CN115738702A - 一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，可有效解决常规喷氨优化调整试验无法适应w型锅炉不同负荷工况下脱硝系统NO _x分布变化的问题，弥补了常规喷氨优化调整方法无法兼顾W型火焰锅炉不同负荷工况的缺陷，可实现全负荷喷氨优化效果，能够有效降低反应器入口NH₃/NO_x摩尔比相对偏差，明显减少系统氨逃逸量，解决或缓解目前燃煤机组因反应器出口局部氨逃逸高导致的空预器堵塞问题。可得出各个负荷段下脱硝进出、口NO_x分布具有相似性的磨煤机组合方式，为发电企业运行人员进行脱硝系统NO_x运行调整提供了依据。提升W型火焰锅炉SCR脱硝出口DCS关于NO_x测点的代表度，保障机组的经济稳定运行。

Description

一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉排放的大气污染物控制技术领域，特别是一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法。

背景技术

选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术是当前大型电站脱除氮氧化物的主要工艺。SCR系统为多喷嘴可调流量喷氨格栅系统(AIG)，脱硝AIG格栅布置方式为：单侧SCR入口烟道内有若干根喷氨分支管，每根分支管设有1只手动调节阀，可独立控制一片区域的喷氨量，在喷氨总管和喷氨支管之间设有喷氨分区调平阀和喷氨分区小母管，通过实时测量各分区出口NO_x浓度，对各分区喷氨调平阀进行自动调整，分配各分区的喷氨量，进而实现各分区喷氨。每根喷氨分支管喷氨优化主要根据SCR出口NO_x分布情况调整每一路供氨支管上的手动调节阀开度来实现。

脱硝AIG布置图1所示。实际运行中，部分喷嘴堵塞或者蝶阀开度移位会改变氨气流量分配，而且尾部烟道中气流流动复杂、大颗粒飞灰二次扬析问题严重，反应器催化剂入口界面上烟气的流速分布、飞灰浓度与喷氨装置所处位置截面具有极大偏差，造成实际喷氨量与烟气中NO_x脱除所需喷氨量之间严重不匹配。为长期、安全、稳定地实现NO_x超低排放，需定期进行高质量AIG喷氨流量分配优化调整试验，即根据催化层出口区域的NO_x分布，相应调整SCR系统各喷氨支管的实际喷氨量。

目前，常规喷氨优化调整试验首先选取机组最常用负荷工况作为“优先调整负荷”工况，测试SCR脱硝装置烟气流速、NO_x浓度、NH₃/NO_x摩尔比及其他烟气参数分布特性，以反应器进、出口、NO_x浓度分布特性为依据，不断调整各喷氨支管流量，直至SCR出口NO_x浓度分布相对均匀。然后在其它负荷工况下验证调整结果，根据情况进行微调，确定可以兼顾各负荷工况的优化调整方案。

随着新能源发电装机容量的快速增长，火电机组频繁参与负荷调峰已是大势所趋，电站锅炉在不同负荷下有着多种磨组合运行方式，实际试验表明，上述调整方法适用于大部分四角切圆、前后墙对冲燃烧锅炉，而W型火焰锅炉由于炉膛结构和燃烧组织方式的不同，采用不同的磨煤机组合运行方式下，SCR出、入口NO_x浓度分布大不相同，甚至出现分布规律完全相反的情况，采用常规调整手段可能造成调整后部分负荷下出现低点NO_x更低氨逃逸更高的现象。氨逃逸率升高将大大增加后续的空预器、除尘器的腐蚀和堵塞的风险，降低系统运行的安全性。因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之不足，本发明之目的就是提供一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，可有效解决常规喷氨优化调整试验无法适应w型锅炉不同负荷工况下脱硝系统NO_x分布变化的问题。

本发明解决的技术方案是：

一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，包括以下步骤：

步骤S1：在锅炉高、中、低负荷下，分别采用各种磨煤机组合方式运行，在SCR进出口烟道，按网格法布点，分别测试不同的磨煤机组合方式、不同工况下脱硝反应器进、出口的SCR脱硝装置烟气流速、NO_x质量浓度；

步骤S2：找出不同负荷段下脱硝入口NO_x浓度沿烟道宽度方向分布具有相似性的磨煤机组合方式，作为不同负荷下的磨煤机推荐组合方式，调整后机组在不同负荷下按照磨煤机推荐组合方式运行，以实现一套支管阀门开度优化结果适应不同负荷工况；

步骤S3：计算不同负荷下各喷氨支管的最佳流量：

结合脱硝入口对应区域的NO_x变化量计算出不同负荷下各喷氨支管的最佳流量，最佳流量计算公式如下：

q_i＝3600ω_iA_n

其中：q′_g，i为某喷氨支管的最佳流量,q_i为单根喷氨支管对应的烟气流量，

为对应测点处NO_x质量浓度测量值，

为NO_x排放限值，

为混合气体中氨气的浓度，α为脱硝反应系数，ω_i为对应测点处的烟气流速，A_n为平均到每根喷氨支管对应的烟道流通截面积，β为反应裕量系数；

步骤S4：通过调整各喷氨支管流量，使其与最佳流量项匹配，使每个喷氨口喷入的氨流量与其覆盖区域内原烟气的NO_x浓度相匹配，达到脱硝出口烟气中NO_x分布均匀的目的；

步骤S5：测试调整后各负荷下SCR出口各测点处的NO_x浓度，计算NO_x质量浓度分布的相对标准偏差RSD，计算公式如下：

式中：

为SCR出口平面NO_x的平均质量浓度，n为按网格法布点的测点总数,x_i为测点位置的NO_x质量浓度；

若相对标准偏差RSD小于20％，则进入后续步骤；

若相对标准偏差RSD大于20％，则根据当前脱硝出口烟道截面NO_x的分布规律，局部调整喷氨支管流量，具体方法为：

选取脱硝出口局部NO_x浓度值较平均浓度值偏差最大位置对应的喷氨支管手动阀进行调整，当局部NO_x质量浓度值大于平均质量浓度值时，增大阀门开度；当局部NO_x质量浓度值小于平均质量浓度值时，减小阀门开度，每次调整5％阀门开度，复测SCR出口各测点处的NO_x浓度分布，重新计算NO_x质量浓度分布的相对标准偏差，直至相对标准偏差小于20％；

步骤S6：观察SCR出口与脱硫出口位置CEMS测点的NO_x质量浓度之间是否存在正挂或倒挂现象，若偏差小于10％，脱硝系统喷氨优化调整完成；

若偏差大于10％，调整SCR出口CEMS测点位置对应的喷氨支管流量，具体方法为：

应使SCR出口CEMS测点NO_x质量浓度尽可能接近出口截面平均浓度值，以提升CEMS测点的代表性，选取CEMS测点对应的喷氨支管阀门，以每次5％阀门开度幅度调整，当CEMS测点NO_x质量浓度值大于平均质量浓度值时，增大对应喷氨支管的阀门开度；当局部NO_x质量浓度值小于平均质量浓度值时，减小阀门开度，直到偏差小于10％。

优选的，所述步骤S2找出不同负荷段下脱硝入口NO_x浓度沿烟道宽度方向分布具有相似性的磨煤机组合方式的具体方法为：

由于不同负荷段下脱硝入口NO_x质量浓度水平差异较大，具体实施时，以不同磨煤机组合方式在该工况下各测孔编号与NO_x质量浓度数据的线性回归方程的斜率判定，不同工况下A、B两侧的线性回归方程斜率正、负分别相同时，判定NO_x浓度分布相似，具体代入下式进行计算判定：

式中：m为测孔数量，b为各测孔编号与NO_x质量浓度数据的线性回归方程的斜率，i为测孔的编号数，

为编号i测孔位置的NO_x质量浓度；

不同工况下A、B两侧的线性回归方程斜率正、负分别相同的定义为：该磨煤机组合方式在同一工况下，将A、B两侧的线性回归方程斜率的数据进行比对，若都为正或都为负即判定NO_x浓度分布相似，否者判定不相似；举例来说，如低负荷下，若该磨煤机组合方式A侧斜率为正、B侧斜率也为正，则判定该磨煤机组合方式NO_x浓度分布相似；若该磨煤机组合方式A侧斜率为正、B侧斜率也为负，则判定该磨煤机组合方式NO_x浓度分布不相似。

优选的，所述步骤S2调整各喷氨支管流量与最佳流量项匹配的具体方法为：

记录各喷氨支管的阀门开度，根据阀门的流量特性曲线中每个开度对应的喷氨流量，将各喷氨支管的阀门开度调整至最佳流量对应的阀门开度，为避免阀门调整幅度过大导致支管流量低，造成支管尿素结晶堵塞、喷口积灰堵塞等问题发生，若最佳流量对应的阀门开度小于25％，则调整为25％。

优选的，所述步骤S3中的脱硝反应系数α取值3.53。

优选的，所述步骤S3中的反应裕量系数β取值1.15。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明专利弥补了常规喷氨优化调整方法无法兼顾W型火焰锅炉不同负荷工况的缺陷，可实现全负荷喷氨优化效果，能够有效降低反应器入口NH₃/NO_x摩尔比相对偏差，明显减少系统氨逃逸量，解决或缓解目前燃煤机组因反应器出口局部氨逃逸高导致的空预器堵塞问题；

(2)本方法可得出各个负荷段下脱硝进出、口NO_x分布具有相似性的磨煤机组合方式，为发电企业运行人员进行脱硝系统NO_x运行调整提供了依据。

(3)采用本方法进行优化调整后，可提升W型火焰锅炉SCR脱硝出口DCS关于NO_x测点的代表度，部分消除DCS关于NO_x测点与CMES测点间的正、倒挂问题，保障机组的经济稳定运行。

附图说明

图1为多喷嘴可调流量喷氨格栅系统布置示意图。

图2为本发明优化调整方法流程框式图。

图3为本发明应用例脱硝入口测点布置示意图。

图4为本发明应用例采用传统方法调整的150MW、240MW工况脱硝入口NO_X均值分布图。

图5为本发明应用例采用传统方法调整的150MW、240MW工况脱硝出口NO_X均值分布图。

图6为本发明应用例低负荷时AD磨煤机运行时脱硝入口NO_x分布与中负荷BCD磨煤机运行时脱硝入口NO_x均值分布图。

图7为本发明应用例低负荷时AD磨煤机运行时脱硝出口NO_x分布与中负荷BCD磨煤机运行时脱硝出口NO_x均值分布图。

图8为本发明应用例喷氨支管手动阀特性曲线。

图9为本发明应用例A侧调整前后脱硝出口NO_x分布对比。

图10为本发明应用例B侧调整前后脱硝出口NO_x分布对比。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

某发电公司3号锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司制造的亚临界中间一次再热的自然循环锅炉，双拱形单炉膛，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，“W”型火焰燃烧方式，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，露天布置，型号为DG1025/18.2-II14。采用正压直吹式制粉系统，磨煤机为沈阳重型机械厂生产的BBD3854系列的双进双出磨煤机，共4台。

脱硝系统分为A/B两个烟道，脱硝入口测点在入口的竖直烟道上。每个烟道上布置5个测孔，测孔按照从A侧到B侧的顺序编号为A侧A1～A5；B侧B1～B5，每个测孔布置三个测点，按照由浅到深编号1、2、3。脱硝入口测点布置示意图如图3所示。

脱硝出口测点布置在脱硝系统出口、空预器入口的水平烟道上，分为A/B两个烟道。每个烟道上布置7个测孔，按照从A侧到B侧的顺序编号为A侧A1～A7；B侧B1～B7；每个测孔布置三个测点，沿测孔深度方向由浅到深编号1、2、3。

进行喷氨优化调整试验时发现：150MW、240MW两个工况下脱硝进出口NO_x分布规律完全相反(如图4、5所示)，按某一负荷优化调整喷氨阀门后，在另一负荷下脱硝出口的NO_x分布将出现低点更低，局部氨逃逸率更高的现象。传统的喷氨优化调整试验手段无法同时满足不同负荷下脱硝出口的NO_x分布均匀的调整目标。

通过本发明方法进行调整：

(1)测量不同磨煤机组合方式下脱硝入口NO_X分布，找出各个负荷段下脱硝入口NOX分布具有相似性的磨煤机组合运行方式。

由于受负荷限制，不同磨煤机组合方式只测试了中低负荷下不同磨煤机运行时脱硝入口NO_X分布情况。通过试验数据发现：低负荷时AD、BD、BC磨煤机组合方式与中负荷时ACD、BCD磨煤机组合方式下，脱硝入口NO_X分布具有相似性。建议以后磨煤机的运行方式严格按照这五种组合方式运行。

由于磨煤机可能的组合方式较多，试验数据就不一一列举，以低负荷AD磨煤机运行时脱硝入口NO_X分布与中负荷BCD磨煤机运行时脱硝入口NO_X分布进行说明(如图6、7所示)。

(2)计算不同负荷下各喷氨支管最佳流量

脱硝系统喷氨格栅单侧共6只阀门，沿宽度方向平均控制6片区域，每个手动门只能控制对应区域沿宽度方向的NO_X浓度，而不能控制对应区域沿深度方向的NO_X浓度，A侧阀门组从A→B方向编为A1～A6，B侧从A→B方向编为B1～B6。

q_i＝3600ω_iA_n

以240MW工况为例，根据公式计算出12只手动阀门控制的喷氨支管最佳喷氨量如下：

表1 240MW工况各喷氨支管最佳喷氨流量

(3)调整喷氨格栅手动阀开度

喷氨支管手动阀特性曲线如图8所示，优化调整前后喷氨手动门调整情况见下表：

表2喷氨支管调整前后手动门位置数据

(4)测量各负荷下脱硝出口NO_x分布

对优化调整前后各工况下脱硝出口NO_x分布场进行对比，比较NO_x沿烟道宽度方向分布趋势(单孔均值)，如下图9、10所示：

(5)优化调整结果评价

对优化调整前后各工况下脱硝出口截面NO_X分布相对标准偏差值进行对比，调整后各负荷工况下SCR出口NO_X浓度相对标准偏差均小于20％，脱硝出口与脱硫出口CEMS测点NO_X浓度偏差小于10％，达到调整目标。且调整后A、B两侧氨逃逸率明显下降，调整前后尿素消耗量减少24.1％(具体如下表所示)。

表3调整前后各个工况下相对标准偏差值

工况	单位	A侧相对标准偏差	B侧相对标准偏差
				240MW原始工况	％	107.4	42.8
150MW原始工况	％	136.9	48.6
				240MW调整后工况	％	14.6	16.1
150MW调整后工况	％	12.9	17.2

表4 240MW实测SCR出口与CEMS指示值对比

表5 240MW调整前后氨逃逸率、尿素需求量值

Claims (5)

1.一种w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在锅炉高、中、低负荷下，分别采用各种磨煤机组合方式运行，在SCR进出口烟道，按网格法布点，分别测试不同的磨煤机组合方式、不同工况下脱硝反应器进、出口的SCR脱硝装置烟气流速、NO_x质量浓度；

步骤S2：找出不同负荷段下脱硝入口NO_x浓度沿烟道宽度方向分布具有相似性的磨煤机组合方式，作为不同负荷下的磨煤机推荐组合方式，调整后机组在不同负荷下按照磨煤机推荐组合方式运行，以实现一套支管阀门开度优化结果适应不同负荷工况；

步骤S3：计算不同负荷下各喷氨支管的最佳流量：

结合脱硝入口对应区域的NO_x变化量计算出不同负荷下各喷氨支管的最佳流量，最佳流量计算公式如下：

q_i＝3600ω_iA_n

其中：q′_g，i为某喷氨支管的最佳流量,q_i为单根喷氨支管对应的烟气流量，

为对应测点处NO_x质量浓度测量值，

为NO_x排放限值，

为混合气体中氨气的浓度，α为脱硝反应系数，ω_i为对应测点处的烟气流速，A_n为平均到每根喷氨支管对应的烟道流通截面积，β为反应裕量系数；

步骤S4：通过调整各喷氨支管流量，使其与最佳流量项匹配，使每个喷氨口喷入的氨流量与其覆盖区域内原烟气的NO_x浓度相匹配，达到脱硝出口烟气中NO_x分布均匀的目的；

步骤S5：测试调整后各负荷下SCR出口各测点处的NO_x浓度，计算NO_x质量浓度分布的相对标准偏差RSD，计算公式如下：

式中：

为SCR出口平面NO_x的平均质量浓度，n为按网格法布点的测点总数,x_i为测点位置的NO_x质量浓度；

若相对标准偏差RSD小于20％，则进入后续步骤；

若相对标准偏差RSD大于20％，则根据当前脱硝出口烟道截面NO_x的分布规律，局部调整喷氨支管流量，具体方法为：

选取脱硝出口局部NO_x浓度值较平均浓度值偏差最大位置对应的喷氨支管手动阀进行调整，当局部NO_x质量浓度值大于平均质量浓度值时，增大阀门开度；当局部NO_x质量浓度值小于平均质量浓度值时，减小阀门开度，每次调整5％阀门开度，复测SCR出口各测点处的NO_x浓度分布，重新计算NO_x质量浓度分布的相对标准偏差，直至相对标准偏差小于20％；

步骤S6：观察SCR出口与脱硫出口位置CEMS测点的NO_x质量浓度之间是否存在正挂或倒挂现象，若偏差小于10％，脱硝系统喷氨优化调整完成；

若偏差大于10％，调整SCR出口CEMS测点位置对应的喷氨支管流量，具体方法为：

应使SCR出口CEMS测点NO_x质量浓度尽可能接近出口截面平均浓度值，以提升CEMS测点的代表性，选取CEMS测点对应的喷氨支管阀门，以每次5％阀门开度幅度调整，当CEMS测点NO_x质量浓度值大于平均质量浓度值时，增大对应喷氨支管的阀门开度；当局部NO_x质量浓度值小于平均质量浓度值时，减小阀门开度，直到偏差小于10％。

2.根据权利要求1所述的w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，其特征在于，所述步骤S2找出不同负荷段下脱硝入口NO_x浓度沿烟道宽度方向分布具有相似性的磨煤机组合方式的具体方法为：

以不同磨煤机组合方式在该工况下各测孔编号与NO_x质量浓度数据的线性回归方程的斜率判定，不同工况下A、B两侧的线性回归方程斜率正、负分别相同时，判定NO_x浓度分布相似，具体代入下式进行计算判定：

式中：m为测孔数量，b为各测孔编号与NO_x质量浓度数据的线性回归方程的斜率，i为测孔的编号数，

为编号i测孔位置的NO_x质量浓度。

3.根据权利要求1所述的w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，其特征在于，所述步骤S2调整各喷氨支管流量与最佳流量项匹配的具体方法为：

记录各喷氨支管的阀门开度，根据阀门的流量特性曲线中每个开度对应的喷氨流量，将各喷氨支管的阀门开度调整至最佳流量对应的阀门开度。

4.根据权利要求1所述的w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，其特征在于，所述步骤S3中的脱硝反应系数α取值3.53。

5.根据权利要求1所述的w型锅炉SCR脱硝系统喷氨优化调整方法，其特征在于，所述步骤S3中的反应裕量系数β取值1.15。

Images