火電機組鍋爐及脫硫脫硝系統動態特性分析

郭勝龍

（國家能源集團山東石橫熱電有限公司，山東泰安 271621）

0 引言

對于火電機組來說鍋爐系統的作用極為重要，由于受到技術層面的限制與影響，相關企業所選用的系統設備不但工作內容煩瑣且專業性較高，想要開展動態化運行特征管理難度較大，控制效果也無法滿足預期標準。為了避免類似的情況出現，相關企業在開展仿真建模的過程中，需要利用鍋爐系統本身的結構特性，來對其進行精準把控，并通過相應的調試工作來完成控制需求，這樣不但能夠有效提高火電機組的運行質量，降低外界因素所帶來的不利影響，同時還能夠滿足脫硝系統以及脫硫系統的各方面工作需求，為后續的工作開展提供堅實的技術基礎。

1 火電機組鍋爐發展現狀

為了滿足新時代背景下的節能需求，相關企業在日常運營過程中會對傳統的電站鍋爐系統進行控制，當其滿足運行要求時，會加入相應的燃料，以此來實現對水的加熱處理，等到燃燒所產生的高溫數值滿足預期標準時，便會與壓力蒸汽處于相同的狀態，進而為供汽輪機產生動力支持，從而完成的發電工作。鍋爐系統會在燃料燃燒之后產生較為明顯的廢氣，這些廢氣無法滿足我國相關環保標準，一旦排放到空氣中便會對周邊環境以及生物的生命健康安全帶來不利影響，為了避免污染的出現，相關企業便要利用脫硫脫硝系統來對廢氣進行凈化處理，通過相關裝置來完成煙氣脫除工作，使得所排放的氣體能夠滿足我國節能環保戰略標準，并以此為基礎進行內容的優化，從而來滿足社會發展需要。在這一過程中，相關企業需要加強對電站鍋爐機組結構的優化處理，并依照實際情況進行內容的調試與改進，這樣不但能夠有效提高鍋爐系統的運行質量，同時還能夠降低污染所帶來的不利影響，以此來滿足發電站的運營需要[1]。

2 火電機組鍋爐結構與原理

火電機組鍋爐系統本身在組成結構上具有多樣性，加上所涉及的內容專業性較強，在進行調整與優化的過程中，很容易會受到各方面因素的影響，從而導致管理工作無法順利開展[2]。為了有效緩解這一問題，相關人員在設計過程中，往往會結合實際情況進行子系統的分化建設，并依照實際情況完成設計工作，通過子系統之間的協作與應用來提高工作效率與質量，制定具有針對性的零部件管理制度，在短時間內對不同子系統進行建模處理，以確保整個系統的組態建模效率得到保障與提升[3]。目前有關火電機組鍋爐系統的子系統一般可以分為以下5 種。

（1）制粉系統。燃料投入磨煤機之后，制粉系統會對其進行加工處理，利用給煤機來開展相應的傳遞工作，以完成制粉內容，為鍋爐系統提供相應的燃燒原料資源[4]。制粉系統配置有相應的風機設備，對整個系統進行密封化處理，并依照實際情況進行冷熱溫度的調整，縮短制粉成形所要花費的時間，并為后續熱風力的封存工作與調節工作奠定基礎。在制粉系統中，為避免運行過程中出現安全問題，還會安裝消防系統，以有效提高制粉工作效率與質量、降低風險因素的不利影響。

（2）風煙系統。燃料在燃燒時以及燃燒后都會產生煙氣，而煙氣往往會提高空氣中顆粒物的含量，并對自然生態環境產生不利影響。為了避免這一情況，相關人員通過風煙系統的設計，來完成對煙氣的凈化處理，通過合理手段開展疏通排放管控，并依照我國節能標準進行內容的優化，以確保后續工作順利開展。在系統設計過程中，還會涉及不同層次的風力管控系統，通過送風機以及引風裝置的安裝來提高風煙系統的工作效率，提高處理速度的同時還能夠避免管道設備的綜合質量受到不利影響[5]。

（3）燃燒系統。作為鍋爐系統中不可或缺的組成部分，在實際操作與管理過程中，往往會涉及爐膛燃燒室。所選用的燃料一般分為煤粉與燃油兩種，分別對應影響燃燒系統以及燃油系統，在技術選用過程中應當以離子點火系統為基礎來開啟燃燒工作，并依照實際情況控制燃燒工作，避免因燃燒不充分而產生有毒氣體，產生不必要的成本支出。

（4）汽水系統。當整個鍋爐系統處于高溫狀態時，其內部的水分會出現蒸發的現象并被排出，為確保這一過程順利開展，相關人員需要選用較為先進的蒸發調溫系統，并利用不同類型的系統內容來管控溫度，這樣不但能滿足我國減污排放的需求，也能有效保障生產效率。

（5）清除系統。清除系統包含脫硫脫硝和除塵系統，利用相關系統本身所具備的工作特性來完成清理工作。以脫硫系統為例，在對結構進行剖析的過程中，往往會涉及脫硫吸收塔、用來進行循環工作的漿池與漿液循環泵，用來進行噴淋的裝置[6]，通過這些設備來脫除煙氣中二氧化硫。脫硝系統也會涉及氨氣蒸發裝置的內容，并利用催化裝置來完成相應的廢物清理工作，提高整個廢氣的環保質量，避免煙氣的排出會對周邊空氣質量產生不利影響。

3 脫硫脫硝系統動態特性分析

一般來講，相關企業在進行火電機組鍋爐系統的設計過程中，為了滿足合理性與可靠性的需求，往往會以火電機組鍋爐運行工作動態特征為主，通過對相關參數以及子系統運行狀態的分析來完成設備管理工作，這樣不但能有效提高系統運行的科學性，同時還能有效避免機組鍋爐系統運行故障，使所開展的節能處理措施滿足我國的相關標準。

3.1 脫硫動態特性分析

火電機組鍋爐系統在脫除二氧化硫的過程中，先要調整脫硫塔形式，以噴淋式為基礎，并利用離心泵來實現吸收劑的循環，使其能順利進入噴淋裝置。由于整個脫硫塔中會滿足氣液兩相流的特性需求，因而在噴淋過程中吸收劑會和煙氣逆流流動，循環利用之間，原本存在煙氣內部的硫離子便會逐漸被吸收劑吸收，最終實現脫硫的效果。作為當前我國火電機組鍋爐系統常用的脫硫手段，該技術能夠有效降低硫化物所帶來的不利影響，并滿足企業的日常生產需求[7]。在分析脫硫動態特性的過程中，往往以鈣硫比為基礎、通過開展動態測試的方式來完成相關工作。從化學反應的角度來看，無論何種脫硫工藝，在理論上只要有一個鈣基吸收劑分子就可以吸收一個二氧化硫分子，即脫除1 mol 的硫需要1 mol 的鈣。但實際上，為了提高二氧化硫的脫除效率及整個脫硫系統的脫硫效果，確保二氧化硫指標達標排放，一般需要增加脫硫反應中另外一個反應物及鈣的數量來實現有效脫硫的目的。一般情況下，鈣硫比在1.01～1.02 時石灰石—石膏濕法脫硫工藝效率可達95%以上，當鈣硫比控制在1.03 左右時脫硫效率能夠達到99%以上。

3.2 脫硝動態特性分析

在處理脫硝系統的過程中，首先要調整其儲存系統，以有效提升氨的存儲質量。在高溫狀態下，液氨會從液體轉變為氣體，通過相關通道來到儲存系統作為氨氣被儲存，而這一措施也可以對氨氣進行噴送處理，使其來到噴氨格柵并完成相應的噴灑工作[8]。

除了噴灑系統，脫硝系統中還有用來進行催化與反應作用的裝置，氨氣被噴氨格柵噴出、進入煙道內部后便會與煙氣交錯結合，相應的催化裝置會將二者進行混合處理，然后進行催化處理。催化反應裝置的環境溫度通常控制在300～400 ℃，通過催化劑使二者生產氮氣和水蒸氣并將廢氣排出，確保火電機組鍋爐脫硝系統順利運行。一般情況下脫硝系統內部設有不同類型的檢測控制系統，會實時監控與管控整個過程，以確保后續工作順利開展。

在對脫硝系統進行動態化特性分析的過程中，需要從時間層面入手，分析不同時間狀態下的動態測試結果，以確保實驗的精準性與可靠性。例如，任何反應都需要時間，所以脫硝系統還原劑必須和NOx在合適的溫度區域內有足夠的停留時間，這樣不僅能保證NOx的還原率，同時還要完成水的蒸發、還原劑的分解、還原劑與煙氣的混合、還原劑與NOx的氧化還原反應等。停留時間越長則NOx的脫除效果越好，而停留時間的長短取決于與煙氣流速和煙氣流通通道的截面尺寸。根據相關試驗證明，煙氣的流速影響反應停留時間，過高的煙氣流速會減少停留時間，從而降低脫硝效率；而煙氣流速過低雖然有利于脫硝反應，但是在鍋爐尾部煙道容易產生積灰等問題。根據相關試驗表明，停留時間以0.7～1.0 s 為宜。

4 結論

綜上所述，火電機組鍋爐系統與我國社會發展有著密切聯系，同時也是國民經濟建設的重要保障，不過，由于該系統本身在結構組成方面相對復雜且專業性較強，在開展建模仿真處理的過程中，需要從不同的方向進行假設，并以此來完成相應的替換工作，確保整個模型結構的整體性與可靠性。在這一項目中，還應根據實際情況對模型開展修正計算處理，并對脫硫脫硝系統進行完善處理，這樣不僅能提高發電站的工作效率與質量，也能滿足我國節能環保的戰略需求。