黃衛(wèi)軍,於曉博,朱延海,王海峰 (.神華國華(北京)電力研究院有限公司,北京 0005;.江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司,江蘇 鹽城 463)
江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司一期工程為2×660MW超超臨界機組,鍋爐為上海鍋爐廠超超臨界參數(shù)變壓運行直流爐,采用復(fù)合式空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng),設(shè)6層煤粉噴嘴,四周布置燃料風(fēng),在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置一層輔助風(fēng)噴嘴,其中包括上、下2只偏置的二次風(fēng)噴嘴,1只直吹風(fēng)噴嘴。主風(fēng)箱上部設(shè)兩層緊湊燃盡風(fēng)噴嘴,下部設(shè)一層火下二次風(fēng)噴嘴。主風(fēng)箱上部布置五層可水平擺動的分離燃盡風(fēng)噴嘴[1]。機組采用SCR脫硝技術(shù)控制NOx的排放。鍋爐穩(wěn)定運行中,SCR裝置入口NOx濃度穩(wěn)定,但在快速減負荷時,NOx生成量急劇上升,最大可達800mg/m3(如圖1所示)。
圖1 660MW機組降負荷SCR入口NOx濃度變化曲線
鍋爐燃燒過程中生成的NOx一般可分為三類,即燃料型NOx、熱力型NOx、快速型NOx。燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃燒過程中熱分解后氧化而成的,主要取決于空氣燃料混合比,而較少依賴于反應(yīng)溫度,占總量的60%~80%,最高可達90%;熱力型NOx是氮氣高溫氧化而成,反應(yīng)速度隨溫度的升高而加速,當(dāng)煤粉爐中的溫度升至1600℃時,熱力型NOx在溫度足夠高時可達20%[2];快速型NOx所占比例很小,基本可以忽略。
影響NOx生成量的因素一般有:火焰溫度;燃燒區(qū)段氧濃度;燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)的停留時間;燃料中氮的含量;燃料比。
國華港電鍋爐燃煤為神混2與石炭4,按4∶1的比例摻燒,燃燒過程中煤質(zhì)穩(wěn)定,說明以上因素中煤的含氮量和燃料比值不是造成鍋爐降負荷NOx急劇上升的主要原因。鍋爐降負荷時,煤量減少,爐膛燃燒區(qū)溫度降低;另一方面,對于受溫度影響的熱力型NOx所占生成總量比例較小,因此可以排除火焰溫度和停留時間原因。分析認為鍋爐降負荷時NOx大幅生成的主要原因在于鍋爐燃燒區(qū)氧濃度升高,加快了燃料型NOx的生成。
機組負荷660MW,維持制粉系統(tǒng)運行方式不變,維持燃燒配風(fēng)方式不變,分別進行氧量3.2%、2.8%、2.3%、1.9%變氧量試驗,結(jié)果見圖2。從圖2可知合理的氧量控制,不僅有利于提高鍋爐效率,還有利于抑制NOx的生成,過氧燃燒或者欠氧燃燒均不利于NOx的控制。
圖2 變氧量NOx濃度及鍋爐效率曲線
機組控制系統(tǒng)中,氧量微調(diào)系數(shù)是根據(jù)負荷指令自動計算出鍋爐煙氣含氧量的設(shè)定值,查詢國華港電鍋爐各負荷段氧量控制函數(shù)關(guān)系(見表1)。
表1 國華港電鍋爐氧量控制函數(shù)
負荷/MW0330495600700氧量/%854.543.5
該氧量控制值偏大,因此在保證鍋爐安全、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上,降低鍋爐氧量運行,對負荷-氧量函數(shù)關(guān)系作如下優(yōu)化,結(jié)果見表2。
表2 優(yōu)化后鍋爐氧量控制函數(shù)
負荷/MW0330495600700氧量/%84.53.03.03.0
氧量控制優(yōu)化后,降低了燃燒過程中爐膛氧濃度,NOx的生成總量有所抑制。
國華港電鍋爐燃燒調(diào)節(jié)接受來自鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的鍋爐負荷指令,并將該指令處理后送往燃料、送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),使燃料和風(fēng)量按預(yù)先設(shè)置號的靜態(tài)配合按比例同時動作,以保證合適的風(fēng)/燃料配比,并通過燃料控制和風(fēng)量控制的交叉限制作用,滿足增負荷先增風(fēng)后增燃料,減負荷先減燃料后減風(fēng)的生產(chǎn)工藝要求。
風(fēng)量指令是由燃料主控指令與校正后總?cè)剂狭拷?jīng)函數(shù)發(fā)生器后大選再加上鍋爐主控指令動態(tài)前饋給出總風(fēng)量定值,再經(jīng)氧量微調(diào)系數(shù)的修正后形成的,風(fēng)量給定最低不得低于最小風(fēng)量限值。風(fēng)量指令與實際總風(fēng)量比較經(jīng)調(diào)節(jié)器輸出,加上風(fēng)量指令動態(tài)變化作前饋,作為送風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板主控指令,經(jīng)過平衡回路控制送風(fēng)機調(diào)節(jié)擋板。正常運行中鍋爐燃燒實際空氣量大于理論空氣量,鍋爐降負荷時煤量減少,風(fēng)量調(diào)整滯后時間不宜過長,否則鍋爐燃燒區(qū)氧量上升,同樣不利于控制NOx生成。原風(fēng)量指令延時為10s,將其修改為5s,以加快鍋爐風(fēng)量的調(diào)整,避免降負荷過程中風(fēng)/燃料配比失調(diào)導(dǎo)致燃料型NOx生成量上升。
國華港電鍋爐低NOx燃燒器系統(tǒng)設(shè)計主要任務(wù)是減少揮發(fā)份氮轉(zhuǎn)化成NOx,主要方法是建立早期著火,使用控制氧量實現(xiàn)分級燃燒,以達到降低NOx生成的目的。
鍋爐滿負荷變CCOFA、SOFA試驗結(jié)果見圖3,從圖3可以看出開大上層CCOFA、SOFA有利于抑制NOx的生成。
圖3 CCOFA開度NOx濃度及鍋爐效率曲線
綜合考慮SOFA擋板開度對鍋爐熱偏差的影響,將SOFA、CCOFA擋板自動控制函數(shù)關(guān)系按表3、4、5設(shè)置,在運行中投入擋板自動,AGC方式負荷降低時,實現(xiàn)自動調(diào)整,避免運行調(diào)整操作不及時導(dǎo)致NOx快速生成。
表3 SOFA Ⅴ 擋板自動控制函數(shù)關(guān)系
鍋爐總風(fēng)量/t·h-10145020002348SOFAⅤ/%0075100
表4 SOFA Ⅰ-Ⅳ 擋板自動控制函數(shù)關(guān)系
鍋爐總風(fēng)量/t·h-10670110020002348SOFAⅣ/%004075100SOFAⅢ/%004075100SOFAⅡ/%004075100SOFAⅠ/%004080100
表5 CCOFA Ⅰ、Ⅱ 擋板自動控制函數(shù)關(guān)系
鍋爐總風(fēng)量/t·h-10670110020002348CCOFAⅡ/%003080100CCOFAⅠ/%003080100
考慮到SOFA、CCOFA風(fēng)自動調(diào)整時將導(dǎo)致風(fēng)箱/爐膛壓差變化,通過投入二次風(fēng)輔助風(fēng)門自動,以當(dāng)前風(fēng)量下的壓差為目標(biāo)控制值自動控制風(fēng)箱/爐膛壓差,函數(shù)關(guān)系如表6所示。
表6 風(fēng)箱壓差與鍋爐總風(fēng)量關(guān)系
總風(fēng)量/t·h-101100120018201900風(fēng)箱壓差/kPa0.350.350.40.70.75
為防止風(fēng)箱爐膛壓差調(diào)整不及時,導(dǎo)致壓差過高或過低影響鍋爐運行安全,SOFA擋板自動調(diào)整時必須兼顧風(fēng)箱壓差,當(dāng)風(fēng)箱壓差實際值與設(shè)定值之差大于+0.2kPa時,閉鎖SOFA擋板關(guān)小;風(fēng)箱壓差實際值與設(shè)定值之差小于-0.2kPa時,閉鎖SOFA擋板開大。
2013年5月18日7∶50,國華港電660MW超超臨界機組以8MW/min的速率降負荷,8∶02脫硝系統(tǒng)SCR入口NOx濃度由原126.7mg/m3最大上升至250.8mg/m3,后逐漸返回(見圖4)。數(shù)據(jù)表明鍋爐在降負荷過程中NOx得到很好的控制。
圖4 降負荷SCR入口NOx濃度變化曲線
鍋爐燃燒區(qū)氧濃度偏高,變工況下風(fēng)/燃料配比失調(diào),當(dāng)燃料量降低后風(fēng)量跟蹤調(diào)整滯后,主燃燒區(qū)氧濃度進一步升高,加之分級燃燒調(diào)整不及時,導(dǎo)致了鍋爐降負荷時NOx大幅生成。因此在保證鍋爐安全、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上降低鍋爐氧量運行,降負荷時鍋爐風(fēng)量跟蹤煤量自動及時調(diào)整,由SOFA、CCOFA擋板自動合理配風(fēng)以實現(xiàn)煤粉的分級燃燒,可有效控制降負荷工況下NOx的大幅生成。
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