大型煤粉燃烧锅炉NOx排放控制系统的运行特性及其优化

摘要

近年来，我国大型燃煤发电机组中低负荷运行已常态化，可能显著影响NOX的排放控制及其经济性。本论文针对某1000MW超超临界燃煤机组锅炉低负荷运行和掺烧贫煤时NOX生成排放浓度高的问题，采用历史运行数据分析、燃烧调整试验、计算流体力学(CFD)数值试验和集成环境控制(IECM)模型经济性分析等方法，对机组锅炉的NOX生成特性、NOX生成运行优化及其对NOX排放控制系统运行经济性的影响等进行系统的研究。
　　基于历史运行数据对锅炉低NOX燃烧系统及SCR系统运行特性的分析表明，锅炉NOX排放浓度随机组负荷降低呈增加的趋势，掺烧贫煤的低负荷运行时NOX生成浓度可高达600-700mg/m3以上。燃烧运行条件特别是低负荷时的运行条件包括锅炉运行氧量、磨组运行方式及煤粉量分布、SOFA风率都对锅炉NOX排放浓度有一定程度的影响。煤质对NOX生成的影响是显著的，掺烧贫煤导致整个运行负荷范围内NOX生成浓度显著增加。低负荷运行和掺烧贫煤时因锅炉NOX生成浓度高，SCR注氨量大而显著增加SCR系统的运行成本。运行特性的分析显示，低负荷运行和贫煤掺烧时，燃烧系统主要运行参数的调整和优化具有降低锅炉NOX排放从而降低SCR系统运行成本的潜力。
　　锅炉燃烧调整试验也证明低负荷时的运行条件和掺烧贫煤导致NOX生成浓度高，但是，无论在高负荷还是在低负荷运行时，无论单烧烟煤还是贫煤时，通过调整优化，NOX生成浓度均可显著降低，SCR系统的注氨量均可维持在日常运行的最低水平，这些证明了燃烧优化在兼顾SCR系统的情况下，提高整体NOX排放控制系统特别是低负荷运行时的经济性的可能性。
　　CFD数值模拟对炉内NOX生成特性和水冷壁的高温腐蚀倾向的分析表明，大量燃尽风的使用有利于降低NOX的排放，但由于其增强还原性气氛可能会导致高温腐蚀趋势的增强;变磨组运行对NOX的生成浓度有显著的影响，这主要是因为磨组投运方式改变燃烧区域的位置，进而改变烟气在还原区停留的时间;低负荷运行时，中间四磨（B-E磨）的运行方式不仅可以实现较低的NOX生成浓度，而且高温腐蚀的风险也有所降低，是值得推荐的磨组运行控制方式。
　　运用IECM经济评价模型分析锅炉燃烧运行对机组NOX排放控制系统运行经济性影响的结果表明，机组负荷和煤质是影响机组NOX控制系统运行成本的关键性影响因素。负荷越低，发电成本和NOX脱除成本越高，并且随着负荷的降低，煤质对发电成本的影响也就越显著。不论高负荷还是低负荷，不论掺烧贫煤还是单烧烟煤，通过燃烧优化，机组的年运行总成本和单位发电量运行成本均呈现降低的趋势，而单位NOX脱除成本随着工况的不断优化却呈增加的趋势，这些都说明燃烧优化不仅可以降低炉内NOX生成，也可以提高NOX排放控制系统运行的经济性，因而是合理和有效的技术措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外相关研究现状的综述

1．2．2 影响SCR系统NOx脱除效率的主要因素

1．2．3 深度低氮燃烧系统

1．2．4 低NOx燃烧优化技术

1．2．5 脱硝技术经济性分析的方法及应用

1．3 课题的提出和论文的主要研究内容

1．3．1 课题的提出

1．3．2 主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 研究方法

2．1 引言

2．2 课题研究的技术路线

2．2．1 锅炉及NOx控制系统

2．2．2 机组NOx排放控制系统的运行性能及问题

2．3 课题内容主要研究方法

2．3．1 基于机组运行历史数据的锅炉NOx排放特性及SCR系统运行性能分析

2．3．2 燃烧调整试验方法

2．3．3 炉内燃烧的CFD数值模拟研究方法

2．3．4 集成环境控制模型评价燃煤电站技术经济性方法

2．4 本章小结

第三章 机组NOx排放控制系统运行特性的分析

3．1 引言

3．2 机组运行历史数据的采集

3．3 锅炉燃烧NOx生成特性的分析

3．3．1 机组运行负荷的影响

3．3．2 锅炉燃煤量的影响

3．3．3 炉膛燃烧氧量的影响

3．3．4 磨组运行方式的影响

3．3．5 掺烧贫煤对NOx生成浓度的影响

3．3．6 进一步的分析和讨论

3．4 SCR系统脱硝运行特性的分析

3．5 本章小结

第四章 锅炉燃烧调整试验以及运行参数的优化

4．1 引言

4．2 试验内容及工况

4．2．1 试验内容

4．2．2 试验期间的入炉煤质

4．2．3 试验工况

4．2．4 试验结果和分析

4．2．5 锅炉NOx燃烧调整对SCR运行的影响

4．3 本章小结

第五章 运行参数调整对炉内NOx生成及水冷壁高温腐蚀倾向影响的数值研究

5．1 引言

5．2 锅炉和计算对象概况

5．2．1 锅炉炉膛和燃烧系统

5．2．2 计算区域和网格的划分

5．2．3 炉内流动和燃烧过程的数学模型的选择

5．2．4 计算边界条件和输入条件

5．2．5 PrePDF程序中煤的成分和换算方法

5．3 基础工况数值模拟及模型验证

5．3．1 基础工况数值模拟结果分析

5．4 变工况运行对NOx排放和高温腐蚀影响的数值研究

5．4．1 水冷壁高温腐蚀发生的原因和判断依据

5．4．2 变工况数值试验内容

5．5 本章小结

第六章 锅炉燃烧运行对机组NOx排放控制系统运行经济性影响的分析

6．1 引言

6．2 IECM脱硝成本计算基本方法

6．2．1 成本组成

6．2．2 成本计算模型

6．3 不同运行工况条件下脱硝技术经济性分析和评价

6．3．1 技术经济性计算对象简介

6．3．2 计算结果及分析

6．4 本章小结

7．1 全文总结

7．2 进—步工作的建议

参考文献

致谢

作者简介