CN113587139A - 一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法 - Google Patents

一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别调控燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量；通过对燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量的协同调控以能够降低燃煤锅炉降负荷的过程中的NOx排放浓度；极大减轻了脱硝系统运行压力，保证NOx排放浓度不超标，并有效减缓空预器腐蚀严重的问题。

Description

一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉技术领域，具体涉及一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法。
背景技术
随着对国内火电机组深度调峰政策的推进，以及AGC响应速率要求不断提高，火电机组在运行中需要频繁、快速降至30％负荷左右。为了保证负荷响应速率，在降负荷过程中给煤量、风量、给水量等关键参数存在大幅过调量，导致燃烧状态偏离稳定工况，锅炉低氮燃烧效果变差，NOx生成浓度大幅上升。
目前国内外部分学者对降负荷过程中NOx生成浓度控制进行了研究，提出了通过辅助风挡板自动调整和风量前馈控制来降低NOx的方法，这两种方法原理都是通过降低主燃区风量来达到提高低氮燃烧效果的目的。锅炉运行中风、煤、水三者互相协调控制，目前降负荷中NOx控制研究只关注了风的变化，没有考虑到给煤量和蒸汽侧参数影响，调控方向单一，并且调控负荷段主要是50％～100％负荷，没有考虑到深度调峰至超低负荷的特性。在实际运行中降负荷过程中NOx生成浓度控制主要是通过运行人员手动调控燃尽风开度和运行氧量，但是手动调控存在调控滞后性、调控幅度不够或过调导致参数波动大，并且在低负荷下机组燃尽风开度可能已经处于全开状态，无法进一步调控。根据目前研究现状和实际运行现状，燃煤锅炉深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度控制方法存在一定局限性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，极大减轻了脱硝系统运行压力，保证NOx排放浓度不超标，并有效减缓空预器腐蚀严重的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，包括以下步骤：在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别调控燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量；
通过对燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量的协同调控以能够降低燃煤锅炉降负荷过程中的NOx排放浓度。
本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，极大减轻了脱硝系统运行压力，保证NOx排放浓度不超标，并有效减缓空预器腐蚀严重的问题。
作为优选技术方案，调控燃煤锅炉风量下限设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉的风量下限阈值；
将燃煤锅炉的风量下限设定值设定为低于燃煤锅炉的风量下限阈值。
作为优选技术方案，调控燃煤锅炉燃料主控设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉燃料的主控阈值；
当燃煤锅炉燃料的主控实际值低于燃煤锅炉燃料的主控阈值，增大燃煤锅炉燃料的主控设定值以能够将燃煤锅炉燃料的主控实际值高于燃煤锅炉燃料的主控阈值。
作为优选技术方案，调控燃煤锅炉主蒸汽压力设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉主蒸汽压力阈值；
当燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值，增大燃煤锅炉的主蒸汽压力设定值以能够将燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值。
作为优选技术方案，调控燃煤锅炉主燃区设定风量，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别预设辅助风门开度下限阈值和停运层燃烧器辅助风门开度阈值；
将辅助风门开度下限设定值设定低于辅助风门开度下限阈值，将停运层燃烧器辅助风门设定开度设定低于停运层燃烧器辅助风门开度阈值，以能够降低燃煤锅炉主燃区风量。
作为优选技术方案，包括：DCS自动控制系统，所述DCS自动控制系统记录并收集在燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并储存和处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
作为优选技术方案，处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，选择N个不同负荷，通过DCS自动控制系统采集获得N个不同负荷下风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度，并记录相应负荷下的N个最优NOx浓度值；
通过DCS自动控制系统将得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
作为优选技术方案，所述DCS自动控制系统包括：
数据采集模块：用于采集获取燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并采集记录相应的负荷下的N个最优NOx浓度值和和N个最优运行氧量值；
NOx变化数据曲线生成模块：用于将采集得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线；
运行氧量变化数据曲线生成模块：用于将采集得到的N个不同负荷及其对应的运行氧量值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中运行氧量变化数据曲线。
附图说明
图1为燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线(未经过本发明深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法处理)；
图2为本发明提供的燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线(经过本发明深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法处理)。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
电厂机组为600MW燃煤汽轮发电机组，由于深度调峰，锅炉最低负荷由300MW降低至210MW，在300MW～210MW降负荷过程中，NOx浓度会大幅上升，给脱硝系统造成了巨大压力，甚至会出现NOx排放超标的情况，300MW～210MW降负荷阶段的NOx浓度和氧量变化曲线如图1所示。
从图1为燃煤锅炉处于300MW～210MW降负荷过程中NOx变化曲线(未经过本发明深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法处理)可以观察到，在燃煤锅炉降负荷过程中，氧量迅速上升，造成低氮燃烧效果减弱，NOx浓度大幅上升，在负荷降至220MW时，NOx浓度达到了426mg/m3，超过脱硝系统允许最大值，NOx排放超标。为了降低NOx浓度，不得不将负荷升至250MW，待NOx浓度下降后，再降至210MW，此时NOx浓度再次迅速上升至385mg/m3。燃煤锅炉负荷下降过程中，存在NOx浓度快速上升的技术问题，导致脱硝系统氨逃逸也随之大幅上升，不仅严重影响了机组运行环保参数达标性，还导致空预器出现了严重腐蚀现象。
根据操作人员试验300MW～210MW降负荷过程中参数变化情况，发现燃煤锅炉在降负荷过程中NOx迅速大幅上升主要有以下几点原因：
1)当燃煤锅炉的风量下限设定阈值为38.5％，在燃煤锅炉的负荷降至225MW时，燃煤锅炉的风量已经到达下限设定阈值，后续降负荷过程煤量下降而风量不变，导致氧量迅速上升，燃煤锅炉的主燃区风量过剩，NOx排放浓度大幅上升；
2)在燃煤锅炉的负荷降至210MW，主蒸汽压力预设阈值偏低，实际主蒸汽压力值高于主蒸汽压力预设阈值，导致水燃比修正为负，降低给煤量；
3)在燃煤锅炉的负荷降至210MW，燃煤锅炉的整体运行氧量较高，并且辅助风门层数偏多，未投运燃烧器层辅助风门即使关至最低10％，在主燃区仍由较多风量，而受限于炉膛/风箱差压值，燃尽风无法进一步开大，导致低氮燃烧效果偏弱。
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的，如图2所示，本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，包括以下步骤：在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别调控燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量；
通过对燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量的协同调控以能够降低燃煤锅炉降负荷过程中的NOx排放浓度。
调控燃煤锅炉风量下限设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉的风量下限阈值；
将燃煤锅炉的风量下限设定值设定为低于燃煤锅炉的风量下限阈值。
将燃煤锅炉的风量下限设定值设定为低于燃煤锅炉的风量下限阈值1％(例如燃煤锅炉的风量下限阈值优选35％，则燃煤锅炉的风量下限设定值优选34％)。由于深度调峰是近年来政策，在之前燃煤锅炉常用负荷段为50％～100％负荷，部分机组的风量下限阈值偏高，导致在深度调峰尚未到降至负荷下限时风量已经到下限，将机组深度调峰负荷最低值称为负荷下限，在后续燃煤锅炉降负荷过程中只减煤不降风，运行氧量大幅上升，低氮燃烧效果减弱，NOx浓度大幅上升；此外，在燃煤锅炉降负荷过程中，为了保证负荷响应速率，给煤量调控存在过调量，在降至最低负荷时，给煤量是低于实际煤量需求量的，为了保证低氮燃烧效果，此时风量也需要低于实际需求值，所以本方法优选将燃煤锅炉的风量下限设定值设定为低于燃煤锅炉的风量下限阈值1％，确保在煤锅炉降至最低负荷时，风量不会过剩，避免NOx浓度大幅上升。
调控燃煤锅炉燃料主控设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉燃料的主控阈值；
当燃煤锅炉燃料的主控实际值低于燃煤锅炉燃料的主控阈值，增大燃煤锅炉燃料的主控设定值以能够将燃煤锅炉燃料的主控实际值高于燃煤锅炉燃料的主控阈值；
在降负荷过程中，由于煤量过调，燃煤锅炉燃料的主控实际值低于燃煤锅炉燃料的主控阈值，引起燃烧氧量上升，NOx生成浓度上升。增大最低负荷燃料主控设定值后，在深度调峰降负荷过程中，可以部分抵消因煤量过调导致的风煤比失调问题，缓解NOx浓度上升问题。
调控燃煤锅炉主蒸汽压力设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉主蒸汽压力阈值；
当燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值，增大燃煤锅炉的主蒸汽压力设定值以能够将燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值；
当深度调峰降负荷过程中，燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值时，需要增大燃煤锅炉的主蒸汽压力设定值，避免协调控制降低主蒸汽压力，水燃比修正为负，降低给煤量，导致燃烧氧量上升，低氮燃烧效果减弱，NOx浓度上升。
调控燃煤锅炉主燃区设定风量，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别预设辅助风门开度下限阈值和停运层燃烧器辅助风门开度阈值；
将辅助风门开度下限设定值设定低于辅助风门开度下限阈值，将停运层燃烧器辅助风门设定开度设定低于停运层燃烧器辅助风门开度阈值，以能够降低燃煤锅炉主燃区风量；
在低负荷下，整体运行氧量较高，并且辅助风层数偏多，辅助风门开度偏大将导致在燃煤锅炉主燃区存在较多风量，适当降低辅助风门开度下限值和停运层燃烧器辅助风开度，以降低燃煤锅炉主燃区风量，提高低氮燃烧效果，降低NOx生成浓度。
本发明从风量下限设定值、最低负荷燃料主控设定值、主蒸汽压力设定值和辅助风门开度设定值四方面综合考虑，提供了一种燃煤锅炉深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度综合控制方法，为同类型机组NOx生成浓度控制提供参考，能有效降低NOx生成浓度。
本发明提供一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，包括：DCS自动控制系统，所述DCS自动控制系统记录并收集在燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并储存和处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，选择N个不同负荷，通过DCS自动控制系统采集获得N个不同负荷下风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度，并记录相应负荷下的N个最优NOx浓度值；
通过DCS自动控制系统将得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
所述DCS自动控制系统包括：
数据采集模块：用于采集获取燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并采集记录相应的负荷下的N个最优NOx浓度值和和N个最优运行氧量值；
NOx变化数据曲线生成模块：用于将采集得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线；
运行氧量变化数据曲线生成模块：用于将采集得到的N个不同负荷及其对应的运行氧量值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中运行氧量变化数据曲线。
具体地，如图2所示，一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，预设燃煤锅炉的风量下限阈值优选38.5％，预设燃煤锅炉燃料的主控阈值优选37％；预设燃煤锅炉主蒸汽压力阈值优选9.62MPa，预设辅助风门开度下限阈值优选30％和停运层燃烧器辅助风门开度阈值优选10％；将降至210MW负荷燃煤锅炉的风量下限设定值由38.5％下调至34％，燃料主控设定值由37％提高至38％，主蒸汽压力设定值由9.62MPa提高至10.58MPa，辅助风开度下限设定值由30％降低至25％、停运层燃烧器辅助风门设定开度由10％降低至6％，优化后NOx浓度和氧量变化曲线如图2所示，从图2中我们可以观察到，氧量变化范围为4.6％～6.3％，NOx浓度变化范围为183mg/m3～239mg/m3，极大减轻了脱硝系统运行压力，保证NOx排放浓度不超标，并有效减缓空预器腐蚀严重的问题。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别调控燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量；
通过对燃煤锅炉风量下限设定值、燃煤锅炉燃料主控设定值、燃煤锅炉主蒸汽压力设定值和燃煤锅炉主燃区设定风量的协同调控以能够降低燃煤锅炉降负荷过程中的NOx排放浓度。
2.根据权利要求1所述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，调控燃煤锅炉风量下限设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉的风量下限阈值；
将燃煤锅炉的风量下限设定值设定为低于燃煤锅炉的风量下限阈值。
3.根据权利要求1所述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，调控燃煤锅炉燃料主控设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉燃料的主控阈值；
当燃煤锅炉燃料的主控实际值低于燃煤锅炉燃料的主控阈值，增大燃煤锅炉燃料的主控设定值以能够将燃煤锅炉燃料的主控实际值高于燃煤锅炉燃料的主控阈值。
4.根据权利要求1述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，调控燃煤锅炉主蒸汽压力设定值，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，预设燃煤锅炉主蒸汽压力阈值；
当燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值，增大燃煤锅炉的主蒸汽压力设定值以能够将燃煤锅炉的主蒸汽压力实际值高于主蒸汽压力阈值。
5.根据权利要求1述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，调控燃煤锅炉主燃区设定风量，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，分别预设辅助风门开度下限阈值和停运层燃烧器辅助风门开度阈值；
将辅助风门开度下限设定值设定低于辅助风门开度下限阈值，将停运层燃烧器辅助风门设定开度设定低于停运层燃烧器辅助风门开度阈值，以能够降低燃煤锅炉主燃区风量。
6.根据权利要求1所述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，包括：DCS自动控制系统，所述DCS自动控制系统记录并收集在燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并储存和处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
7.根据权利要求6所述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，处理成燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线，包括以下步骤：
在燃煤锅炉降负荷的过程中，选择N个不同负荷，通过DCS自动控制系统采集获得N个不同负荷下风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度，并记录相应负荷下的N个最优NOx浓度值；
通过DCS自动控制系统将得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
8.根据权利要求6所述的深度调峰降负荷过程中NOx生成浓度的控制方法，其特征在于，所述DCS自动控制系统包括：
数据采集模块：用于采集获取燃煤锅炉降负荷的过程中风量下限实际值、燃料的主控实际值、主蒸汽压力实际值、辅助风门开度下限实际值和停运层燃烧器辅助风门实际开度的具体数据，并采集记录相应的负荷下的N个最优NOx浓度值；
NOx变化数据曲线生成模块：用于将采集得到的N个不同负荷及其对应的最优NOx浓度值拟合获得燃煤锅炉降负荷过程中NOx变化数据曲线。
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