CN111272969B - 一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法 - Google Patents

一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法，首先提供入炉煤质参数和机组负荷；然后预测不同煤种的NOx生成浓度；随后预测机组负荷对NOx生成浓度的影响；最后预测不同煤种在特定负荷下的NOx生成浓度的影响；本发明不仅考虑了煤质参数的变化，同时还考虑了不同负荷下运行条件变化对NOx生成浓度的影响，使其预测结果更加实用，也符合电厂负荷随时波动的特点；对不同煤种在非低氮燃烧条件下相同运行参数下的NOx生成浓度进行了实验室的测试，根据试验结果得到的影响规律，其结果更为科学可靠；本发明可适应无烟煤、贫煤、烟煤及褐煤等动力用煤，具有普遍规律，也符合目前电厂宽煤种掺烧的实际情况。

Description

一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法
技术领域
本发明涉及煤粉锅炉的NOx生成浓度预测技术领域，具体涉及一种华能榆社发电有限责任公司300MW煤粉锅炉在40％-100％负荷(120MW-300MW)范围内燃用不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度的预测方法。
背景技术
据统计，我国大气污染物中的NOx60％来自于煤的燃烧，每燃烧一吨煤炭，约产生5-30kg氮氧化物。其中，火电厂发电用煤又占了全国燃煤的70％。为控制燃煤火电厂的NOx污染物排放水平，中国相继颁发了《火电厂大气污染物排放标准-GB13223-1996》、《中华人民共和国大气污染保护法》(2000年9月实施)、《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003》、《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011等政策和标准，要求火电厂采取措施控制NOx排放，达到排放标准。目前大多数火电厂NOx的排放要求是50mg/Nm3，当电厂设备确定后，排放要达标，则要求脱硝入口也即NOx的生成浓度在一定范围内。
影响NOX生成浓度的因素主要有设备因素和运行参数，其中设备因素包括锅炉的热负荷参数、燃烧器设计、制粉系统设计、是否敷设卫燃带等，运行参数则包括机组负荷、运行氧量、燃尽风率、煤粉细度、一次风率、燃料特性(燃煤挥发分、氮含量)等。对于特定的电厂，当设备和机组负荷确定后，影响NOx生成浓度的主要是燃料特性和运行参数，而运行参数也主要受燃料特性影响。
目前大多数火电厂在配煤掺烧过程中仅考虑燃料成本，并未考虑燃料在燃烧过程中NOx排放成本控制带来的对燃烧经济性的影响，进而可能导致选取了假性“经济”掺配方案。当机组确定后，不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)燃烧时的NOx生成浓度是不同的，现有的研究大多从机理上进行了分析和研究，但并为给出具体影响因素和影响因子。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法，具体涉及一种华能榆社发电有限责任公司300MW煤粉锅炉在40％-100％负荷(120MW-300MW)范围内燃用不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度的预测方法。高精度的NOx生成浓度预测精度为变更煤种后NOx排放是否达标以及脱硝成本预测提供了基础数据，可用于指导电厂的燃料采购和配煤掺烧，在满足NOx排放达标的情况下，为电厂选择性价比最高的燃煤以及燃烧经济性最优的配煤掺烧方案提供技术支撑，可用于智能化的配煤掺烧系统中。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法，包括如下步骤：
第一步：提供入炉煤质参数和机组负荷，入炉煤质参数具体包括全水分Mt，％、干基灰分Ad，％、收到基挥发分Var，％和收到基氮含量Nar，％，机组负荷FH，MW；
第二步：预测不同煤种的NOx生成浓度NOx-YM，mg/Nm3；
NOx-YM＝(NOx-Mt+NOx-Ad+4NOx-Var+NOx-Nar)/4 (1)
式中(1)中：
NOx-Mt表示不同全水分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(2)；
NOx-Ad表示不同干基灰分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(3)；
NOx-Var表示不同收到基挥发分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(4)；
NOx-Nar表示不同收到基氮含量煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(5)；
NOx-Mt＝300×Mt -0.2 (2)
NOx-Ad＝70.53×Ad 0.4 (3)
NOx-Var＝3000×Var -0.9 (4)
NOx-Nar＝192.04×e0.8679×Nar (5)
第三步：预测机组负荷对NOx生成浓度的影响ΔNOx-FH，mg/Nm3，具体参见式(6)；
ΔNOx-FH＝-1.5×FH+500 (6)
第四步：预测不同煤种在特定负荷下的NOx生成浓度的影响NOx-YC，mg/Nm3，具体参见式(7)；
NOx-YC＝NOx-YM+ΔNOx-FH (7)
所述的不同煤种为无烟煤、贫煤、烟煤或褐煤。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明一种300MW煤粉锅炉40％-100％负荷下燃用不同煤种的NOx生成浓度的预测方法，不仅考虑了煤质参数的变化，同时还考虑了不同负荷下运行条件变化对NOx生成浓度的影响，使其预测结果更加实用，也符合电厂负荷随时波动的特点。
本发明对不同煤种在非低氮燃烧条件下相同运行参数下的NOx生成浓度进行了实验室的测试，根据试验结果得到了Mt、Ad、Var和Nar等关键煤质指标对NOx生成浓度的影响规律，其结果更为科学可靠。
本发明对燃用不同煤种的不同锅炉进行了大量的统计和分析，发现了不同煤种的NOx生成浓度规律，本发明对煤种适应范围广，可适应无烟煤、贫煤、烟煤及褐煤等动力用煤，具有普遍规律，也符合目前电厂宽煤种掺烧的实际情况。
本发明通过榆社电厂2017-2018年的入炉煤煤质分析结果和NOx生成浓度的数据统计和分析，得到了在低氮燃烧条件下煤质参数和负荷对NOx生成浓度的影响及规律，统计负荷范围大，代表性强。
由于本发明是根据华能榆社发电有限责任公司300MW煤粉锅炉特定的锅炉设备而研制开发的一种300MW煤粉锅炉40％-100％负荷下燃用不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度的预测方法，当锅炉设备不同时，不同煤质参数和负荷对NOx生成浓度的影响大小是不同的，但其他煤粉锅炉仍可借鉴，只是需要找到对应参数的影响趋势。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施案例1，一种高灰分烟煤在100％负荷(300MW)下的NOx生成浓度预测：
第一步：提供入炉煤质参数和机组负荷，入炉煤质参数具体包括全水分Mt，％、干基灰分Ad，％、收到基挥发分Var，％和收到基氮含量Nar，％，机组负荷FH，MW；
本次入炉煤Mt＝5.98％，Ad＝37％，Var＝14.62％，Nar＝0.74％；机组负荷FH＝300MW；
第二步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度NOx-YM，mg/Nm3；
NOx-YM＝(NOx-Mt+NOx-Ad+3×NOx-Var+NOx-Nar)/4
＝(209.8+299.0+3×268.3+365)/4＝419.7 (1)
式中(1)中：
NOx-Mt表示不同全水分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(2)；
NOx-Ad表示不同干基灰分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(3)；
NOx-Var表示不同收到基挥发分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(4)；
NOx-Nar表示不同收到基氮含量煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(5)；
NOx-Mt＝300×Mt -0.2＝300×5.98-0.2＝209.8 (2)
NOx-Ad＝70.53×Ad 0.4＝70.53×370.4＝299.0 (3)
NOx-Var＝3000×Var -0.9＝3000×14.62-0.9＝268.3 (4)
NOx-Nar＝192.04×e0.8679×Nar＝192.04×e0.8679×0.74＝365.0 (5)
第三步：预测机组负荷对NOx生成浓度的影响ΔNOx-FH，mg/Nm3，具体参见式(6)；
ΔNOx-FH＝-1.5×FH+500＝-1.5×300+500＝50 (6)
第四步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)在特定负荷下的NOx生成浓度的影响NOx-YC，mg/Nm3，具体参见式(7)；
NOx-YC＝NOx-YM+ΔNOx-FH＝419.7+50＝469.7 (7)
本次300MW负荷下预测的NOx生成浓度结果为469.7mg/Nm3，现场测试结果为448mg/Nm3，绝对偏差为21.7mg/Nm3，可见预测结果和实验值测试结果非常接近。
具体实施案例2，一种高灰分烟煤在50％负荷(150MW)下的NOx生成浓度预测：
第一步：提供入炉煤质参数和机组负荷，入炉煤质参数具体包括全水分Mt，％、干基灰分Ad，％、收到基挥发分Var，％和收到基氮含量Nar，％，机组负荷FH，MW；
本次入炉煤Mt＝5.98％，Ad＝37％，Var＝14.62％，Nar＝0.74％；机组负荷FH＝150MW；
第二步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度NOx-YM，mg/Nm3；
NOx-YM＝(NOx-Mt+NOx-Ad+3×NOx-Var+NOx-Nar)/4
＝(209.8+299.0+3×268.3+365)/4＝419.7 (1)
式中(1)中：
NOx-Mt表示不同全水分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(2)；
NOx-Ad表示不同干基灰分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(3)；
NOx-Var表示不同收到基挥发分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(4)；
NOx-Nar表示不同收到基氮含量煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(5)；
NOx-Mt＝300×Mt -0.2＝300×5.98-0.2＝209.8 (2)
NOx-Ad＝70.53×Ad 0.4＝70.53×370.4＝299.0 (3)
NOx-Var＝3000×Var -0.9＝3000×14.62-0.9＝268.3 (4)
NOx-Nar＝192.04×e0.8679×Nar＝192.04×e0.8679×0.74＝365.0 (5)
第三步：预测机组负荷对NOx生成浓度的影响ΔNOx-FH，mg/Nm3，具体参见式(6)；
ΔNOx-FH＝-1.5×FH+500＝-1.5×150+500＝275 (6)
第四步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)在特定负荷下的NOx生成浓度的影响NOx-YC，mg/Nm3，具体参见式(7)；
NOx-YC＝NOx-YM+ΔNOx-FH＝419.7+275＝694.7 (7)
本次150MW负荷下预测的NOx生成浓度结果为694.7mg/Nm3，现场测试结果为728mg/Nm3，绝对偏差为33.3mg/Nm3，可见预测结果和实验值测试结果非常接近。
具体实施案例3，一种低灰分烟煤在在75％负荷(225MW)下的NOx生成浓度预测：
第一步：提供入炉煤质参数和机组负荷，入炉煤质参数具体包括全水分Mt，％、干基灰分Ad，％、收到基挥发分Var，％和收到基氮含量Nar，％，机组负荷FH，MW；
本次入炉煤Mt＝14.9％，Ad＝14.18％，Var＝26.41％，Nar＝0.87％；机组负荷FH＝225MW；
第二步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)的NOx生成浓度NOx-YM，mg/Nm3；
NOx-YM＝(NOx-Mt+NOx-Ad+3×NOx-Var+NOx-Nar)/4
＝(174.8+203.7+3×157.6+408.4)/4＝315.0 (1)
式中(1)中：
NOx-Mt表示不同全水分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(2)；
NOx-Ad表示不同干基灰分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(3)；
NOx-Var表示不同收到基挥发分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(4)；
NOx-Nar表示不同收到基氮含量煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(5)；
NOx-Mt＝300×Mt -0.2＝300×14.9-0.2＝174.8 (2)
NOx-Ad＝70.53×Ad 0.4＝70.53×14.180.4＝203.7 (3)
NOx-Var＝3000×Var -0.9＝3000×26.41-0.9＝157.6 (4)
NOx-Nar＝192.04×e0.8679×Nar＝192.04×e0.8679×0.87＝408.6 (5)
第三步：预测负荷对NOx生成浓度的影响ΔNOx-FH，mg/Nm3，具体参见式(6)；
ΔNOx-FH＝-1.5×FH+500＝-1.5×225+500＝162.5 (6)
第四步：预测不同煤种(无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤)在特定负荷下的NOx生成浓度的影响NOx-YC，mg/Nm3，具体参见式(7)；
NOx-YC＝NOx-YM+ΔNOx-FH＝314.9+162.5＝477.5 (7)
本次225MW负荷下预测的NOx生成浓度结果为477.5mg/Nm3，现场测试结果为508mg/Nm3，绝对偏差为30.5mg/Nm3，可见预测结果和实验值测试结果非常接近。

Claims (2)

1.一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：提供入炉煤质参数和机组负荷，入炉煤质参数具体包括全水分Mt，％、干基灰分Ad，％、收到基挥发分Var，％和收到基氮含量Nar，％，机组负荷FH，MW；其中机组负荷FH为40％-100％；
第二步：预测不同煤种的NOx生成浓度NOx-YM，mg/Nm3；
NOx-YM＝(NOx-Mt+NOx-Ad+4NOx-Var+NOx-Nar)/4 (1)
式中(1)中：
NOx-Mt表示不同全水分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(2)；
NOx-Ad表示不同干基灰分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(3)；
NOx-Var表示不同收到基挥发分煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(4)；
NOx-Nar表示不同收到基氮含量煤种的NOx生成浓度预测值，mg/Nm3，具体计算公式参见式(5)；
NOx-Mt＝300×Mt -0.2 (2)
NOx-Ad＝70.53×Ad 0.4 (3)
NOx-Var＝3000×Var -0.9 (4)
NOx-Nar＝192.04×e0.8679×Nar (5)
第三步：预测机组负荷对NOx生成浓度的影响ΔNOx-FH，mg/Nm3，具体参见式(6)；
ΔNOx-FH＝-1.5×FH+500 (6)
第四步：预测不同煤种在特定负荷下的NOx生成浓度的影响NOx-YC，mg/Nm3，具体参见式(7)；
NOx-YC＝NOx-YM+ΔNOx-FH (7)。
2.根据权利要求1所述的一种300MW煤粉锅炉的NOx生成浓度的预测方法，其特征在于：所述的不同煤种为无烟煤、贫煤、烟煤或褐煤。
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