高度、面积、板型)，应用空气预热器传热计算方法，计算空气预热器热端出口烟气温度。

S4、若计算得到的空气预热器热端烟气温度大于等于烟气中硫酸氢铵的临界沉积温度，则选取的冷端综合温度合理，否则提高冷端综合温度，并重新核算空气预热器热端烟气温度，直至满足条件为止。

为了更清晰地说明本实施例，以某330MW亚临界机组为例，说明本发明提出的方法具体计算过程。

一、已知条件

1、煤质的工业分析和元素分析结果

表1煤质工业分析与元素分析

2、SCR脱硝系统试验测量结果

表2 SCR脱硝系统试验结果

3、空气预热器结构关键参数

该锅炉采用两只型号为2-29VI(T)–2200SMRC的三分仓回转式空气预热器，空气预热器的结构参数如下：

转子直径：10.33m，转子转速：1.2r/min，采用厚度为0.5mm的DU型波纹蓄热板作为热段受热面，热段受热面的高度为1150mm；采用厚度为1.2mm的NF型蓄热片作为冷段受热面，冷段受热面高度为1050mm。每只空气预热器的热段蓄热片的总面积为30078m²，每只空气预热器的冷段蓄热片的总面积为25131m²。预热器烟气、一次风和二次风三个通道所占圆周角分别为165度、50度和110度。

依据空气预热器的结构数据，计算得到如下数据：

(1)烟气、一次风和二次风三个通道的流通截面积份额分别为0.458、0.139和0.278。

(2)预热器共24个分仓，每个分隔仓的流通截面积为3.023m²，总流通截面积为72.5568m²。

(3)冷、热段蓄热板本身所占流通截面积分别为14.361m²和6.5387m²。

(4)冷、热端蓄热板的总长度分别为11967.1429m，13077.3913m。

(5)烟气、二次风和一次风三个通道的流通截面积，冷段分别为：26.67m²、8.08m²、16.17m²；热段分别为：30.26m²、9.17m²、18.34m²。

(6)冷、热段蓄热板的当量直径分别为：9.7mm、10.1mm。

二、计算结果

1、依据表1中煤质的元素分析和工业分析结果，应用(式1)～(式4)，计算SCR脱硝入口烟气的酸露点为94.98℃；

2、依据SCR脱硝入口烟气的酸露点为94.98℃，应用(式5)计算得到SCR脱硝入口烟气中SO₃分压力为8.528×10^-6atm；

3、依据试验测得的及脱硝入口SO₂浓度值应用(式6)～(式7)计算SCR脱硝系统出口SO₃浓度为17.774×10^-6atm；

4、依据应用(式5)计算SCR脱硝系统导致烟气酸露点增量Δt_dp为8.80℃；

5、依据脱硝出口SO₃([SO₃])和NH₃([NH₃])浓度值，应用式(式9)计算烟气中硫酸氢铵的沉积临界温度t_ABS范围为218.54℃；

6、依据燃用煤质折算含硫量S'和SCR脱硝系统对烟气酸露点的影响增量Δt_dp，应用(式12)、(式13)和(式14)，计算得到安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp为154.21℃；

7、将机组空气预热器的冷端综合温度控制在154.21℃，获得空气预热器进、出口烟气温度分别为332.5℃和128.3℃，空气预热器进、出口一次风温度分别为31.3℃和294.1℃；空气预热器进、出口二次风温度分别为27℃和284.5℃。依据空气预热器进出口烟气、一次风和二次风温度值对空气预热器进行传热计算，计算得到热端蓄热片出口烟气温度为221℃，高于烟气中硫酸氢铵的沉积临界温度。因此，选取的冷端综合温度155℃。

Claims (7)

1.采用SCR脱硝的燃煤发电机组中空气预热器冷端温度控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)测量SCR脱硝系统的SO₂/SO₃转化率和SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃的浓度值；

(2)根据SCR脱硝系统的SO₂/SO₃转化率，以及锅炉燃用煤质的元素分析和工业分析结果，确定安装SCR脱硝系统后烟气酸露点的升高值；

(3)根据SCR脱硝系统出口SO₃和NH₃的浓度值，计算SCR脱硝系统出口的硫酸氢铵的沉积温度；

(4)依据锅炉燃用煤质的元素分析和工业分析结果，计算安装SCR脱硝系统前的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值；

(5)根据步骤(2)中计算得到的烟气酸露点升高值以及安装SCR脱硝系统前空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，确定安装SCR脱硝系统后的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值；

(6)依据步骤(5)中确定的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端最低平均壁温的推荐值，计算得到安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值，并通过对空气预热器传热计算，得到空气预热器热端出口烟气温度值；将空气预热器热端出口烟气温度值与步骤(3)中计算得到的SCR脱硝系统出口硫酸氢铵的沉积温度进行对比，进行空气预热器冷端综合温度最终选取值的调整：若空气预热器热端出口烟气温度值大于等于硫酸氢铵的沉积温度，则计算得到的安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度的推荐值为最终选取值；若空气预热器热端出口烟气温度值小于硫酸氢铵的沉积温度，则逐渐增大空气预热器冷端综合温度的取值，直至选取的空气预热器冷端综合温度所对应的空气预热器热端出口烟气温度值大于硫酸氢铵的沉积温度为止，此时增大后的空气预热器冷端综合温度为最终选取值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中烟气酸露点的升高值的计算方法如下：

2a、依据锅炉实际燃用煤质元素分析和工业分析结果，应用式1～式4计算烟气酸露点；

n＝α_fhA_sp,kj (式4)

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；t_dp,0为水露点温度，℃；S_sp,kj为燃料折算硫分；β与炉膛出口的过量空气系数有关的系数；n为燃料灰分修正系数；S_ar为燃料的收到基硫分，％；Q_net,ar为燃料的低位发热量，kJ/kg；α_fh为飞灰分额，％；A_sp,kj为燃料折算灰分；A_ar为燃料的收到基灰分，％；为水蒸气的分压，Pa；

2b、根据步骤2a中计算得到的烟气酸露点，应用式6计算SCR脱硝系统入口烟气中SO₃分压

式中：t_dp为烟气酸露点，℃；P_H2O为烟气中水蒸气分压，atm；为入口烟气中SO₃分压，atm；

2c、根据步骤(1)中测得的SO₂/SO₃转化率步骤2b中计算得到的入口烟气中SO₃分压应用式7～式8计算SCR脱硝系统出口SO₃浓度

式中：和为SO₂和SO₃摩尔质量，g/mol；为脱硝入口和出口SO₃体积浓度，uL/L；为脱硝入口和出口SO₃分压，atm；p_fg为脱硝入口和出口烟气总压，atm；

2d、依据应用式9计算SCR脱硝系统对烟气酸露点的影响；

式中：Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中SCR脱硝系统出口硫酸氢铵沉积温度t_ABS确定方法如下：

依据步骤(1)测得的SCR脱硝系统出口SO₃浓度值[SO₃]和NH₃浓度值[NH₃]，应用式10计算烟气中硫酸氢铵的沉积温度t_ABS；

t_ABS＝20.56×log₁₀([SO₃]×[NH₃])+200.14±10 (式10)。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中安装SCR脱硝系统前的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t'_wall,min的确定方法如下：

4a、计算锅炉燃用煤质的折算含硫量S'

当锅炉燃用煤质为烟煤时

S'＝S_ar (式11)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；S_ar为锅炉实际燃用煤质的收到基含硫量，％；

当锅炉燃用煤质为劣质煤时，

式中：Q_net,ar为燃料的低位发热量，kJ/kg；

4b、根据步骤4b中得到的折算含硫量S'，应用式13和式14，计算安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，

当S'＜1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝68.3 (式13)

当S'≥1.5％时，空气预热器冷端最低平均壁温推荐值为：

t'_wall,min＝8.327×S'+56 (式14)

式中：S'为锅炉实际燃用煤质的折算含硫量，％；t'_wall,min为安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，℃。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中安装SCR脱硝系统后的空气预热器冷端最低平均壁温推荐值t”_wall,min的确定方法如下：

t”_wall,min＝t'_wall,min+Δt_dp (式15)

式中：t'_wall,min为安装SCR脱硝系统前燃煤发电机组空气预热器冷端最低平均壁温推荐值，℃；Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中安装SCR脱硝系统后空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp的计算方法如下：

6a、空气预热器冷端最低平均壁温表达式为：

式中：τ_y、τ_p、τ_s为蓄热片在烟气侧、一次风侧和二次风侧停留时间，s；a_k、a_y为空气和烟气换热系数，w/m²℃；t_y、t_p、t_s——为入口烟气温度、入口一二次风温度，℃；

当空气预热器为回转式空气预热器时，τ_p/τ_y、τ_s/τ_y为一、二次风流通面积与烟气侧流通面积之比，a_k≈a_y；

由此可以得到空气预热器冷端综合温度推荐值t_airp：

t_airp＝2(t_y+t_k)＝2t_wall,min＝2(t'_wall,min+Δt_dp) (式17)

式中，Δt_dp为烟气经过SCR脱硝系统后酸露点的增加量，℃。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中空气预热器冷端综合温度最终选取值的调整方法如下：

6b、将空气预热器冷端综合温度调整到步骤6a计算得到的推荐值t_airp；

6c、记录空气预热器进出口烟气温度值、热风温度值；

6d、根据空气预热器结构参数，应用空气预热器传热计算方法，计算空气预热器热端出口烟气温度；

6e、若计算得到的空气预热器热端烟气温度大于等于步骤(3)中计算得到的烟气中硫酸氢铵的临界沉积温度，则选取的冷端综合温度合理，否则提高冷端综合温度，并重新核算空气预热器热端烟气温度，直至满足条件为止。