350 MW超臨界CFB脫硫脫硝一體化協同控制技術研究

李 鵬，于娜

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

350 MW超臨界CFB脫硫脫硝一體化協同控制技術研究

李 鵬1，于娜2

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

對350 MW超臨界CFB鍋爐進行燃燒調整試驗，研究爐前噴鈣系統的石灰石輸入量與NOx原始排放的關系，并繪制石灰石輸入量與NOx原始排放的關系曲線。基于試驗結論，通過調整爐內石灰石的用量，控制進入脫硫塔原煙氣SO2質量濃度，實現爐內噴鈣系統、SNCR脫硝系統、尾部濕法脫硫系統的合理化匹配，獲得最佳經濟效益。

超臨界；CFB鍋爐；爐內噴鈣；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上進行了大量優化，如爐膛伸縮比優化、高位二次風技術、多并聯擴展水冷屏技術、布風板分區技術、爐前均勻連續給煤技術等［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，原始排放可以達到 50 mg／m3以下［3］，這就為脫硫系統、脫硝系統的一體化協調控制創造了條件。主要就爐內輸入石灰石對NOx原始排放的影響進行試驗研究，并在此基礎上通過調整爐內石灰石用量、SNCR系統尿素用量、尾部濕法脫硫系統設備投用率，實現最佳的運行經濟效益。

1 試驗過程

1.1 試驗煤種及石灰石

本次試驗煤種采用設計煤種，煤質分析見表1，石灰石的數據見表2。

表1 煤質分析

表2 石灰石成分分析

1.2 試驗測點

試驗測量項目、測點位置均依據ASME PTC4鍋爐性能試驗規程［4］、ASMEPTC4.3 空氣加熱器［5］等有關標準確定，鍋爐性能考核試驗所有測點如下。

煙氣取樣測點：布置在空氣預熱器進口煙道、布袋除塵器進口煙道，空氣預熱器進口煙道每側12個測孔，A、B空預器共24個測孔；布袋除塵器進口煙道每側為4個測孔，A、B布袋除塵器共8個測孔。

煙氣溫度測點：布置在空氣預熱器進口煙道、布袋除塵器進口煙道，同煙氣取樣測點共用。

空氣溫度測點：布置在一、二次冷風道，一次風道每側2個測孔共4個測孔；二次風道每側2個測孔共4個測孔。

環境溫度壓力測點：在送風機入口附近避風遮陽處。

1.3 試驗儀器和方法

煙氣分析儀器在每次試驗前后進行現場標定和校核。主要儀器儀表如表3所示。

試驗過程中，保持給煤均勻，調整上下二次風的風量在合適的位置，上層二次風門開度在50%～70%，下層80%～100%，保持爐內平均床溫在850℃左右。

煙氣成分測量，分別在空預器、布袋除塵器進口煙道按照網格法規定逐點測量煙氣成分含量，以此獲得截面煙氣成分代表點，在代表點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行預處理。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如圖1。煙氣成份分析的主要項目有：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分散式數據采集系統，煙氣成份分析數據采樣周期為2 s，可對試驗工況內煙氣成分實現實時監測。

表3 試驗主要儀器

圖1 煙氣取樣分析系統

空預器進口煙氣中NOx質量濃度（6%O2，標態，干基）［6-8］

式中：ρ（NOx）為標準狀態、6%O2、干煙氣下 NOx質量濃度，mg／m3；φ（NO）為實測干煙氣中 NO 體積分數，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 石灰石投運對NOx生成的影響

試驗選擇在江蘇華美熱電公司2號鍋爐進行，在機組360 MW負荷時，逐漸投運石灰石，觀察石灰石投運對鍋爐出口NOx的影響［9］，調整石灰石旋轉給料機轉速，控制進入爐內的石灰石量。石灰石量的加入要少量并緩慢增加，觀察空預器進口NO排放量的變化趨勢，并記錄結果試驗結果如表4。

2.2 石灰石給料量和NOx的關系

為了更直觀地體現石灰石給料量和NOx的關系，通過曲線圖表示，如圖2所示。

圖2 NOx與石灰石給料量的關系

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

3 脫硫系統、脫硝系統的一體化協調控制

在單臺350 MW超臨界CFB機組進行了為期1個月的脫硝脫硝一體化協調控制試驗，試驗目的通過調整爐內脫硫石灰石的用量，控制進入脫硫塔原煙氣SO2質量濃度，SNCR脫硝噴槍不投入或者僅投入一組的情況下，保證NOx排放達標，同時降低爐后濕法脫硫系統電耗，獲得最佳經濟效益。

3.1 試驗情況

試驗期間入爐煤空干基硫分在0.84%～1.51%之間，計算算術平均值在1.12%，機組電負荷在190～310 MW之間，平均熱負荷折算電負荷約40～50 MW。

試驗過程中，通過調節葉輪給粉機變頻速率，調整爐前石灰石用量，投入一組或多組爐前石灰石系統，控制爐內 m（Ca）／m（S）在 1.5 左右，爐膛出口煙氣SO2質量濃度在 800 mg／m3時經濟性最好［10］。機組電負荷在240 MW以下，脫硝噴槍可以不投入，能保證NOx排放達標（低于 50 mg／m3），濕法脫硫漿液循環泵僅運行2臺即可滿足凈煙氣SO2排放達標（低于35 mg／m3）；電負荷 270～310 MW 時，需運行 3 臺漿液循環泵。在進行脫硫脫硝一體化協調控制試驗前，低負荷工況，尾部濕法脫硫系統需要運行4臺漿液循環泵，高負荷工況需要5臺漿液循環泵。

3.2 經濟效益分析

對比11月份、12月份（試驗月份）脫硫脫硝系統石灰石及尿素用量。

表4 石灰石投運對NOx生成的影響

表5 石灰石、尿素用量對比表 t

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

表6 石灰石、尿素費用對比表 萬元

2臺漿液循環泵節約電耗折算23.04萬元，綜合比較試驗前后，每月可以節約10.637萬元左右，另外石膏制備系統試驗調整前平均每天運行1次制備石膏，現調整后平均兩天運行1次制備石膏，每次運行時間12～14 h，平均每天節約電耗折算成發電成本約450元，每月節約成本1.35萬元。

4 結語

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呈現總體上升的趨勢，在石灰石量低于3 t／h時，增長速度較緩慢；石灰石量高于4 t／h時，增長速度急劇上升。

控制爐內 m（ca）／m（s）在 1.5 左右，爐膛出口煙氣SO2質量濃度在800 mg／m3時，脫硫脫硝系統的綜合經濟性最好。通過脫硫脫硝一體化協調控制調整，每月可節約運行成本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］．應用能源技術，2015，20（1）：15-18．

［2］孫保民，趙立正.660 MW 機組 CFB鍋爐設計煤種排放特性試驗［J］.熱力發電，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級超臨界循環流化床機組1、2號機組性能考核試驗報告［R］.2007.

［4］閻維平譯.鍋爐性能試驗規程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，劉青，蔣文斌，等.循環流化床鍋爐SO2和NO排放的影響規律研究［J］.鍋爐技術，2013，44（3）：23-27.

［7］王正華，周昊，杜黎龍，等.爐內噴鈣對SO2和NOx排放的影響研究［J］.電站系統工程，2002，18（6）：42-44.

［8］許玲，武增華.煤燃燒過程中NOx產生機制及影響因素［J］.環境保護，1998（5）：33-35.

［9］陳鴻偉，于偉鋒，高建強．燃用煤矸石 300 MW循環流化床鍋爐脫硫試驗研究［J］．電站系統工程，2013，29（6）：5-8，29．

［10］蔣敏華，肖平．大型循環流化床鍋爐技術［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，從事電廠設備檢修維護工作。