李 鵬，于娜

（1.江蘇華美熱電有限公司，江蘇 徐州 221141；2.中國華電集團(tuán)公司，北京 100031）

350 MW超臨界CFB脫硫脫硝一體化協(xié)同控制技術(shù)研究

李 鵬1，于娜2

（1.江蘇華美熱電有限公司，江蘇 徐州 221141；2.中國華電集團(tuán)公司，北京 100031）

對350 MW超臨界CFB鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，研究爐前噴鈣系統(tǒng)的石灰石輸入量與NOx原始排放的關(guān)系，并繪制石灰石輸入量與NOx原始排放的關(guān)系曲線?；谠囼?yàn)結(jié)論，通過調(diào)整爐內(nèi)石灰石的用量，控制進(jìn)入脫硫塔原煙氣SO2質(zhì)量濃度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)、SNCR脫硝系統(tǒng)、尾部濕法脫硫系統(tǒng)的合理化匹配，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

超臨界；CFB鍋爐；爐內(nèi)噴鈣；SNCR；濕法脫硫

Abstract:Combustion adjustment experiment was carried out in 350 MW supercritical CFB boiler，the relationship between the input of limestone and the original NOxemission was studied，and drawed the relation curve between the input of limestone and the original emission of NOx.Based on the experimental results，by adjusting the amount of limestone in the furnace，controlling the SO2content in the flue gas of desulfurization tower，realized the reasonable matching of the calcium injection system in the furnace，the SNCR denitration system and the tail wet desulfurization system，got the best economic benefits.

Key words:：supercritical；CFB boiler；the calcium injection；SNCR；the tail wet desulfurization

0 引言

350 MW超臨界CFB鍋爐在300 MW級亞臨界鍋爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量優(yōu)化，如爐膛伸縮比優(yōu)化、高位二次風(fēng)技術(shù)、多并聯(lián)擴(kuò)展水冷屏技術(shù)、布風(fēng)板分區(qū)技術(shù)、爐前均勻連續(xù)給煤技術(shù)等［1-2］，NOx及 SO2的原始排放值大大降低，特別是煙氣中的NOx質(zhì)量濃度，在不投入尿素、液氨等還原劑的前提下，原始排放可以達(dá)到 50 mg／m3以下［3］，這就為脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)控制創(chuàng)造了條件。主要就爐內(nèi)輸入石灰石對NOx原始排放的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，并在此基礎(chǔ)上通過調(diào)整爐內(nèi)石灰石用量、SNCR系統(tǒng)尿素用量、尾部濕法脫硫系統(tǒng)設(shè)備投用率，實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)煤種及石灰石

本次試驗(yàn)煤種采用設(shè)計(jì)煤種，煤質(zhì)分析見表1，石灰石的數(shù)據(jù)見表2。

表1 煤質(zhì)分析

表2 石灰石成分分析

1.2 試驗(yàn)測點(diǎn)

試驗(yàn)測量項(xiàng)目、測點(diǎn)位置均依據(jù)ASME PTC4鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程［4］、ASMEPTC4.3 空氣加熱器［5］等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定，鍋爐性能考核試驗(yàn)所有測點(diǎn)如下。

煙氣取樣測點(diǎn)：布置在空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙道、布袋除塵器進(jìn)口煙道，空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙道每側(cè)12個(gè)測孔，A、B空預(yù)器共24個(gè)測孔；布袋除塵器進(jìn)口煙道每側(cè)為4個(gè)測孔，A、B布袋除塵器共8個(gè)測孔。

煙氣溫度測點(diǎn)：布置在空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙道、布袋除塵器進(jìn)口煙道，同煙氣取樣測點(diǎn)共用。

空氣溫度測點(diǎn)：布置在一、二次冷風(fēng)道，一次風(fēng)道每側(cè)2個(gè)測孔共4個(gè)測孔；二次風(fēng)道每側(cè)2個(gè)測孔共4個(gè)測孔。

環(huán)境溫度壓力測點(diǎn)：在送風(fēng)機(jī)入口附近避風(fēng)遮陽處。

1.3 試驗(yàn)儀器和方法

煙氣分析儀器在每次試驗(yàn)前后進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定和校核。主要儀器儀表如表3所示。

試驗(yàn)過程中，保持給煤均勻，調(diào)整上下二次風(fēng)的風(fēng)量在合適的位置，上層二次風(fēng)門開度在50%～70%，下層80%～100%，保持爐內(nèi)平均床溫在850℃左右。

煙氣成分測量，分別在空預(yù)器、布袋除塵器進(jìn)口煙道按照網(wǎng)格法規(guī)定逐點(diǎn)測量煙氣成分含量，以此獲得截面煙氣成分代表點(diǎn)，在代表點(diǎn)處采用取樣管抽取煙氣樣品，抽取的煙氣樣品引至特制的煙氣混合器進(jìn)行預(yù)處理。然后將煙氣樣品引至煙氣前處理裝置清潔、除濕、冷卻后接入NGA2000型煙氣分析儀。典型的煙氣取樣分析系統(tǒng)如圖1。煙氣成份分析的主要項(xiàng)目有：O2、CO、CO2、NO，NGA2000 型煙氣分析儀具有輸出電流信號的功能，再輔之以IMP分散式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，煙氣成份分析數(shù)據(jù)采樣周期為2 s，可對試驗(yàn)工況內(nèi)煙氣成分實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

表3 試驗(yàn)主要儀器

圖1 煙氣取樣分析系統(tǒng)

空預(yù)器進(jìn)口煙氣中NOx質(zhì)量濃度（6%O2，標(biāo)態(tài)，干基）［6-8］

式中：ρ（NOx）為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、6%O2、干煙氣下 NOx質(zhì)量濃度，mg／m3；φ（NO）為實(shí)測干煙氣中 NO 體積分?jǐn)?shù)，μL／L；w（O2）為測干煙氣中氧量，%。

2 石灰石給料量對NOx生成的影響

2.1 石灰石投運(yùn)對NOx生成的影響

試驗(yàn)選擇在江蘇華美熱電公司2號鍋爐進(jìn)行，在機(jī)組360 MW負(fù)荷時(shí)，逐漸投運(yùn)石灰石，觀察石灰石投運(yùn)對鍋爐出口NOx的影響［9］，調(diào)整石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)轉(zhuǎn)速，控制進(jìn)入爐內(nèi)的石灰石量。石灰石量的加入要少量并緩慢增加，觀察空預(yù)器進(jìn)口NO排放量的變化趨勢，并記錄結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果如表4。

2.2 石灰石給料量和NOx的關(guān)系

為了更直觀地體現(xiàn)石灰石給料量和NOx的關(guān)系，通過曲線圖表示，如圖2所示。

圖2 NOx與石灰石給料量的關(guān)系

從圖2可以看出，在不投入石灰石時(shí)，NOx的排放質(zhì)量濃度較低，在50 mg／m3左右，隨著石灰石給料量增加，NOx排放呈現(xiàn)總體上升的趨勢，在石灰石量低于3 t／h時(shí)，NOx排放增長速度較緩慢；石灰石量高于4 t／h時(shí)，NOx排放增長速度急劇上升。

3 脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)控制

在單臺350 MW超臨界CFB機(jī)組進(jìn)行了為期1個(gè)月的脫硝脫硝一體化協(xié)調(diào)控制試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^調(diào)整爐內(nèi)脫硫石灰石的用量，控制進(jìn)入脫硫塔原煙氣SO2質(zhì)量濃度，SNCR脫硝噴槍不投入或者僅投入一組的情況下，保證NOx排放達(dá)標(biāo)，同時(shí)降低爐后濕法脫硫系統(tǒng)電耗，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 試驗(yàn)情況

試驗(yàn)期間入爐煤空干基硫分在0.84%～1.51%之間，計(jì)算算術(shù)平均值在1.12%，機(jī)組電負(fù)荷在190～310 MW之間，平均熱負(fù)荷折算電負(fù)荷約40～50 MW。

試驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)葉輪給粉機(jī)變頻速率，調(diào)整爐前石灰石用量，投入一組或多組爐前石灰石系統(tǒng)，控制爐內(nèi) m（Ca）／m（S）在 1.5 左右，爐膛出口煙氣SO2質(zhì)量濃度在 800 mg／m3時(shí)經(jīng)濟(jì)性最好［10］。機(jī)組電負(fù)荷在240 MW以下，脫硝噴槍可以不投入，能保證NOx排放達(dá)標(biāo)（低于 50 mg／m3），濕法脫硫漿液循環(huán)泵僅運(yùn)行2臺即可滿足凈煙氣SO2排放達(dá)標(biāo)（低于35 mg／m3）；電負(fù)荷 270～310 MW 時(shí)，需運(yùn)行 3 臺漿液循環(huán)泵。在進(jìn)行脫硫脫硝一體化協(xié)調(diào)控制試驗(yàn)前，低負(fù)荷工況，尾部濕法脫硫系統(tǒng)需要運(yùn)行4臺漿液循環(huán)泵，高負(fù)荷工況需要5臺漿液循環(huán)泵。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

對比11月份、12月份（試驗(yàn)月份）脫硫脫硝系統(tǒng)石灰石及尿素用量。

表4 石灰石投運(yùn)對NOx生成的影響

表5 石灰石、尿素用量對比表 t

其中，150目石灰石價(jià)格80元／t，325目石灰石120元／t，兩臺漿液循環(huán)泵日電耗在2.4萬kWh（0.32 元 ／kWh），尿素 1 600 元 ／t。

表6 石灰石、尿素費(fèi)用對比表 萬元

2臺漿液循環(huán)泵節(jié)約電耗折算23.04萬元，綜合比較試驗(yàn)前后，每月可以節(jié)約10.637萬元左右，另外石膏制備系統(tǒng)試驗(yàn)調(diào)整前平均每天運(yùn)行1次制備石膏，現(xiàn)調(diào)整后平均兩天運(yùn)行1次制備石膏，每次運(yùn)行時(shí)間12～14 h，平均每天節(jié)約電耗折算成發(fā)電成本約450元，每月節(jié)約成本1.35萬元。

4 結(jié)語

石灰石的投入量對NOx的影響較為顯著，隨著石灰石給料量增加，NOx呈現(xiàn)總體上升的趨勢，在石灰石量低于3 t／h時(shí)，增長速度較緩慢；石灰石量高于4 t／h時(shí)，增長速度急劇上升。

控制爐內(nèi) m（ca）／m（s）在 1.5 左右，爐膛出口煙氣SO2質(zhì)量濃度在800 mg／m3時(shí)，脫硫脫硝系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性最好。通過脫硫脫硝一體化協(xié)調(diào)控制調(diào)整，每月可節(jié)約運(yùn)行成本11.987萬元左右。

［1］王曉龍，李寒冰．增加石灰石的量對CFB鍋爐性能的影響［J］．應(yīng)用能源技術(shù)，2015，20（1）：15-18．

［2］孫保民，趙立正.660 MW 機(jī)組 CFB鍋爐設(shè)計(jì)煤種排放特性試驗(yàn)［J］.熱力發(fā)電，2015，44（11）：81-87，97.

［3］西安熱工研究院有限公司.江蘇華美熱電有限公司2×350 MW級超臨界循環(huán)流化床機(jī)組1、2號機(jī)組性能考核試驗(yàn)報(bào)告［R］.2007.

［4］閻維平譯.鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程ASME PTC4 1998［S］.北京：電力出版社，2004.

［5］ASMEPTC4.3 空氣加熱器［S］.the American Society Mechanical Engineers.1968.

［6］劉志強(qiáng)，劉青，蔣文斌，等.循環(huán)流化床鍋爐SO2和NO排放的影響規(guī)律研究［J］.鍋爐技術(shù)，2013，44（3）：23-27.

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［10］蔣敏華，肖平．大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)［M］．北京：中國電力出版社，2009．

Study on the Technology of Desulfurization and Denitration Integrated Cooperative Control in 350 MW Supercritical CFB Boilers

LI Peng1，YU Na2
（1.Huamei Thermo-Electric Co.，Ltd.，Xuzhou 221141，China；2.China Huadian Corporation,Beijing 100031,China）

TM621

B

1007－9904（2017）09－0071－03

2017-06-07

李 鵬（1983），男，工程師，從事電廠設(shè)備檢修維護(hù)工作。