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        正交法在CFB鍋爐脫硫工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

        2012-07-13 04:56:48李世明
        電力與能源 2012年4期
        關(guān)鍵詞:床溫石灰石鍋爐

        任 杰,李世明,任 飛

        (1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院,呼和浩特 010020;2.神華準(zhǔn)格爾矸石發(fā)電公司,鄂爾多斯 010030)

        影響循環(huán)流化床鍋爐(CFB)脫硫效率因素很多,鈣硫摩爾比(Ca/S)、鍋爐床溫、爐膛內(nèi)氧濃度、脫硫劑的顆粒度、原煤含硫量、床內(nèi)風(fēng)速、SO2在爐膛內(nèi)停留時間、負(fù)荷變化、爐膛壓力等對脫硫效率均有影響。這些因素之間的協(xié)同作用也會影響脫硫效率,因此最佳的脫硫條件不能用簡單的方法確定,需要對不同取值的這些因素進(jìn)行組合,然后通過試驗(yàn)從脫硫結(jié)果的比較中找到最佳工況。鍋爐實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,鈣硫摩爾比(Ca/S)、石灰石粒徑和鍋爐床溫是影響脫硫效率的主要因素,本文將對每個因素安排3個水平,并通過正交設(shè)計來安排試驗(yàn)。

        1 試驗(yàn)主要設(shè)備

        CFB鍋爐采用單汽包自然循環(huán)、單爐膛、固態(tài)排渣,鍋爐熱效率為90%。過熱蒸汽最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 177t/h,壓力為17.4MPa,溫度為540℃。再熱器給水溫度為282.8℃ (高加切除后的給水溫度為173.5℃),再熱蒸汽流量為969.3t/h;再熱器進(jìn)口蒸汽壓力為4.02MPa,出口蒸汽壓力為3.84MPa;進(jìn)口蒸汽溫度為335.5℃,出口蒸汽溫度為540℃。采用臥管式空氣預(yù)熱器,進(jìn)風(fēng)溫度為22.5℃,一次風(fēng)熱風(fēng)溫度為297℃,二次風(fēng)熱風(fēng)溫度為297℃,排煙溫度為145℃。

        鍋爐采用石灰脫硫,石灰石耗量18.33t/h,鈣硫比2.5,脫硫效率90%。試驗(yàn)期間采集電廠所用石灰石樣,用化學(xué)分析法分析石灰石中CaCO3含量為90.0%,石灰石純度較高。采用該種石灰石進(jìn)行脫硫,能夠很好地滿足循環(huán)流化床鍋爐脫硫的要求。

        試驗(yàn)期間先后采集入爐煤2份,入爐煤硫收到基分別為0.45%和0.38%。

        2 試驗(yàn)工況及結(jié)果

        300MW CFB鍋爐鈣硫摩爾比(Ca/S)、石灰石粒徑和鍋爐床溫3個因素變動對鍋爐脫硫效率影響效果明顯,在進(jìn)行正交試驗(yàn)方案時,每個因素分別取高、中、低3個值,按照正交法開展試驗(yàn),正交試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)尋求這三個因素的最佳參數(shù)組合,使鍋爐排煙中SO2的體積含量最低,并希望得出各因素在水平變化時試驗(yàn)指標(biāo)的變化趨勢。

        根據(jù)CFB鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù),確定各因素的試驗(yàn)水平匯總見表1。

        表1 各因素的試驗(yàn)水平匯總表

        根據(jù)因素個數(shù)與各因素的水平數(shù),確定試驗(yàn)的正交表見表2。

        按照正交表確定的試驗(yàn)工況開始試驗(yàn)后,每個工況均進(jìn)行了鍋爐排煙SO2濃度測量,測量地點(diǎn)為除塵器入口煙道。通過計算將原煙氣和凈煙氣的SO2濃度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干煙氣、空氣過剩系數(shù)為1.4時濃度。

        表2 試驗(yàn)的正交表

        對試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析結(jié)果見表3。

        表3中,K1、K2、K3三行數(shù)據(jù)分別是各因素同一水平結(jié)果之和。例如,K1行A因素列的數(shù)據(jù)488是A因素3個1水平試驗(yàn)值的和,而A因素4個1水平分別在第1、2、3號試驗(yàn)。所以,K1=165+152+171=488,K2、K3的計算方式與其相似。

        然后,對K1、K2、K3這3行分別除以3,得到AVG(K1)、AVG(K2)、AVG(K3),表示各因素在每一水平下的平均試驗(yàn)值。例如,K1行A因素列值為488,則K1行A因素列值為488除以3,為163。

        最后一行S是極差,即AVG(K1)、AVG(K2)、AVG(K3)各列3個數(shù)據(jù)的最大數(shù)減去最小數(shù),例如A因素的極差SA=163-139=24,其它因素極差算法同此。通過求和數(shù)據(jù)處理,對于每一因素(如A因素),其同一水平結(jié)果之和(K1、K2、K3)及平均值(AVG(K1)、AVG(K2)、AVG(K3)),由于其它因素在A因素不同水平的和與平均值(K1、K2、K3和AVG(K1)、AVG(K2)、AVG(K3))中同等體現(xiàn),效應(yīng)相互抵消,使A因素各個水平間具有了可比性,可以選出最好試驗(yàn)指標(biāo)值對應(yīng)的A因素水平。

        從直觀分析結(jié)果可以看出:因素A(Ca/S)的極差最大,符合Ca/S對試驗(yàn)指標(biāo)(SO2排放濃度)影響最大的一般結(jié)論,其次是石灰石粒徑。按對試驗(yàn)指標(biāo)影響大小排序?yàn)锳BC,對于A因素A3最優(yōu),B因素B1最優(yōu),C因素C2最優(yōu)。因此,按直觀分析,A3B1C2為試驗(yàn)最優(yōu)方案。對比實(shí)際試驗(yàn)方案,試驗(yàn)序號為7的試驗(yàn)工況接近最優(yōu)方案,但與最優(yōu)方案仍有一定差別(床溫)。這也說明,由正交試驗(yàn)得出的試驗(yàn)最優(yōu)方案可能是并沒有進(jìn)行試驗(yàn)的工況,這也體現(xiàn)了正交試驗(yàn)的優(yōu)越性。

        表3 直觀分析表 mg/m3

        根據(jù)正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果,追加最優(yōu)A3B1C2工況的試驗(yàn)3次,測量鍋爐排煙SO2濃度,得到SO2排放平均值為117mg/m3。

        3 結(jié)論

        正交試驗(yàn)、極差分析是一種科學(xué)地安排多因素多水平試驗(yàn)的數(shù)學(xué)方法,它具有信息量豐富、試驗(yàn)工作量小、試驗(yàn)費(fèi)用低等特點(diǎn)。

        1)在CFB鍋爐脫硫工藝優(yōu)化試驗(yàn)中,通過選擇鈣硫摩爾比(Ca/S)、石灰石粒徑和鍋爐床溫3個因素3個水平進(jìn)行脫硫優(yōu)化正交試驗(yàn),結(jié)果鈣硫摩爾比影響最大,其次是石灰石粒徑。

        2)對于鈣硫摩爾比(Ca/S)的設(shè)置的三水平試驗(yàn)中,Ca/S越大時脫硫效果最優(yōu);對于石灰石粒徑設(shè)置的三水平試驗(yàn)中,石灰石粒徑取越小脫硫效果最優(yōu);對于鍋爐床溫設(shè)置的三水平試驗(yàn)中,鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最優(yōu)。

        3)通過正交試驗(yàn)直觀分析,當(dāng)Ca/S為2.5、石灰石粒徑為0.5mm、鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最佳。通過追加試驗(yàn),在某300MW的CFB鍋爐測試中,SO2排放濃度最低達(dá)到117mg/m3。

        4)只要在運(yùn)行中正確、合理地控制各種運(yùn)行參數(shù),就能有效地提高脫硫效率,減少污染物的排放。

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