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        爐內(nèi)NOx生成與飛灰含碳平衡控制

        2018-08-27 10:24:08劉興芳王文科向若琳
        機電信息 2018年24期
        關鍵詞:含碳噴氨飛灰

        劉興芳 陽 斌 王文科 向若琳

        (華能安源發(fā)電有限責任公司,江西萍鄉(xiāng)337016)

        0 引言

        某廠#2機組采用660 MW超超臨界鍋爐,為超超臨界參數(shù),二次中間再熱,變壓運行直流爐,單爐膛、低NOx水平濃淡燃燒器和分級送風燃燒系統(tǒng)、墻式切圓燃燒方式、平衡通風,露天布置、干排渣、全鋼構架、全懸吊結構,∏型鍋爐。

        機組自投產(chǎn)以來,SCR進口NOx及飛灰含碳相比同類型鍋爐表現(xiàn)不佳。針對上述問題,通過研究調(diào)整控制理念,采用NOx生成及飛灰含碳在線自動控制系統(tǒng),以更切近實際的控制模式,實現(xiàn)了燃燒控制系統(tǒng)升級換代。

        1 改造前機組運行情況

        投運前三個月月度平均飛灰含碳數(shù)據(jù)如表1所示,5月數(shù)據(jù)在同類機組中屬較好水準,但這是以SCR入口NOx偏高及機組經(jīng)濟性為代價的。鍋爐的NOx、飛灰含碳在調(diào)整手段及幅度上正好相反,單個參數(shù)的調(diào)節(jié)控制很容易實現(xiàn),兩個參數(shù)同時調(diào)節(jié)控制在相對較好的水平則比較困難,經(jīng)常會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象。

        表1 #2機組改造前飛灰含碳月度統(tǒng)計

        在進行燃燒控制系統(tǒng)改造前,#2機組SCR入口NOx由運行人員手動控制調(diào)節(jié),負荷變化、啟停磨煤機等擾動均需人工干預,平均水平310 mg/Nm3,較機組設計值高出30%。由此導致脫硝系統(tǒng)噴氨量處于一個較高水平,曾經(jīng)出現(xiàn)明顯的空預器堵塞現(xiàn)象。圖1為改造前SCR入口NOx歷史趨勢。

        圖1 改造前SCR入口NOx歷史趨勢

        2 改造技術路線

        采用飛灰含碳及NOx生成自動控制系統(tǒng),包括新型制粉控制系統(tǒng)、一次風控制系統(tǒng)、二次風控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)控制目標確定為:控制飛灰含碳損失;降低SCR前NOx排放;在保證飛灰含碳損失及NOx排放可控基礎上降低排煙損失及送、引風機功耗。

        2.1 降低飛灰含碳

        飛灰含碳損失主要與燃料在爐內(nèi)燃程長短、爐內(nèi)供氧程度相關。

        影響燃料在爐內(nèi)燃程的因素有燃煤揮發(fā)分、煤粉細度、風粉混合物溫度、一次風風速及爐內(nèi)主燃燒區(qū)域溫度。拉長燃料在爐內(nèi)燃程,則燃燒相對充分,飛灰含碳損失相應減小。具體技術手段上考慮:

        (1)盡量維持較高的磨煤機出口溫度。

        (2)煤粉細度盡可能降低。

        (3)在控制磨煤機出口溫度的基礎上盡量降低單磨風量。

        (4)在各層燃燒器功率分配上,維持底層磨大功率運行,既可壓低燃燒中心高度,拉長物理燃程,又可抬高主燃燒區(qū)域溫度,使得中上層燃燒器著火點提前。

        爐內(nèi)供氧上,僅從降低飛灰含碳損失角度考慮,抬升總風量即可,若兼顧降低SCR進口NOx排放,則需考慮總風量的合理配置。技術路線上準備按如下方式:

        (1)合理配置總的過量空氣系數(shù);

        (2)通過風煤反向匹配,來控制兼顧燃盡率及NOx排放。

        2.2 SCR前NOx排放控制的實現(xiàn)

        理論上,NOx生成由兩部分構成,一是燃料中N在燃燒中分解氧化后形成NOx,生成量決定于燃料含氮多少,在鍋爐總排放中占比很??;占比最多的是燃燒過程中,空氣中N氧化后生成NOx,生成量與燃燒強度正相關。所以在電站NOx控制上主要側重于燃燒強度的控制,通過逐級供風減少局部供氧,降低燃燒強度,實現(xiàn)NOx減排。

        #2機組燃燒器設置了OFA,考慮了分級配風,但相應的控制系統(tǒng)或調(diào)整方式上沒有跟進。首先二次風控制系統(tǒng)上氧量控制沒有顧及NOx排放,或者沒將NOx作為控制目標之一;小風門控制尚處于手動階段;此外,沒有考慮的層間風煤的配合,各層燃燒器功率是均等分配,配風比例也是均等配置。

        新控制系統(tǒng)中,控制SCR前的NOx排放手段,一是根據(jù)熱態(tài)調(diào)試,修正二次風控制系統(tǒng)氧量定值,控制各負荷點下過量空氣系數(shù),保證全程全爐膛微氧燃燒;二是自動調(diào)整主燃燒區(qū)域與燃盡區(qū)域風量比例,調(diào)節(jié)控制主燃區(qū)域過量空氣系數(shù),進而控制NOx生成;三是通過燃燒功率自動調(diào)節(jié)功能,通過風煤反向匹配,來控制兼顧燃盡率及NOx排放。

        3 改造后機組運行情況

        新系統(tǒng)投運后,飛灰含碳較之前明顯下降,投運后統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示飛灰含碳均值在1.29%,較5月均值下降19%。

        SCR入口NOx較原來大幅下降,圖2為系統(tǒng)投運前后SCR入口NOx趨勢比對。由圖可見,不僅平均值大幅下降,入口NOx在變工況下的波動幅度也得到了有效抑制,這能使后續(xù)SCR噴氨調(diào)節(jié)更加平滑可控,有利于NOx終端排放濃度的控制。

        圖2 新系統(tǒng)投運前后SCR入口NOx歷史趨勢

        圖3為投運后NOx趨勢,數(shù)據(jù)顯示,全負荷段變負荷下,NOx波幅平穩(wěn)。趨勢圖統(tǒng)計周期NOx均值為231 mg/Nm3,較投運前下降近30%。

        圖3 新系統(tǒng)投運后SCR入口NOx歷史趨勢

        SCR入口NOx控制意義:一是降低SCR噴氨耗量,降低SCR運營成本;二是噴氨耗量的降低及入口NOx波幅降低,使得氨逃逸率下降,有利于防止空預器堵塞;三是增加SCR床料使用壽命,減少SCR運營耗材成本。后兩點需要更長的周期來驗證,噴氨流量已經(jīng)在新系統(tǒng)投運后出現(xiàn)明顯下降。

        圖4是新系統(tǒng)投運前后噴氨流量的變化趨勢,投運后下降趨勢明顯。

        新系統(tǒng)投運后,NOx及飛灰含碳同時得到了有效控制,且鍋爐相關能耗下降。

        經(jīng)統(tǒng)計,磨煤機功率上升8.5%,送風機功率下降13.6%,引風機汽耗下降10.4%。圖5為新系統(tǒng)投運前后引風機汽耗歷史趨勢,相同負荷下,引風機汽耗下降趨勢明顯。

        圖4 新系統(tǒng)投運前后噴氨流量歷史趨勢

        圖5 新系統(tǒng)投運前后引風機汽耗歷史趨勢

        4 結論

        (1)綜合磨煤機、送風機、引風機能耗變動,項目實施后,總體能耗下降折合廠用電率0.073%,折合標煤耗下降0.2 g/kW·h。

        (2)新系統(tǒng)投運后送、引風機能耗的明顯下降,說明整體煙氣量下降,同樣排煙溫度下,排煙損失降低,爐效增加。

        (3)噴氨流量較項目實施前下降27.5%,脫硝費用下降,且將大幅緩解空預器堵塞問題。

        (4)在NOx得到有效控制的前提下,目前飛灰含碳較原有水平下降。因來煤種類極多,無法按煤種灰分/發(fā)熱量予以估算,對此不作煤耗評估。

        (5)飛灰含碳受控情況下,SCR入口NOx降低30%,脫硝床料使用壽命延長,空預器堵塞風險降低,存在潛在的經(jīng)濟收益。

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