CN110645568A - W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统及控制方法 - Google Patents

W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种W火焰锅炉NOx超低排放协同控制方法，该控制方法通过在不同机组负荷条件下分别控制低氮燃烧技术、SCR脱硝技术、SNCR脱硝技术的协同作用进行NOx超低排放控制，实现了低氮燃烧系统、SNCR脱硝系统及SCR脱硝系统的高效协同运行，化解了之前多系统并行孤立运行给机组安全、经济运行带来的负面影响。

Description

W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于燃煤发电技术领域，具体涉及一种W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放协同控制系统及控制方法。
背景技术
低挥发份煤(贫煤、无烟煤)和高灰份低热值煤为难燃煤，占我国动力用煤的40％左右。我国是世界上为数较少难燃煤储量丰富的国家之一，国家燃料政策要求电站锅炉优先燃用低挥发份劣质煤。W火焰锅炉是一种针对低挥发分煤进行稳定燃烧而设计的炉型，凭借其特殊的燃烧组织方式和较高的炉膛容积热负荷，成为我国难燃煤燃烧的主力炉型，广泛应用于我国华北、华南和西南等难燃煤储量丰富地区。但由于W火焰锅炉炉内燃烧温度水平高(较其他类型煤粉炉高200～400℃)，燃用煤质挥发份含量低，由此导致NOx生成量极高(800～2000mg/m3)，NOx排放面临巨大挑战。
随着国家环保要求逐渐提高，从国家到地方下发了一些列关于火电厂NOx控制限值要求的文件，对于W火焰锅炉NOx排放的要求逐渐不区别对待。国家发改委、环保部、能源局于2014年9月12日联合下发了《煤电节能升级与改造行动技术(2014-2020)》【发改能源[2014]2093号】，要求到2020年东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。2015年12月11日环保部、发改委、能源局了联合下发了关于《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】的通知，要求到2020年全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平。同时，提出加快现役燃煤发电机组超低排放改造步伐，将东部地区原计划2020年前完成的超低排放改造任务提至2017年前总体完成(暂不含W火焰锅炉和循环流化床锅炉)，中部地区力争在2018年前基本完成，西部地区在2020年前完成。2014年8月8日，山西省下发了《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》，明确规定全省燃煤发电厂必须在2020年底前完成超低排放改造，而且不同炉型机组不予区别对待，氮氧化物排放标准统一划定为50毫克每立方米。2016年8月，广西壮族自治区下发了《关于下达2016年燃煤电厂超低排放和节能改造目标任务的通知》，将部分W火焰锅炉列入超低排放的实施对象。河北、湖南、江西、贵州等W火焰锅炉主要集中省份也分别下发了关于燃煤发电机组超低排放实施方案，对W火焰锅炉并没有区别对待。
由此可知，目前国家及各地政府尚未对W火焰锅炉NOx超低排放做明确强制性要求，但湖南、贵州、广西、山西等地区已明确鼓励W火焰锅炉进行超低排放改造，长期来看实施W火焰锅炉NOx超低排放改造满足国家和地方超低排放政策要求，已成为大势所趋，势在必行。
为了降低NOx的排放量，国内外提出的主要技术路线及内容如下：
(1)低氮燃烧技术+SCR脱硝技术的技术路线
低氮燃烧技术+SCR脱硝技术的NOx控制技术路线是其他燃烧方式煤粉锅炉NOx超低排放普遍采用的技术路线。目前，W火焰锅炉也采用该技术路线控制NOx达到200mg/m3的排放限制要求，且取得了良好的效果。若进一步降低NOx排放限制达到超低排放或近零排放，只能通过提高低氮燃烧技术NOx控制性能和SCR脱硝系统的脱硝效率实现，如：通过炉内空气深度分级提高低氮燃烧技术的性能，通过增加催化剂层数(由3层增加到4层)提高SCR脱硝系统的脱硝效率。
(2)低氮燃烧技术+掺烧高挥发份煤种+SCR脱硝技术的技术路线
入炉煤挥发份的含量对NOx排放有重要影响，一般而言在燃烧系统不变的情况下，入炉煤挥发份含量越高，炉膛出口NOx排放浓度相对越低。该技术路线利用此原理，通过掺烧烟煤、印尼煤等高挥发份煤种提高入炉煤挥发份含量，降低炉膛出口NOx排放浓度，然后通过SCR烟气脱硝技术将NOx控制到超低排放的水平。目前，国内已有一些电厂进行了相关改造工作，主要采取两种方式：一种是基于原有低氮燃烧系统和制粉系统不变开展高挥发份煤种掺烧，即保留W火焰锅炉原有低氮燃烧系统、制粉系统和炉内结构不变的条件，通过“分磨制粉、炉内掺烧”或“炉前掺混、炉内混烧”的方式掺烧部分高挥发份煤种，提高入炉煤的挥发份含量。第二种是以高挥发份煤为锅炉设计煤种对低氮燃烧系统、制粉系统和炉内卫燃带进行改造，提高W火焰锅炉对高挥发份煤种的适应性，彻底解决大比例掺烧高挥发份煤带来的问题。
(3)低氮燃烧技术+SNCR+SCR脱硝技术的技术路线
该技术路线是目前W火焰锅炉超低排放采用最多的技术方案，在低氮燃烧技术和SCR烟气脱硝技术的基础上，通过在炉膛上部加装SNCR系统，进一步降低NOx，减轻尾部SCR烟气脱硝系统的压力，通过多种技术的叠加实现超低排放。
但是，以上现有技术仍具有局限性：
(1)“低氮燃烧+SCR”技术路线用于W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放的局限性
a.在煤质不变条件下基于现有低氮燃烧技术进一步降低W火焰锅炉炉内NOx生成的空间有限。
现行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)对山东、河北、河南等重点地区W火焰锅炉的NOx排放限值要求是100mg/Nm3，对西南地区(贵州、广西)的W火焰锅炉的NOx排放限值要求是200mg/Nm3。上述地区达到超低排放限值50mg/Nm3，NOx排放标准分别提高了50％和75％，由此需要大幅度提高现有NOx控制技术的降氮能力。
低氮燃烧技术的核心思想是分级燃烧，主流实现方式是空气分级燃烧。采用空气分级燃烧技术一方面可降低炉膛温度降低热力型NOx的生成，另一方面可在主燃区营造还原性气氛抑制挥发份氮向NOx的转化。由于W火焰锅炉设计燃用煤质着火难、燃尽差，过高的空气分级会导致主燃区烟气温度和含氧量降低，虽有利于降低NOx生成，但煤粉着火和燃尽变差，飞灰大渣可燃物含量升高，炉内结焦和高温腐蚀严重，严重影响锅炉运行的经济性和安全性。因此，燃用干燥无灰基挥发份(Vdaf)含量10％煤质的W火焰锅炉，设计燃尽风风率一般在15％左右。另外，低氮燃烧技术主要是通过在燃烧初期抑制挥发份N向NO转化控制NOx的生成量。由于W火焰锅炉燃用煤质的挥发份含量较低，在燃烧初期煤粉热解析出挥发份含量较少，挥发份N占总氮中的比例较低，因此，空气分级抑制挥发份N向NOx转化的效果没有高挥发份煤种明显。综上分析可知，在煤质不变条件下基于现有低氮燃烧技术进一步降低炉内NOx生成的空间有限。
b.SCR脱硝技术脱硝效率大于92％会导致氨逃逸增加、空预器堵塞，影响机组安全稳定运行
SCR烟气脱硝技术在设计过程中脱硝系统和氨逃逸存在以下的关系：NH3/NOx＝脱硝效率+氨逃逸量/入口NO浓度。脱硝效率越高，氨逃逸的量越大。对于纯燃用低挥发份煤的W火焰锅炉，炉膛出口NOx浓度通常高达800-900mg/Nm3，甚至更高。采用SCR烟气脱硝技术将NOx由800mg/Nm3以上降低到50mg/Nm3，SCR脱硝效率需达到93.75％以上。加(换)装催化剂、提高喷氨量虽可将脱硝效率提高到93.75以上，但长期稳定在90％以上且氨逃逸控制在性能保证值以内运行难度相当大。实际运行经验表明，SCR脱硝效率高于92％即存在氨逃逸高、空预器差压增长快不可控等问题，这不仅会导致引风机电耗增加，严重时还会影响锅炉机组出力。因此，W火焰锅炉应用SCR烟气脱硝技术时脱硝效率选取应合理。
综上可知，由于W火焰锅炉燃用煤质挥发份低、NOx生成浓度高，常规的“低氮燃烧+SCR”超低排放技术路线是不适用的，必须根据机组自身情况，因地制宜、因炉制宜、因煤制宜，优选制定出合适的超低排放技术路线。
(2)“低氮燃烧+掺烧烟煤+SCR”技术路线用于W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放局限性
a.基于原有低氮燃烧系统和制粉系统不变开展高挥发份煤种掺烧技术路线局限性
W火焰锅炉一般设计煤种为无烟煤或贫瘦煤，由于煤质挥发分低燃尽差，喷口尺寸、燃尽风风率、炉膛容积热负荷等参数的选取与烟煤锅炉存在很大的差别。基于原设计的燃烧系统进行烟煤掺烧，烟煤的掺烧比例一定存在限值，否则极易出现烧喷口、结焦等问题，因此，基于原有燃烧系统掺烧高挥发份含量煤质的比例份额有限，由此导致NOx降低幅度有限，炉膛出口NOx仍维持较高的水平(800mg/m3左右)，实现超低排放要求SCR烟气脱硝技术必须高效率下运行，仍存在氨逃逸高、空预器堵塞等问题。
b.对燃烧、制粉系统进行改造大比例掺烧烟煤或全烧烟实现NOx超低排放和近零排放的局限性。
为了提高烟煤掺烧的比例，深度降低炉膛出口NOx排放浓度，国内一些电厂对W火焰锅炉进行了无烟煤改烟煤的改造。改造后，纯烧烟煤时炉内受热面结焦现象不明显，制粉系统能够安全稳定运行，燃烧器没有烧损现象，炉膛出口NOx排放浓度可达500mg/Nm3以下，借助SCR脱硝系统，可以实现超低排放。但存在改造投资高、改造范围较大的问题，经此改造后的W火焰锅炉对低挥发份煤的适应性变差，可能无法燃用无烟煤。
(3)低氮燃烧技术+SNCR+SCR脱硝技术的技术路线用于W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放的局限性
该技术路线采用的是3种脱硝技术叠加实现W火焰锅炉NOx超低排放的技术思路，该技术路线不仅运行成本高，而且各技术间缺少统筹协同，三种技术之间的相互干扰和影响，以至于各技术并不能在最佳状态下运行，而且衍生的问题对机组安全稳定运行造成了严重影响，具体表现如下：
a、W火焰锅炉炉膛呈长方形、跨度大，炉内燃烧受磨组、配风影响极大，炉膛出口NOx分布、温度分布极其混乱且无规律，如何准确控制SNCR还原喷氨量，防治氨逃逸对高效脱除NOx极其重要。
b、W火焰锅炉炉内温度高，满足SNCR还原剂喷入点的温度区段(850～1100℃)位于炉膛上部受热面布置集中区域，该区段温度梯度变化大，烟气停留时间短，如何短时间内高效脱除NOx具有较大的难度。另外CO对SNCR脱硝技术有极大的负面作用，如何降低SNCR喷氨点CO浓度需要低氮燃烧系统燃烧过程开展相关优化工作。
c、煤粉燃烧炉内很难实现温度均匀、组分均匀状态的燃烧状态。W火焰锅炉炉膛宽大，燃烧器布置结构特殊，炉内燃烧不均尤为突出，因此，SNCR在炉内的喷氨必然不均，由此会导致SCR脱硝入口的NOx浓度分布偏差极大，给SCR脱硝系统运行带来了极大挑战。
d、受煤粉锅炉炉内结构和燃烧特点的影响，SNCR高效脱除NOx必然存在氨逃逸，逃逸氨对后续设备影响，以及如何与SCR协同控制，需要进一步开展工作。
e、SNCR脱硝系统运行成本较高。
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，提供一种安全性高、运行成本较低，且能有效实现W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放的协同控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种W火焰锅炉NOx超低排放协同控制方法，该控制方法通过在不同机组负荷条件下分别控制低氮燃烧技术、SCR脱硝技术、SNCR脱硝技术的协同作用进行NOx超低排放控制；具体控制方式如下：
(1)调整燃烧系统
a、调整入炉煤的挥发份含量：
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，对以下运行参数进行调控：
a1、调整入炉煤的干燥无灰基挥发份控制在15％～25％；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，对以下运行参数进行调控：
a2、调整入炉煤的干燥无灰基挥发份控制在25％以上。
(2)协同控制SNCR脱硝系统
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，对以下运行条件进行协同控制：
e1、监控炉膛横截面的烟气温度场，开启烟气温度在800℃～1100℃区域内SNCR脱硝系统对应的还原剂喷口，同时监控SCR脱硝系统入口处烟道横截面的NOx浓度场，通过调整SNCR脱硝系统的还原剂的喷入量，使得SCR脱硝系统入口NOx的浓度不高于450mg/m3；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，对以下运行条件进行协同控制：
e2、关闭SNCR脱硝系统的还原剂喷口；
(3)协同控制SCR脱硝系统
f、监控SCR脱硝系统出口NOx的浓度场和流场，通过调整SCR脱硝系统的喷氨量，使得SCR脱硝系统出口NOx浓度控制在排放标准限值以下(不高于50mg/m3)，且分布不均匀度不大于30％，局部氨逃逸不超过3ppm。
进一步的，步骤(1)中调整燃烧系统，还包括以下运行参数的调节：
b、调整燃烧器的乏气风管道上的阀门，保证燃烧器喷口风速在15～16m/s；
c、调整动态分离器转速，保证煤粉细度R90在0.5nVdaf(n-对应磨煤机的煤粉均匀性指数，Vdaf为对应磨煤机磨制原煤的干燥无灰基挥发分含量)；
d、调整拱下二次风，以及燃尽风，使得燃尽风风率在20％～25％，主燃区过量空气系数不高于0.9。
上述步骤(b)中乏气风管道的调整方式在不同负荷条件下分别进行如下调整：
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，燃用煤质干燥无灰基挥发分含量15％～25％，控制燃烧器的乏气由下炉膛或拱上喷入炉膛；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，燃用煤质干燥无灰基挥发分含量大于25％，控制燃烧器的乏气由上炉膛喷入炉膛。
本发明还提供了一种W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统，该协同控制系统包括安装于W火焰锅炉内的SCR烟气脱硝系统和SNCR脱硝系统，本发明协同控制系统还包括低氮燃烧系统、低氮燃烧与SNCR脱硝协同辅助系统、SNCR脱硝与SCR脱硝协同辅助系统；
低氮燃烧系统包括分隔式煤仓、给煤机、磨煤机、动态分离器、一次风粉管、带多路乏气风管的燃烧器；所述分隔式煤仓依次通过给煤机、磨煤机、动态分离器、一次风粉管与带多路乏气风管的燃烧器相连；所述燃烧器上设置三路乏气风管，分别通过该三路乏气风管依次连接上炉膛水冷壁处、炉膛拱上水冷壁处和下炉膛水冷壁处设置的乏气喷口；
低氮燃烧与SNCR脱硝辅助协同系统包括炉膛截面温度场测量装置和炉膛辅助燃尽风横向混合装置；所述炉膛截面温度场测量装置设于SNCR脱硝系统的还原剂喷口下方的截面位置处；所述炉膛辅助燃尽风横向混合装置包括多个辅助燃尽风喷口，分别位于炉膛左右侧墙上、燃尽风喷口上方位置处；
SNCR脱硝与SCR脱硝协同辅助系统包括烟气大尺度混合装置、NOx的浓度场和流场测量装置；所述烟气大尺度混合装置设于省煤器出口、SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前的烟道位置处；NOx的浓度场和流场测量装置为两组，分别位于SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前和SCR脱硝系统出口位置处。
其中，分隔式煤仓内部沿中轴线设有隔板，将所述分隔式煤仓内部分为两个腔室，两个腔室分别与所述给煤机的入口相连通，并在连通位置处分别设有可调节的插板门。
低氮燃烧系统还包括拱下二次风喷口挡板；所述拱下二次风喷口挡板分别设于对应的拱下二次风喷口位置处。
上述炉膛截面温度场测量装置设于SNCR脱硝系统第一层还原剂喷口所在横截面之前0.5-1m的截面位置处。
SNCR脱硝系统设于炉膛辅助燃尽风横向混合装置上方、屏式过热器下方的位置处。
上述烟气大尺度混合装置为两个，分别位于省煤器出口、SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前以及SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅与催化剂之间的烟道位置处。
各NOx的浓度场和流场测量装置均包括多个NOx浓度传感器和气体流量传感器，均布于烟道内壁、对应的同一横截面位置处；炉膛截面温度场测量装置包括多个温度传感器，均布于炉膛前后左右侧墙上、对应的同一横截面位置处。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、本发明提出了不同NOx控制技术协同运行的方法和关键，实现了低氮燃烧系统、SNCR脱硝系统及SCR脱硝系统的高效协同运行，化解了之前多系统并行孤立运行给机组安全、经济运行带来的负面影响；
2、本发明通过采用分隔式煤仓、乏气喷入及风量调节、动态分离器调节、拱下风喷口挡板调节等手段，对低氮燃烧技术进行调控，在不同的负荷条件下，合适的炉膛位置供给不同的煤质，从而在确保燃尽的条件下，进一步降低炉膛出口在NOx浓度；并在不影响W火焰锅炉煤质适应性的条件下，实现高挥发份煤质的炉内掺烧；
3、本发明利用低氮燃烧与SNCR脱硝辅助协同系统与SNCR脱硝与SCR脱硝协同辅助系统这两个子系统，有效实现了低氮燃烧技术、SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术的高效协同运行：利用炉膛截面温度场测量装置辅助炉内受热面温度分布监控炉内燃烧的均匀性，采用拱下风喷口挡板、炉膛辅助燃尽风横向混合装置调节炉内燃烧的均匀性，确保SNCR入口烟气温度和组分浓度场分布相对均匀；在SCR脱硝入口安装截面烟气NOx分布测量装置和烟气横向混合装置，解决SNCR喷氨分布不均导致的SCR脱硝入口烟气分布极不均匀的问题；
4、依据W火焰锅炉高中低负荷下NOx排放特性，给出了最佳经济运行策略，提高了W火焰锅炉NOx超低排放控制的经济性。
附图说明
图1为本发明W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统的结构示意图；
图2为图1中分隔式煤仓的结构示意图；
图3为图1中带多乏气风管的燃烧器的结构示意图；
图4为拱下二次风喷口挡板的安装示意图；
图5为拱下二次风喷口及挡板布置示意图；
图6为炉膛辅助燃尽风横向混合装置的布置示意图。
图中，1：高挥发份煤质掺烧炉内低氮燃烧系统，1-1：分割式煤仓，1-1-1：煤仓隔板，1-1-2：插板门(A/B侧)，1-2：给煤机，1-3：磨煤机，1-4：动态分离器，1-5：一次风粉管，1-6：带多乏气风管的燃烧器，1-6-1：一次风粉浓缩装置，1-6-2：乏气风管及喷口，1-6-2a：与下炉膛水冷壁连接的乏气风管及喷口，1-6-2b：与上炉膛水冷壁连接的乏气风管及喷口，1-6-3：一次风浓煤粉管及喷口，1-7：拱下二次风喷口挡板，1-8：拱下二次风喷口；2：低氮燃烧技术与SNCR脱硝技术协同运行系统，2-1炉膛截面温度场测量装置，2-2：炉膛横向混合辅助燃尽风喷口，3：SNCR脱硝系统，4：SNCR与SCR协同运行系统，4-1：脱硝入口烟气大尺度混合装置，4-2：脱硝进出口烟道横截面NOx浓度场、流场测量装置，4-3：喷氨分布自动控制系统，5：SCR脱硝系统，5-1：喷氨格栅；5-2：催化剂；6：炉膛四周水冷壁，6-1：上炉膛水冷壁，6-2：拱上水冷壁，6-3：拱下水冷壁，7：拱下二次风箱，8：燃尽风喷口。
具体实施方式
为了更加清晰说明本专利的目的、技术方案及创新点，以下结合附图对本专利进行详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施范例仅仅用以解释本专利，并不用于限制本专利。此外，下面所描述的本专利各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例的对象为一台660MW超临界W火焰锅炉，该W火焰锅炉包括炉膛、燃烧器、燃尽风、过热器、再热器、省煤器。炉膛以拱部吼口为分界线分为上炉膛和下炉膛两部分，下炉膛呈双拱形，四面墙由若干垂直内螺纹管及鳍片连接组成，下炉膛四周水冷壁称为下炉膛水冷壁6-3，上炉膛位于炉拱顶棚，四面墙水冷壁采用垂直内螺纹管及鳍片连接，上炉膛四周水冷壁称为上炉膛水冷壁6-1，前后墙拱上水冷壁称为拱上水冷壁6-2；锅炉装有24只煤粉燃烧器，所述燃烧器顺列布置在炉膛前后墙拱上，燃烧器向下喷燃形成W型火焰。锅炉配备6台磨煤机，每台磨煤机配备一个煤仓1-1、给煤机1-2和动态分离器1-4，磨煤机1-3磨制的煤粉经动态分离器1-4筛分后经一次风粉管1-5输送至4只燃烧器。所述燃尽风布置在上炉膛的前后墙上，沿着炉宽方向前后墙各布置13个燃尽风喷口8。本实施例对象还安装了SCR烟气脱硝系统5，所述SCR烟气脱硝系统包含喷氨格栅5-1和催化剂5-2，所述催化剂为3层。如图1所示。该锅炉设计燃用煤质的干燥无灰基挥发分为11％。
本实施例的W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放协同控制系统是在系统基本设备的基础上的构建的，主要包括由高挥发份煤质掺烧炉内低氮燃烧系统1、低氮燃烧技术与SNCR脱硝技术协同运行系统2、SNCR脱硝系统3、SNCR与SCR协同运行系统4及SCR脱硝系统5等5个子系统组成，见附图1。
高挥发份煤质掺烧炉内低氮燃烧系统1主要由分隔式煤仓1-1、给煤机1-2、磨煤机1-3、动态分离器1-4、一次风粉管1-5、带多乏气风管的燃烧器1-6、拱下二次风喷口挡板1-7组成。所述分隔式煤仓1-1布置在给煤机1-2正上方，见附图2，沿着煤仓中轴线安装煤仓隔板1-1-1将煤仓一分为二形成分隔式煤仓1-1，运行时向煤仓的两侧分别装用不同挥发分含量的煤质，以调整入炉煤的干燥无灰基挥发分含量，改变炉膛出口NOx浓度；本实施例中，分割式煤仓A侧主要装高挥发分烟煤，烟煤干燥无灰基挥发分25％以上，B主要装贫煤或无烟煤，干燥无灰基挥发分在10％～20％之间。为了保证在线调节磨煤机中的煤质，在分隔式煤仓的A/B侧两个分隔腔室与给煤机1-2的连通处安装两个对应的插板门1-1-2，分别控制A/B两侧煤仓向给煤机的供煤量。运行过程中，通过调整A/B插板门的开度，调整不同负荷下烟煤的掺烧量，从而控制炉膛出口NOx排放浓度。所述带多乏气风管的燃烧器1-6布置在W火焰锅炉炉膛前后拱上，见附图3，由一次风粉浓缩装置1-6-1、乏气风管及喷口1-6-2、一次风浓粉管及喷口1-6-3组成；一次风粉浓缩装置1-6-1的一端与一次风粉管1-5连接，一端通过风浓粉管及喷口1-6-3与炉膛拱上水冷壁6-2连接，乏气风管与水冷壁其他3个位置连接；所述乏气风管及喷口1-6-2有多种形式，一种与下炉膛水冷壁6-3连接的乏气风管及喷口1-6-2a，一种与上炉膛水冷壁6-1连接的乏气风管及喷口1-6-2b，一种是与拱上水冷壁6-2连接的乏气风管及喷口(未画出)。三种乏气风管上均安装调节阀门，运行过程中根据对应磨煤机的磨制煤质，选择阀门开关情况。所述拱下二次风喷口挡板1-7安装在W火焰锅炉拱下二次风箱内，见附图4、图5所示，用于调节拱下二次风喷口1-8喷口面积，改变拱下二次风风量和射流速度。
低氮燃烧技术与SNCR脱硝技术协同运行系统2主要由炉膛截面温度场测量装置2-1、炉膛横向混合辅助燃尽风喷口2-2组成。所述炉膛截面温度场测量装置2-1采用温度传感器，布置在SNCR脱硝系统第一层喷口所在横截面之前0.5～1m处截面上，用于测量炉膛截面温度场分布，一方面为SNCR喷氨提供依据，另一方面也为低氮燃烧系统运行调整和炉膛横向混合辅助燃尽风的运行调整提供反馈。所述炉膛横向混合辅助燃尽风喷口2-2主要布置在上炉膛的左右两侧墙上，燃尽风喷口8标高以上，炉膛截面温度场测量装置2-1以下，用于增强炉内左右混合，提高SNCR脱硝入口烟气温度和组分分布的均匀性。
SNCR脱硝系统安装在炉膛横向混合辅助燃尽风喷口2-2以上，屏式过热器以下，SNCR脱硝系统的还原剂喷嘴布置在炉膛的四面墙上，通过喷入氨基物质在无催化剂的条件下还原炉内燃烧产生的NOx，SNCR喷氨系统喷嘴投运是依靠炉膛截面温度场测量装置2-1测量结果在800～1000℃烟温范围喷射。
SNCR与SCR协同运行系统4主要由脱硝入口烟气大尺度混合装置4-1、脱硝进出口烟道横截面NOx浓度场、流场测量装置4-2和喷氨分布自动控制系统4-3组成。所述脱硝入口烟气大尺度混合装置4-1是两种，一种烟气大尺度混合装置4-1a是安装在省煤器出口、脱硝喷氨格栅之前区段，主要用于加强烟道内烟气混合，解决炉膛内SNCR喷氨导致的SCR脱硝入口NOx分布不均的问题；另一种烟气大尺度混合装置4-1b是安装在喷氨格栅之后，第一层催化剂入口之前，主要是用于加强烟道内烟气与还原剂之间混合，提高第一层催化剂入口氨氮摩尔比的均匀性。各烟气大尺度混合装置4-1由多个导流板构成，各导流板呈X交叉布置布置固定在烟道内，实现烟道内烟气左右大尺度混合。
所述脱硝进口处烟道横截面NOx浓度场、流场测量装置4-2设置两个，分布安装在SCR脱硝系统喷氨格栅之前和SCR反应器出口位置处，包括若干NOx浓度传感器和流量传感器，用于测量烟道截面NOx浓度场和流场分布，单侧烟道测点数量依据网格法确定。喷氨分布自动控制系统4-4可采用现有SCR脱硝系统中的控制系统，主要是用于自动控制烟道内喷氨格栅各个喷嘴的氨喷射量，以确保烟道内各喷嘴覆盖区的喷氨量与烟气流量和NOx浓度相吻合，SCR反应器出口NOx分布均匀，消除局部氨逃逸问题。
本实施例的W火焰锅炉NOx超低排放和近零排放协同控制方法，其主要特征如下：
1、在中、高负荷(70％～100％BRL负荷下)条件下，由于W火焰锅炉炉内温度水平教高，热力型NOx生成量大，单纯使用高挥发份煤掺烧炉内低氮燃烧系统无法将NOx降低到450mg/m3以下，且原有W火焰锅炉燃烧系统未做大的改动，全部掺烧高挥发分烟煤存在结焦、烧喷口等运行安全隐患，因此，在70％以上负荷本专利提出W火焰锅炉NOx超低排放或近零排放协同控制采用部分掺烧高挥发份烟煤低氮燃烧系统1连同SNCR烟气脱硝系统2控制SCR脱硝系统入口烟气中NOx不高于450mg/m3，然后，借助SCR脱硝系统将烟囱总排口的NOx控制到标准值以下，具体做法如下：
(1)调整磨煤机对应的分割式煤仓1-1上无烟煤侧插板门1-1-2和烟煤侧插板门开度，改变对应燃烧器煤质，将入炉煤的干燥无灰基挥发份控制在15％～25％，确保炉内不发生结焦现象；
(2)控制燃烧器的乏气由下炉膛或拱上喷入炉膛；
(3)调节对应燃烧器对应的乏气风管道(即与拱上水冷壁6-2连接的乏气风管及喷口，或下炉膛水冷壁6-3连接的乏气风管及喷口1-6-2a)上阀门，保证燃烧器喷口风速在16m/s左右；
(4)调整动态分离器转速，保证煤粉细度R90为10％左右；
(5)调整拱下风喷口挡板和燃尽风的风门开度，提高燃尽风风量，将燃尽风风率控制在20％左右，主燃区过量空气系数降低至0.85左右。
(6)根据炉膛横截面烟气温度场，开启烟气温度800～1100℃区域内的SNCR脱硝系统的还原剂喷口，逐渐调整氨基还原剂的喷入量，使SCR脱硝系统入口NOx不高于450mg/m3。
2、在低负荷条件(<70％BRL)下，由于W火焰锅炉炉内温度水平降低，热力型NOx显著减少，因此，燃烧产生的NOx浓度低于中、高负荷。另外，由于炉内烟气温度水平降低，炉内结渣现象也可以得到缓解，因此，可以适当提高高挥发分煤的掺烧比例。在70％BRL以下负荷本专利提出仅采用高挥份煤掺烧炉内低氮燃烧系统即可将SCR脱硝系统入口NOx浓度控制到450mg/m3，具体做法如下：
(1)调整磨煤机对应的分割式煤仓1-1上无烟煤侧插板门1-1-2和烟煤侧插板门开度，改变对应燃烧器煤质，将入炉煤的挥发份控制在25％以上，确保炉内不发生结焦现象；
(2)控制燃烧器的乏气由上炉膛喷入炉膛；
(3)调节对应燃烧器对应的乏气风管道(即与上炉膛水冷壁6-1连接的乏气风管及喷口1-6-2b)上阀门，保证燃烧器喷口风速在16m/s左右，乏气风喷口由拱上送入；
(4)调整动态分离器转速，保证煤粉细度R90为15％左右；
(5)调整拱下风喷口挡板，减小拱下二次风喷口面积，同时，增大燃尽风的风门开度，提高燃尽风风量，将燃尽风风率提高到20％～25％，主燃区过量空气系数降低至0.8～0.85。
3、SCR脱硝系统入口的NOx浓度降低至450mg/m3后，根据脱硝进出口烟气组分和流场分布特征，自动调整喷氨格栅各区域喷嘴的喷氨量，将SCR脱硝出口NOx浓度控制到目标值，且保证SCR脱硝反应器出口NOx分布均匀，不均匀度不大于30％，局部氨逃逸不超过3ppm。

Claims (10)

1.W火焰锅炉NOx超低排放协同控制方法，其特征在于：该控制方法通过在不同机组负荷条件下分别控制低氮燃烧技术、SCR脱硝技术、SNCR脱硝技术的协同作用进行NOx超低排放控制；具体控制方式如下：
(1)调整燃烧系统
a、调整入炉煤的挥发份含量：
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，对以下运行参数进行调控：
a1、调整入炉煤的干燥无灰基挥发份控制在15％～25％；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，对以下运行参数进行调控：
a2、调整入炉煤的干燥无灰基挥发份控制在25％以上；
(2)协同控制SNCR脱硝系统
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，对以下运行条件进行协同控制：
e1、监控炉膛横截面的烟气温度场，开启烟气温度在800℃～1100℃区域内SNCR脱硝系统对应的还原剂喷口，同时监控SCR脱硝系统入口处烟道横截面的NOx浓度场，通过调整SNCR脱硝系统的还原剂的喷入量，使得SCR脱硝系统入口NOx的浓度不高于450mg/m3；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，对以下运行条件进行协同控制：
e2、关闭SNCR脱硝系统的还原剂喷口；
(3)协同控制SCR脱硝系统
f、监控SCR脱硝系统出口NOx的浓度场和流场，通过调整SCR脱硝系统的喷氨量，使得SCR脱硝系统出口NOx浓度控制在不高于50mg/m3，且分布不均匀度不大于30％，局部氨逃逸不超过3ppm。
2.根据权利要求1所述的协同控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中调整燃烧系统，还包括以下运行参数的调节：
b、调整燃烧器的乏气风管道上的阀门，保证燃烧器喷口风速在15～16m/s；
c、调整动态分离器转速，保证煤粉细度R90在0.5nVdaf，其中n-对应磨煤机的煤粉均匀性指数，Vdaf为对应磨煤机磨制原煤的干燥无灰基挥发分含量；
d、调整拱下二次风，以及燃尽风，使得燃尽风风率在20％～25％，主燃区过量空气系数不高于0.9。
3.根据权利要求2所述的协同控制方法，其特征在于：所述步骤(b)中乏气风管道的调整方式为：
当W火焰锅炉机组在中、高负荷条件下运行时，燃用煤质干燥无灰基挥发分含量15％～25％，控制燃烧器的乏气由下炉膛或拱上喷入炉膛；
当W火焰锅炉机组在低负荷条件下运行时，燃用煤质干燥无灰基挥发分含量大于25％，控制燃烧器的乏气由上炉膛喷入炉膛。
4.W火焰锅炉NOx超低排放协同控制系统，该协同控制系统包括安装于W火焰锅炉内的SCR烟气脱硝系统和SNCR脱硝系统，其特征在于：所述协同控制系统还包括低氮燃烧系统、低氮燃烧与SNCR脱硝协同辅助系统、SNCR脱硝与SCR脱硝协同辅助系统；
所述低氮燃烧系统包括分隔式煤仓、给煤机、磨煤机、动态分离器、一次风粉管、带多路乏气风管的燃烧器；所述分隔式煤仓依次通过给煤机、磨煤机、动态分离器、一次风粉管与带多路乏气风管的燃烧器相连；所述燃烧器上设置三路乏气风管，分别通过该三路乏气风管依次连接上炉膛水冷壁处、炉膛拱上水冷壁处和下炉膛水冷壁处设置的乏气喷口；
所述低氮燃烧与SNCR脱硝辅助协同系统包括炉膛截面温度场测量装置和炉膛辅助燃尽风横向混合装置；所述炉膛截面温度场测量装置设于SNCR脱硝系统的还原剂喷口下方的截面位置处；所述炉膛辅助燃尽风横向混合装置包括多个辅助燃尽风喷口，分别位于炉膛左右侧墙上、燃尽风喷口上方位置处；
所述SNCR脱硝与SCR脱硝协同辅助系统包括烟气大尺度混合装置、NOx的浓度场和流场测量装置；所述烟气大尺度混合装置设于省煤器出口、SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前的烟道位置处；NOx的浓度场和流场测量装置为两组，分别位于SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前和SCR脱硝系统出口位置处。
5.根据权利要求4所述的协同控制系统，其特征在于：所述分隔式煤仓内部沿中轴线设有隔板，将所述分隔式煤仓内部分为两个腔室，两个腔室分别与所述给煤机的入口相连通，并在连通位置处分别设有可调节的插板门。
6.根据权利要求5所述的协同控制系统，其特征在于：所述低氮燃烧系统还包括拱下二次风喷口挡板；所述拱下二次风喷口挡板分别设于对应的拱下二次风喷口位置处。
7.根据权利要求6所述的协同控制系统，其特征在于：所述炉膛截面温度场测量装置设于SNCR脱硝系统第一层还原剂喷口所在横截面之前0.5-1m的截面位置处。
8.根据权利要求7所述的协同控制系统，其特征在于：所述SNCR脱硝系统设于炉膛辅助燃尽风横向混合装置上方、屏式过热器下方的位置处。
9.根据权利要求8所述的协同控制系统，其特征在于：所述烟气大尺度混合装置为两个，分别位于省煤器出口、SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅之前以及SCR脱硝系统的脱硝喷氨格栅与催化剂之间的烟道位置处。
10.根据权利要求9所述的协同控制系统，其特征在于：各NOx的浓度场和流场测量装置均包括多个NOx浓度传感器和气体流量传感器，均布于烟道内壁、对应的同一横截面位置处；炉膛截面温度场测量装置包括多个温度传感器，均布于炉膛前后左右侧墙上、对应的同一横截面位置处。
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