燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法，包括以下步驟：對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整；對(duì)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整；對(duì)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整；對(duì)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合爐膛水冷壁近壁區(qū)還原性氣氛分布特征和脫硝氨逃逸情況,確定不同負(fù)荷下燃煤鍋爐最佳運(yùn)行氧量范圍和最佳氧量運(yùn)行范圍內(nèi)燃盡風(fēng)噴口的最佳開度范圍；確定不同負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)最優(yōu)脫硝效率范圍。本發(fā)明提供的三個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法是將鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)看作一個(gè)大系統(tǒng)，從大系統(tǒng)的角度解耦三個(gè)系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)和影響，優(yōu)化得到大系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行方式。
【專利說明】
燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃煤電站鍋爐燃燒、制粉系統(tǒng) 與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國燃煤發(fā)電機(jī)組運(yùn)行具有"煤質(zhì)多變、參與調(diào)峰、負(fù)荷范圍寬、排放要求高"的特 點(diǎn)。多煤種、寬負(fù)荷的運(yùn)行方式不僅影響機(jī)組的性能指標(biāo)，而且給設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了 諸多問題，安裝SCR煙氣脫硝裝置后，這些問題更為突出。
[0003] SCR煙氣脫硝技術(shù)雖在國外已被廣泛應(yīng)用，但在國內(nèi)尚處于起步階段。已建和在建 煙氣脫硝工程均由國內(nèi)大型鍋爐廠或環(huán)保公司總承包，技術(shù)從國外引進(jìn)。由于當(dāng)初技術(shù)引 進(jìn)方將主要精力集中在市場(chǎng)和工程建設(shè)上，無暇顧及引進(jìn)技術(shù)的本土化吸收及優(yōu)化，投產(chǎn) 脫硝裝置尚不能完全適應(yīng)我國燃煤發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，在整體設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝及運(yùn)行方 面尚存在諸多問題。
[0004] 燃煤發(fā)電機(jī)組安裝脫硝裝置后，由于脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、噴氨控制不合理，脫硝出 口氨逃逸較高，空預(yù)器堵塞問題十分突出。為了滿足NOx排放要求，在脫硝效率不達(dá)標(biāo)、氨逃 逸嚴(yán)重的情況下，或低氮燃燒技術(shù)改造不達(dá)標(biāo)的情況下，運(yùn)行人員采取降低運(yùn)行氧量、增大 燃盡風(fēng)量的方式控制脫硝入口NOx濃度，以期改善脫硝噴氨量，降低氨逃逸，但由此導(dǎo)致爐 膛主燃區(qū)和還原區(qū)嚴(yán)重缺氧，水冷壁高溫腐蝕十分嚴(yán)重。空預(yù)器堵塞和水冷壁高溫腐蝕已 成為安裝脫硝裝置后機(jī)組運(yùn)行的兩大難題，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0005] 導(dǎo)致空預(yù)器堵塞和水冷壁高溫腐蝕的主要原因主要包括：
[0006] 第一，鍋爐系統(tǒng)出口（省煤器出口）煙氣流場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)與脫硝系統(tǒng)整流導(dǎo)流裝 置和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不匹配。
[0007] 反應(yīng)器中流動(dòng)均勻性對(duì)噴氨量的分布、ΝΗ3/Ν0χ的混合有重要影響，是SCR裝置設(shè) 計(jì)和運(yùn)行中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在脫硝反應(yīng)器及內(nèi)部導(dǎo)流板設(shè)計(jì)時(shí)，脫硝系統(tǒng)入口邊界條件一 般按均等設(shè)置，即煙氣流場(chǎng)和組分濃度場(chǎng)分布均勻，而實(shí)際運(yùn)行過程中脫硝系統(tǒng)入口邊界 條件不僅非均等，且受鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行影響而多變。設(shè)計(jì)邊界條件與實(shí)際邊界條件的差異導(dǎo) 致不同運(yùn)行條件下（負(fù)荷、磨組方式、配風(fēng)方式等)脫硝反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)差異性較大，并不能達(dá) 到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行過程中若不能及時(shí)調(diào)整，系統(tǒng)脫硝效率降低、噴氨量增大、排放超標(biāo)、氨逃 逸量增加，會(huì)導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，關(guān)于脫硝系統(tǒng)優(yōu)化 調(diào)整過程中，并沒有考慮鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行工況的差異對(duì)脫硝系統(tǒng)的影響，亦未針對(duì)鍋爐開展 適應(yīng)脫硝運(yùn)行的調(diào)整工作。
[0008] 第二，鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)NOx排放控制與脫硝系統(tǒng)性能不匹配。
[0009] 燃煤鍋爐NOx控制技術(shù)分低NOx燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。低NOx燃燒技術(shù)主要是 通過空氣分級(jí)或燃燒器徑向分級(jí)方式設(shè)法營造缺氧富燃料的燃燒區(qū)域抑制燃燒過程中NOx 的生成，同時(shí)還原部分已生成的NOx。煙氣脫硝技術(shù)主要通過噴射氨、尿素等還原劑，在催化 劑的作用下將爐膛內(nèi)部生成的NOx還原為N 2。目前，國內(nèi)新建和現(xiàn)役的大型燃煤發(fā)電機(jī)組均 同時(shí)采用上述兩種技術(shù)控制NOx排放。在運(yùn)行過程中，當(dāng)脫硝系統(tǒng)低于設(shè)計(jì)值，NOx排放達(dá)不 到環(huán)保要求時(shí)，若采用增大噴氨量的方式降低NOx排放，雖可達(dá)到排放要求，但脫硝出口NH3 逃逸會(huì)顯著增高，對(duì)后續(xù)設(shè)備(空預(yù)器、除塵器及風(fēng)機(jī))造成嚴(yán)重影響。若采用控制鍋爐運(yùn)行 氧量的方式降低脫硝入口 NOx濃度，此做法雖可在不提高氨逃逸的情況下控制NOx排放，但 爐膛主燃區(qū)在過低氧量條件下運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)高溫腐蝕的問題。
[0010] 當(dāng)?shù)偷紵夹g(shù)性能指標(biāo)低于設(shè)計(jì)值時(shí)，若要NOx排放達(dá)標(biāo)SCR脫硝系統(tǒng)需在接近 或高于設(shè)計(jì)效率的條件下運(yùn)行，此時(shí)若脫硝系統(tǒng)噴氨分布合理、流場(chǎng)分布均勻、脫硝系統(tǒng)出 口NOx和NH 3分布均勻，則脫硝出口氨逃逸可以滿足低于3ppm設(shè)計(jì)值，若脫硝系統(tǒng)運(yùn)行不合 理且效率高于設(shè)計(jì)值，脫硝系統(tǒng)出口氨逃逸將極高。若采用進(jìn)一步降低運(yùn)行氧量或增大燃 盡風(fēng)風(fēng)量的方式控制脫硝入口 NOx濃度，會(huì)導(dǎo)致爐膛主燃區(qū)在過低氧量下運(yùn)行，出現(xiàn)高溫腐 蝕問題。
[0011] 綜上可知，目前大型燃煤發(fā)電機(jī)組均同時(shí)采用低氮燃燒技術(shù)和SCR煙氣脫硝技術(shù) 控制NOx排放，安全經(jīng)濟(jì)有效控制NOx排放需低氮燃燒技術(shù)與SCR脫硝技術(shù)高度協(xié)調(diào)運(yùn)行，不 同機(jī)組存在一個(gè)最佳的運(yùn)行方式。因此，如何協(xié)同優(yōu)化脫硝系統(tǒng)與鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)的運(yùn) 行，對(duì)經(jīng)濟(jì)安全可靠地控制NOx排放，及有效控制氨逃逸防止空預(yù)器堵塞和高溫腐蝕具有重 要的意義。
[0012] 第三，脫硝系統(tǒng)噴氨量的分布與煙道內(nèi)流場(chǎng)和組分濃度場(chǎng)分布不匹配。
[0013] 目前，脫硝系統(tǒng)噴氨門均為手動(dòng)門，無法在線時(shí)時(shí)調(diào)整，當(dāng)脫硝入口邊界條件變化 時(shí)，就地噴氨門無法隨著煙道內(nèi)煙氣流場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)的變化而調(diào)整，由此導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)噴 氨量的分布與煙道內(nèi)流場(chǎng)和組分濃度場(chǎng)分布不匹配，出現(xiàn)局部區(qū)域NH 3過量，其它區(qū)域NH3不 足的現(xiàn)象，經(jīng)催化劑層后脫硝出口出現(xiàn)局部區(qū)域NH3逃逸濃度極高的現(xiàn)象。
[0014] 關(guān)于鍋爐燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)及脫硝系統(tǒng)的單系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，國內(nèi)外已有大量研 究。
[0015] 專利（201410100354.3、201410020138.8)提出了切圓燃燒鍋爐和1火焰鍋爐30?脫 硝系統(tǒng)脫硝運(yùn)行方法，采用數(shù)值模擬的方法建立鍋爐三維數(shù)值模型，分析SCR脫硝系統(tǒng)入口 流動(dòng)和NOx分布的均勻性和偏差，并以此為邊界條件，模擬分析SCR脫硝系統(tǒng)流動(dòng)和ΝΗ 3/Ν0χ 分布的均勻性和偏差，結(jié)合脫硝出口 NOx和NH3濃度測(cè)量值，給出噴氨流量和位置的優(yōu)化方 案。專利(201310405144.0)提出了一種SCR脫硝系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化方法，該方法亦基于數(shù)值 模擬手段，通過測(cè)量脫硝系統(tǒng)入口真實(shí)邊界條件，優(yōu)化脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。專利 (201110043604.0)提出了一種基于試驗(yàn)測(cè)試的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整方法，通過測(cè) 量脫硝反應(yīng)器出口NOx和0 2的濃度分布，計(jì)算截面NOx分布的不均勻度，然后調(diào)整噴氨門，依 此反復(fù)計(jì)算、調(diào)整直至不均勻度達(dá)到15~30%。專利（201110209347,201310493039.7)提出 了一種脫硝系統(tǒng)中噴氨與煙氣流場(chǎng)匹配的噴氨裝置參數(shù)優(yōu)化方法，通過構(gòu)建氨氮相對(duì)濃度 偏差與噴氨裝置幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系，建立優(yōu)化模型，優(yōu)化計(jì)算最小濃度偏差時(shí)噴氨裝置 的幾何參數(shù)。專利（201310329161.0)提出了一種基于SCR脫硝系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的優(yōu)化 方法，通過測(cè)量N0反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率，建立SCR反應(yīng)的控制模型，通過數(shù)值模擬計(jì)算的方 法優(yōu)化脫硝系統(tǒng)的效率。專利(201310405144.0、201410720745.5、）均基于(FD數(shù)值模擬提 出一種SCR脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整方法。
[0016] 綜上可知，關(guān)于脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化方法有數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)量?jī)煞N方法，但均未考 慮鍋爐運(yùn)行變化導(dǎo)致的脫硝入口條件改變對(duì)脫硝性能的影響，僅僅針對(duì)脫硝系統(tǒng)靜態(tài)開展 優(yōu)化。關(guān)于燃燒、制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整均以機(jī)組經(jīng)濟(jì)性或安全性為優(yōu)化目標(biāo)，并不考慮脫硝 系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且優(yōu)化過程中三個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整是相互獨(dú)立的，難以很好解決空預(yù) 器堵塞和水冷壁高溫腐蝕的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017] 技術(shù)問題:本發(fā)明提供了一種燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同 優(yōu)化的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中由于鍋爐系統(tǒng)出口（省煤器出口）煙氣流場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)與 脫硝系統(tǒng)整流導(dǎo)流裝置和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不匹配，及脫硝系統(tǒng)噴氨量的分布與煙道內(nèi)流場(chǎng) 和組分濃度場(chǎng)分布不匹配導(dǎo)致的脫硝出口局部氨逃逸過高的問題，由于鍋爐系統(tǒng)NOx排放 控制與脫硝系統(tǒng)性能不匹配導(dǎo)致的鍋爐低氧運(yùn)行、燃盡風(fēng)量過大帶來的水冷壁高溫腐蝕問 題，以及鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不同步導(dǎo)致的噴氨過量問題。
[0018] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法，包括 以下步驟：
[0019] (1)對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，確保不同運(yùn)行工況下制粉系統(tǒng)的各磨煤機(jī)出口各 一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速偏差在5 %以內(nèi)，煤粉濃度偏差在10 %以內(nèi)；
[0020] (2)對(duì)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，使各支燃燒器煤粉著火距離相同，確保燃煤鍋爐不 同運(yùn)行工況下省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙道截面上02和NOx分布均勻；
[0021] (3)對(duì)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，使不同運(yùn)行工況下煙道內(nèi)噴氨量與煙氣量、NOx濃 度分布相匹配，脫硝系統(tǒng)出口NOx分布均勻，脫硝出口煙道截面氨逃逸濃度降低到3ppm以 下；
[0022] (4)對(duì)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合爐膛 水冷壁近壁區(qū)還原性氣氛分布特征和脫硝氨逃逸情況，確定不同負(fù)荷下燃煤鍋爐最佳運(yùn)行 氧量范圍和最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)燃盡風(fēng)噴口開度的最佳控制范圍；確定不同負(fù)荷脫硝系統(tǒng) 脫硝效率的最佳運(yùn)行范圍。
[0023] 進(jìn)一步的，所述燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法，包括 以下步驟：
[0024] (1)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)量制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)不同 運(yùn)行工況下出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速和煤粉濃度;調(diào)整一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混 合物的速度和煤粉濃度，確保不同運(yùn)行工況下制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)出口各一次風(fēng)粉管內(nèi) 風(fēng)粉混合物的流速偏差在5%以內(nèi)，煤粉濃度偏差在10%以內(nèi)；
[0025] (2)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:根據(jù)步驟(1)制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)不同運(yùn)行工況下 出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)的流速和煤粉濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，以不同運(yùn)行工況下 省煤器出口截面〇 2和NOx分布均勻?yàn)檎{(diào)整目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整燃燒系統(tǒng)各支燃燒器的二次風(fēng)配 風(fēng)量及配風(fēng)方式，具體為：
[0026] (2.1)將同層各支燃燒器內(nèi)二次風(fēng)擋板調(diào)整到相同位置，測(cè)量支各燃燒器出口軸 向方向上煙氣溫度分布，確定各支燃燒器煤粉著火距離；
[0027] (2.2)調(diào)整各支燃燒器外二次風(fēng)擋板角度，測(cè)量支各燃燒器出口軸向方向上煙氣 溫度分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同；
[0028] (2.3)測(cè)量省煤器出口 02和NOx濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，測(cè)量受熱面壁 面溫度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)噴口使〇 2和NOx濃度、 受熱面壁面溫度沿爐膛寬度方向上的分布均勻；調(diào)節(jié)原則是:燃盡風(fēng)量可調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)整該區(qū) 域?qū)?yīng)的燃盡風(fēng)風(fēng)量，燃盡風(fēng)量不可調(diào)節(jié)時(shí)，增大燃燒器的二次風(fēng)量，同時(shí)測(cè)量支各燃燒器 出口軸向方向上煙氣溫度分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同；
[0029] (2.4)重復(fù)步驟(2.1)-(2.3)，至燃煤鍋爐不同運(yùn)行工況下省煤器出口SCR脫硝系 統(tǒng)入口截面的〇2和NOx分布均勻；
[0030] (3)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:脫硝系統(tǒng)噴氨量分布的優(yōu)化調(diào)整，具體為：
[0031] (3.1)按網(wǎng)格法分別測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前煙道截面和催化劑層間的流速分 布、NOx和〇2濃度分布；
[0032] (3.2)若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上偏差在10%以上，則脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流板安裝不 合理，需進(jìn)行導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)及安裝位置的優(yōu)化;具體步驟為:建立SCR系統(tǒng)的三維模型，以試驗(yàn) 測(cè)得的脫硝系統(tǒng)入口流場(chǎng)作為數(shù)值模擬優(yōu)化的邊界條件，優(yōu)化導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)和位置，使催化 劑層深度方向上流場(chǎng)偏差小于10% ;
[0033] (3.3)若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上偏差小于10%，則依據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前 煙道截面和催化劑層間橫截面的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整各支噴氨管的噴氨量，使脫SCR脫硝系統(tǒng)出 口 NOx分布均勻，脫硝系統(tǒng)出口煙道橫截面氨逃逸濃度降低到3ppm以下；
[0034] (3.4)改變機(jī)組負(fù)荷、磨組方式及煙氣擋板等運(yùn)行條件，采用網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝 系統(tǒng)出口 NOx濃度分布的均勻性和NH3逃逸濃度，驗(yàn)證不同運(yùn)行工況下的調(diào)整效果；
[0035] (4)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整：
[0036] (4.1)測(cè)量爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣中C0、02和H2S的濃度，按網(wǎng)格法測(cè)量省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣中N0x、C0和02濃度分布，按網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)出口 NOx濃度分 布和NH3逃逸濃度；
[0037] (4.2)在某一負(fù)荷下，保證SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度值恒定，升高或降低運(yùn)行氧量 (即省煤器出口煙道〇2濃度平均值），使脫硝入口NOx濃度改變，建立運(yùn)行氧量與水冷壁近壁 區(qū)C0、02和H2S濃度間的函數(shù)關(guān)系，建立運(yùn)行氧量與SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度間函數(shù)關(guān)系，建 立SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度與脫硝效率及氨逃逸濃度之間的函數(shù)關(guān)系；
[0038] (4.3)改變運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)步驟(4.2)，建立不同負(fù)荷下運(yùn)行氧量一爐膛水冷壁近 壁區(qū)煙氣組分(〇 2、C(^ra2S)-脫硝入口NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨逃逸濃度之 間的函數(shù)關(guān)系;確定不同負(fù)荷下，燃煤鍋爐與SCR脫硝系統(tǒng)最佳運(yùn)行氧量范圍；
[0039] (4.4)在最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，改變?nèi)急M風(fēng)噴口的開度，建立燃盡風(fēng)噴口開度一爐 膛水冷壁近壁區(qū)煙氣組分(〇 2、⑶和H2S)-脫硝入口 NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨 逃逸濃度之間的關(guān)系；確定不同負(fù)荷最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，燃盡風(fēng)噴口開度的最佳控制范 圍。
[0040] 本發(fā)明還提供了一種燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化鍋爐，包括爐膛 水冷壁測(cè)點(diǎn)（15)、省煤器出口測(cè)點(diǎn)（16)、噴氨前測(cè)點(diǎn)（17)、噴氨后測(cè)點(diǎn)（18)、催化劑層間測(cè) 點(diǎn)（19 )、脫硝出口測(cè)點(diǎn)（20);所述爐膛水冷壁測(cè)點(diǎn)（15)設(shè)于燃煤鍋爐爐膛（1)水冷壁內(nèi)側(cè)， 所述省煤器出口測(cè)點(diǎn)（16)設(shè)于燃煤鍋爐省煤器(6)出口處，所述噴氨前測(cè)點(diǎn)（17)設(shè)于噴氨 格柵或噴氨管（12)入口處，所述噴氨后測(cè)點(diǎn)（18)設(shè)于噴氨格柵或噴氨管（12)出口處，所述 催化劑層間測(cè)點(diǎn)（19)設(shè)于SCR脫硝系統(tǒng)(9)的催化劑層（14)之間，所述脫硝出口測(cè)點(diǎn)（20)設(shè) 于SCR脫硝系統(tǒng)(9)出口處。
[0041] 作為改進(jìn)，包括爐膛（1)、高溫過熱器(2)、高溫再熱器(3)、低溫過熱器(4)、低溫再 熱器(5)、省煤器(6)、燃燒器(7)、燃盡風(fēng)噴口（8)、SCR脫硝系統(tǒng)(9)、空氣預(yù)熱器（10)、導(dǎo)流 板（11)、噴氨格柵或噴氨管（12)、整流格柵（13)、一組催化劑層（14);所述爐膛（1)、高溫過 熱器(2)、高溫再熱器(3)依次連接;所述低溫過熱器(4)、低溫再熱器(5)并聯(lián)設(shè)置且位于高 溫再熱器(3)出口；所述低溫過熱器(4)、低溫再熱器(5)后一次設(shè)有省煤器(6)和SCR脫硝系 統(tǒng)(9);所述燃燒器(7)、燃盡風(fēng)噴口（8)設(shè)于爐膛（1)內(nèi)；所述SCR脫硝系統(tǒng)(9)包括依次連接 的噴氨格柵或噴氨管（12)、整流格柵(13)、一組催化劑層（14);所述空氣預(yù)熱器(10)的熱風(fēng) 入口與SCR脫硝系統(tǒng)(9)出口連接，其二次風(fēng)入口與爐膛（1)的二次風(fēng)入口連接;所述導(dǎo)流板 (11)設(shè)于噴氨格柵或噴氨管（12)、整流格柵(13)之間。
[0042]有益效果:本發(fā)明提供的三系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法是將鍋爐系統(tǒng)(包含制粉和燃燒系 統(tǒng))與脫硝系統(tǒng)看作一個(gè)大系統(tǒng)，從大系統(tǒng)的角度解耦三個(gè)系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)和影響，優(yōu) 化得到大系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行方式。
[0043]具體而言，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢(shì)：
[0044] (1)現(xiàn)有技術(shù)提出的優(yōu)化方法主要針對(duì)單一系統(tǒng)而言，并未考慮系統(tǒng)間的耦合影 響。然而，本發(fā)明提出的協(xié)同優(yōu)化方法是將鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)看作一個(gè)大系統(tǒng)，從大系統(tǒng) 的角度解耦鍋爐與脫硝系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)和影響。鍋爐燃燒與制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，不僅是 提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，而且要為脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造良好的入口 邊界條件。脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，不僅僅是改善脫硝系統(tǒng)性能、提高脫硝效率，而是要綜合 考慮不同運(yùn)行工況下爐膛高溫腐蝕的情況及脫硝入口的邊界條件，確定鍋爐與脫硝系統(tǒng)安 全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式。
[0045] (2)現(xiàn)有技術(shù)提出的脫硝優(yōu)化方法并不能解決因鍋爐運(yùn)行工況變化導(dǎo)致的噴氨不 合理、脫硝出口 NOx分布不均、局部氨逃逸過量的問題。然而，本發(fā)明提出的協(xié)同優(yōu)化方法， 首先通過對(duì)燃燒與制粉系統(tǒng)綜合調(diào)整，在提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，改善脫硝入口邊界 條件，使不同運(yùn)行條件下脫硝入口邊界條件相似，從而解決不同運(yùn)行工況下脫硝系統(tǒng)入口 邊界條件多邊的問題。在燃燒、制粉系統(tǒng)調(diào)整的基礎(chǔ)上，對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行噴氨門、控制邏輯 等優(yōu)化調(diào)整，使煙道內(nèi)噴氨量分布與煙速和NOx濃度分布更匹配，改善脫硝出口 NOx分布的 均勻性，防止局部氨逃逸過量。
[0046] (3)本發(fā)明燃燒與制粉系統(tǒng)優(yōu)化，是以改善脫硝入口邊界條件作為優(yōu)化目標(biāo)，兼顧 考慮機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。本發(fā)明中的燃燒與制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整， 不僅能提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，而且可為脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造良好 的入口邊界條件，確保不同運(yùn)行條件下脫硝入口煙氣濃度分布相對(duì)均勻，煙氣流速分布相 似；同時(shí)，保證了脫硝入口NOx排放濃度合理(NOx濃度過高導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)壓力過大，氨逃逸 嚴(yán)重;NOx濃度控制過低導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行氧量較低，爐膛出現(xiàn)高溫腐蝕）、脫硝系統(tǒng)性能最佳 (即氨逃逸低、噴氨量少）。
[0047] (4)本發(fā)明脫硝系統(tǒng)優(yōu)化是在燃燒與制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)上展開的，是以改 善脫硝出口NOx分布的均勻性和降低局部氨逃逸為目標(biāo)，同時(shí)兼顧考慮鍋爐運(yùn)行的安全性。 本發(fā)明中的脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，不僅僅是改善脫硝系統(tǒng)性能，提高脫硝效率，使煙道內(nèi)噴 氨量分布與煙速和NOx濃度分布更匹配，改善脫硝出口 NOx分布的均勻性，防止局部氨逃逸 過量，而是要綜合考慮不同運(yùn)行工況下爐膛高溫腐蝕的情況及脫硝入口的邊界條件，確定 鍋爐與脫硝系統(tǒng)最佳協(xié)同安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式。
[0048] (5)本發(fā)明通過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)出口煙氣流場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)與脫硝系統(tǒng)整流裝 置和混合裝置設(shè)計(jì)的匹配，鍋爐系統(tǒng)NOx排放濃度與脫硝性能的匹配，煙氣流速分布、NOx濃 度分布與噴氨量分布的匹配，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)變化與噴氨量控制的匹配，使各系統(tǒng)達(dá)到最佳 運(yùn)行狀態(tài)。
【附圖說明】
[0049]圖1是燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化鍋爐的測(cè)點(diǎn)布置示意圖；
[0050]圖2是燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法的流程圖；
[0051 ]圖3是燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整流程圖；
[0052]圖4是脫硝噴氨量分布優(yōu)化調(diào)整的流程圖；
[0053]圖5是鍋爐系統(tǒng)NOx排放控制與脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化控制流程圖一；
[0054]圖6是鍋爐系統(tǒng)NOx排放控制與脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化控制流程圖二；
[0055]圖7a、7b、7c為調(diào)整前各臺(tái)磨煤機(jī)各粉管粉量沿爐膛寬度方向上的分布圖；
[0056]圖8a、8b為調(diào)整前省煤器出口煙道橫截面上02濃度（圖8a)和NOx濃度（圖8b)場(chǎng)分 布圖；
[0057]圖9a、9b為優(yōu)化調(diào)整前脫硝系統(tǒng)出口煙道橫截面NOx濃度（圖9a)和NH3濃度（圖9b) 分布圖；
[0058]圖10a、10b為優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)出口煙道橫截面NOx濃度（圖10a)和NH3濃度（圖 10b)分布圖；
[0059] 圖11 a、11 b為調(diào)整前爐膛水冷壁近壁區(qū)02濃度（圖11 a)和H2 S濃度（圖11 b)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及創(chuàng)新點(diǎn)更加清晰說明，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)闡述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施范例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限制本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此 之間未構(gòu)成沖突就可以互相組合。
[0061] 燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法，見圖2,該方法將鍋爐系統(tǒng)與脫 硝系統(tǒng)看作一個(gè)大系統(tǒng)，從大系統(tǒng)的角度解耦鍋爐與脫硝系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)和影響。
[0062] 鍋爐燃燒與制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，不僅是提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，而且要 為脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造良好的入口邊界條件。
[0063] 脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，不僅僅是改善脫硝系統(tǒng)性能、提高脫硝效率，而是要綜合考 慮不同運(yùn)行工況下爐膛高溫腐蝕的情況及脫硝入口的邊界條件，確定鍋爐與脫硝系統(tǒng)安全 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式。
[0064]具體包括以下步驟：
[0065] (1)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，具體涉及到熱態(tài)一次風(fēng)管煤粉混合物速度調(diào)整和磨 煤濃度調(diào)平:在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)量燃煤鍋爐的各制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)不同運(yùn)行工況 下出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速和煤粉濃度;根據(jù)所述各制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī) 一次風(fēng)粉管內(nèi)的風(fēng)粉混合物流速和煤粉濃度，結(jié)合機(jī)組燃用煤質(zhì)的揮發(fā)份含量，調(diào)整一次 風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的速度和煤粉濃度，確保各制粉系統(tǒng)不同運(yùn)行工況下出口各一次風(fēng)粉 管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速偏差在5%以內(nèi)，煤粉濃度偏差在10%以內(nèi)；
[0066] 該步驟中風(fēng)粉混合物速度和濃度測(cè)量方法可采用本領(lǐng)域中常用的方法，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 參見《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)》(DL/T467-2004);
[0067] (2)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，見圖3,具體涉及各層燃燒器二次風(fēng)風(fēng)量分配及配風(fēng) 方式的優(yōu)化調(diào)整:根據(jù)步驟（1)不同運(yùn)行工況下各制粉系統(tǒng)的各磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉管內(nèi) 的流速和煤粉濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，以不同運(yùn)行工況下省煤器出口（脫硝入 口）截面0 2和NOx分布均勻?yàn)檎{(diào)整目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整燃燒系統(tǒng)各支燃燒器的二次風(fēng)配風(fēng)量及配 風(fēng)方式，具體為：
[0068] (2.1)將同層各支燃燒器內(nèi)二次風(fēng)擋板調(diào)整到相同位置，測(cè)量支各燃燒器出口軸 向方向上煙氣溫度分布，確定各支燃燒器煤粉著火距離；
[0069] (2.2)調(diào)整各支燃燒器外二次風(fēng)擋板角度，測(cè)量支各燃燒器出口軸向方向上煙氣 溫度分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同；
[0070] (2.3)測(cè)量省煤器出口 02和NOx濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，測(cè)量受熱面壁 面溫度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)噴口使〇 2和NOx濃度、 受熱面壁面溫度沿爐膛寬度方向上的分布均勻；調(diào)節(jié)原則是:燃盡風(fēng)量可調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)整該區(qū) 域?qū)?yīng)的燃盡風(fēng)風(fēng)量，燃盡風(fēng)量不可調(diào)節(jié)時(shí)，增大燃燒器的二次風(fēng)量，同時(shí)測(cè)量支各燃燒器 出口軸向方向上煙氣溫度分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同；
[0071] (2.4)重復(fù)步驟(2.1)-(2.3)，至燃煤鍋爐不同運(yùn)行工況下省煤器出口SCR脫硝系 統(tǒng)入口截面的〇2和NOx分布均勻；
[0072] 完成步驟（1)和步驟(2)后，可保證鍋爐在不同運(yùn)行方式下脫硝系統(tǒng)入口煙氣組分 濃度場(chǎng)分布相對(duì)均勾，煙氣流場(chǎng)分布相似；
[0073] (3)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，見圖4:脫硝系統(tǒng)噴氨量分布的優(yōu)化調(diào)整，具體為：
[0074] (3.1)按網(wǎng)格法分別測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前煙道截面和催化劑層間的流速分 布、NOx和〇2濃度分布；
[0075] (3.2)若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上存在較大偏差，由此可以斷定脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流 板安裝不合理，需進(jìn)行導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)及安裝位置的優(yōu)化;具體步驟為:建立SCR系統(tǒng)的三維模 型，以試驗(yàn)測(cè)得的脫硝系統(tǒng)入口流場(chǎng)作為數(shù)值模擬優(yōu)化的邊界條件，優(yōu)化導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)和位 置，使催化劑層深度方向上流場(chǎng)偏差小于10% ;
[0076] (3.3)若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上偏差小于10%，則依據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前 煙道截面和催化劑層間橫截面的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整各支噴氨管的噴氨量，使脫SCR脫硝系統(tǒng)出 口 NOx分布均勾，截面最高氨逃逸濃度不高于3ppm;
[0077] 調(diào)整各噴氨管噴氨量涉及的煙氣流量、NOx濃度，關(guān)系式為：
[0078] dniNH3-(dpN0x,in-PN0x,out) X dQgas X β
[0079] dmNH3-煙道橫截面微元的噴氨量，kg/h;
[0080] dpN〇x,in 一脫硝進(jìn)口煙道截面微元內(nèi)NOx濃度，mo 1 /m3 [0081 ] ρΝ〇χ,_-脫硝出口口 NOx 濃度，mol/m3
[0082] dQgas-脫硝進(jìn)口煙道截面微元內(nèi)的煙氣量，kg/h
[0083] β-ΝΗ3 與 NOx 濃度比。
[0084] (3.4)改變機(jī)組負(fù)荷、磨組方式及煙氣擋板等運(yùn)行條件，采用網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝 系統(tǒng)出口 NOx濃度分布的均勻性和NH3逃逸濃度，驗(yàn)證不同運(yùn)行工況下調(diào)整效果
[0085] (4)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整，見圖5和6:
[0086] (4.1)測(cè)量爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣中C0、02和H2S的濃度，按網(wǎng)格法測(cè)量省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣中N0x、C0和02濃度分布，按網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)出口 NOx濃度分 布和NH3逃逸濃度；
[0087] (4.2)在某一負(fù)荷下，保證SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度值恒定，升高或降低運(yùn)行氧量 (即省煤器出口煙道〇2濃度平均值），使脫硝入口NOx濃度改變，建立運(yùn)行氧量與水冷壁近壁 區(qū)C0、02和H2S濃度間的函數(shù)關(guān)系，建立運(yùn)行氧量與SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度間函數(shù)關(guān)系，建 立SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度與脫硝效率及氨逃逸濃度之間的函數(shù)關(guān)系；
[0088] (4.3)改變運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)步驟(4.2)，建立不同負(fù)荷下運(yùn)行氧量一爐膛水冷壁近 壁區(qū)煙氣組分(〇 2、C(^ra2S)-脫硝入口NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨逃逸濃度之 間的函數(shù)關(guān)系;確定不同負(fù)荷下，燃煤鍋爐與SCR脫硝系統(tǒng)最佳運(yùn)行氧量范圍；
[0089] (4.4)在最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，改變?nèi)急M風(fēng)噴口的開度，建立燃盡風(fēng)噴口開度一爐 膛水冷壁近壁區(qū)煙氣組分(〇 2、⑶和H2S)-脫硝入口 NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨 逃逸濃度之間的關(guān)系；確定不同負(fù)荷最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，燃盡風(fēng)噴口開度的最佳控制范 圍。
[0090] 現(xiàn)以一臺(tái)600MW等級(jí)對(duì)沖燃燒鍋爐為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0091] 對(duì)沖燃燒鍋爐，見圖1，包括爐膛1、高溫過熱器2、高溫再熱器3、低溫過熱器4、低溫 再熱器5、省煤器6、燃燒器7、燃盡風(fēng)噴口 8、SCR脫硝系統(tǒng)9、空氣預(yù)熱器10、導(dǎo)流板11、噴氨格 柵或噴氨管12、整流格柵13、一組催化劑層14;爐膛1、高溫過熱器2、高溫再熱器3依次連接； 低溫過熱器4、低溫再熱器5并聯(lián)設(shè)置且位于高溫再熱器3出口；低溫過熱器4、低溫再熱器5 后一次設(shè)有省煤器6和SCR脫硝系統(tǒng)9;燃燒器7、燃盡風(fēng)噴口 8設(shè)于爐膛1內(nèi)；SCR脫硝系統(tǒng)9包 括依次連接的噴氨格柵或噴氨管12、整流格柵13、一組催化劑層14;空氣預(yù)熱器10的熱風(fēng)入 口與SCR脫硝系統(tǒng)9出口連接，其二次風(fēng)入口與爐膛1的二次風(fēng)入口連接;導(dǎo)流板11設(shè)于噴氨 格柵或噴氨管12、整流格柵13之間。
[0092] 優(yōu)化過程中需要的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，包括爐膛水冷壁測(cè)點(diǎn)15、省煤器出口測(cè)點(diǎn)16、噴氨前 測(cè)點(diǎn)17、噴氨后測(cè)點(diǎn)18、催化劑層間測(cè)點(diǎn)19、脫硝出口測(cè)點(diǎn)20;爐膛水冷壁測(cè)點(diǎn)15設(shè)于燃煤 鍋爐爐膛1水冷壁內(nèi)側(cè)，省煤器出口測(cè)點(diǎn)16設(shè)于燃煤鍋爐省煤器6出口處，噴氨前測(cè)點(diǎn)17設(shè) 于噴氨格柵或噴氨管12入口處，噴氨后測(cè)點(diǎn)18設(shè)于噴氨格柵或噴氨管12出口處，催化劑層 間測(cè)點(diǎn)19設(shè)于SCR脫硝系統(tǒng)9的催化劑層14之間，脫硝出口測(cè)點(diǎn)20設(shè)于SCR脫硝系統(tǒng)9出口 處。
[0093] 步驟1:在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，逐一測(cè)量每臺(tái)磨煤機(jī)不同運(yùn)行工況下出口各一次風(fēng)粉 管內(nèi)風(fēng)粉混合物的速度和煤粉濃度，測(cè)量結(jié)果見圖7a、7b和7c所示。根據(jù)圖7a、7b和7c中每 臺(tái)磨煤機(jī)各一次風(fēng)粉管內(nèi)的風(fēng)粉混合物速度及煤粉濃度，結(jié)合機(jī)組燃用煤質(zhì)的揮發(fā)份含 量，調(diào)整一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的速度和煤粉濃度，確保在不同運(yùn)行工況下每臺(tái)磨煤機(jī) 出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速偏差不大于± 5%，煤粉濃度偏差不大于± 10%。
[0094] 調(diào)整方法:首先，通過調(diào)整可調(diào)縮孔將每臺(tái)磨煤機(jī)出口各根粉管內(nèi)的風(fēng)速調(diào)整均 勻，然后，調(diào)整煤粉均流裝置，調(diào)整各粉管內(nèi)粉量，粉量調(diào)整后，再測(cè)量驗(yàn)證各粉管內(nèi)風(fēng)粉混 合物的流速是否還均勻，否則做出微調(diào)。
[0095] 步驟2:根據(jù)步驟1獲得的各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的速度及煤粉濃度沿著爐膛 寬度方向上的分布規(guī)律，以獲得不同運(yùn)行方式下省煤器出口（脫硝入口）截面〇 2和NOx分布 均勻?yàn)槟繕?biāo)，進(jìn)行各支燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)量及配風(fēng)方式的優(yōu)化調(diào)整。
[0096] 將同層各支燃燒器內(nèi)二次風(fēng)擋板(或拉桿）調(diào)整到相同位置(300cm)，測(cè)量各支燃 燒器軸向方向上煙氣溫度分布，確定各支燃燒器煤粉著火距離。
[0097]調(diào)整各支燃燒器外二次風(fēng)葉片角度，經(jīng)反復(fù)測(cè)量調(diào)整將各支燃燒器煤粉著火距離 調(diào)整到相同位置。
[0098]測(cè)量省煤器出口 02和NOx濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，見圖8a、8b所示，分 析受熱面壁面溫度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，調(diào)整〇2和NOx濃度低的區(qū)域?qū)?yīng)爐膛前 后燃盡風(fēng)噴口，調(diào)整的原則是增大該區(qū)域燃盡風(fēng)的風(fēng)量，但要保證不升高爐膛出口NOx和C0 濃度，當(dāng)燃盡風(fēng)噴口調(diào)整無效或沒有調(diào)整余地時(shí)，微調(diào)該區(qū)域?qū)?yīng)前后墻各支燃燒器，同時(shí) 測(cè)量各支燃燒器出口軸向溫度，保證對(duì)著火距離影響影響較弱。
[0099] 將上述方式反復(fù)調(diào)整測(cè)量，直至鍋爐省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口截面的02和NOx 分布均勻性滿足預(yù)定要求。
[0100] 改變磨組方式、機(jī)組負(fù)荷等運(yùn)行方式，重復(fù)上述過程，直至鍋爐在不同運(yùn)行方式下 省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口截面02和NOx濃度分布均勻性滿足預(yù)定要求。
[0101] 經(jīng)步驟1和步驟2調(diào)整后，不同運(yùn)行工況下脫硝系統(tǒng)入口煙氣組分濃度分布相對(duì)均 勾，煙氣流場(chǎng)分布相似；
[0102] 步驟3:脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整：
[0103] 按網(wǎng)格法分別測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前、后煙道截面和催化劑層間某一深度上 煙氣流速的分布；
[0104] 判斷煙氣流場(chǎng)在催化劑層深度方向和寬度方向的分布，若催化劑層深度方向上流 場(chǎng)存在較大偏差，由此可以診斷脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流板安裝不合理，須進(jìn)行導(dǎo)流板安裝位置及角 度的優(yōu)化。本實(shí)例中催化劑層間深度方向上流場(chǎng)不存在偏差。
[0105] 催化劑層間流場(chǎng)在深度方向上偏差不大，則在SCR系統(tǒng)出口煙道橫截面上按照網(wǎng) 格法測(cè)量NOx和NH3濃度場(chǎng)分布，見圖9a和圖％。依據(jù)SCR系統(tǒng)噴氨管前和出口兩個(gè)截面上測(cè) 量結(jié)果，調(diào)整各支噴氨管的噴氨量，使脫SCR系統(tǒng)出口 NOx分布均勻，截面任何區(qū)域氨逃逸濃 度降低到3ppm以下；調(diào)整后SCR系統(tǒng)出口 NOx和NH3濃度場(chǎng)分布，見10a和10b。
[0106] 改變機(jī)組負(fù)荷、磨組方式及煙氣擋板等運(yùn)行條件，采用網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)出 口 NOx濃度分布的均勻性和NH3逃逸濃度，驗(yàn)證不同運(yùn)行工況下調(diào)整效果。
[0107] 步驟4:燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整：
[0108] 測(cè)量爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣中C0、02和H2S的濃度，見圖1 la和圖1 lb，按網(wǎng)格法測(cè)量 省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣中NOx、C0和02濃度分布，按網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)出口 NOx濃度分布和NH3逃逸濃度；
[0109] 依據(jù)水冷壁近壁區(qū)煙氣組分測(cè)量結(jié)果，判斷水冷壁是否存在發(fā)生高溫腐蝕的風(fēng) 險(xiǎn)，若存在高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，則運(yùn)行氧量無法繼續(xù)降低，此時(shí)的運(yùn)行氧量應(yīng)為最佳運(yùn)行氧量 區(qū)間的下限。同時(shí)判斷脫硝出口氨逃逸是否過量，若按逃逸過量表明脫硝入口NOx超過脫硝 系統(tǒng)的脫硝能力，此時(shí)的運(yùn)行氧量應(yīng)為最佳運(yùn)行氧量區(qū)間的上限。
[0110] 若鍋爐不存在高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)且脫硝出口氨逃逸亦不超標(biāo)，則維持負(fù)荷恒定，升 高或降低運(yùn)行氧量(省煤器出口煙道〇2濃度平均值），改變脫硝入口NOx濃度，調(diào)整脫硝系統(tǒng) 噴氨量，維持煙囪處NOx恒定，測(cè)量水冷壁近壁區(qū)C0、0 2和H2S，測(cè)量鍋爐效率和爐膛出口 NOx 濃度，測(cè)量脫硝出口 N0x、NH3及脫硝效率。
[0111] 如此反復(fù)測(cè)量調(diào)整，建立運(yùn)行氧量與水冷壁近壁區(qū)⑶、〇2和H2S濃度間的函數(shù)關(guān) 系，建立運(yùn)行氧量與SCR系統(tǒng)入口 NOx濃度間函數(shù)關(guān)系，建立SCR系統(tǒng)入口 NOx濃度與脫硝效 率及氨逃逸濃度之間的函數(shù)關(guān)系。
[0112] 改變運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)上述過程，建立不同負(fù)荷下運(yùn)行氧量一爐膛水冷壁近壁區(qū)煙 氣組分(〇 2、C(^ra2S)-脫硝入口NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨逃逸濃度之間的關(guān) 系，并確定不同負(fù)荷下，鍋爐與脫硝系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、安全的最佳運(yùn)行氧量范圍。
[0113]在最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，改變?nèi)急M風(fēng)的開度，參照?qǐng)D5流程圖，建立燃盡風(fēng)開度一 爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣組分(〇2、o^ra2s)-脫硝入口 nox濃度一脫硝效率一脫硝出口最高 氨逃逸濃度之間的關(guān)系，確定不同負(fù)荷最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，燃盡風(fēng)開度的最佳控制范圍。 [0114] 經(jīng)上述方法協(xié)同優(yōu)化后，機(jī)組運(yùn)行性能提升見表1。
[0115] 表1
[0116]
[0117]以上所述僅為本發(fā)明的較佳的實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡本發(fā)明原則 在內(nèi)所做的任何修改、等同替換或改造等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，確保不同運(yùn)行工況下制粉系統(tǒng)的各磨煤機(jī)出口各一次 風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速偏差在5%以內(nèi)，煤粉濃度偏差在10%以內(nèi)； (2) 對(duì)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，使各支燃燒器煤粉著火距離相同，確保燃煤鍋爐不同運(yùn) 行工況下省煤器出口 SCR脫硝系統(tǒng)入口煙道截面上O2和NOx分布均勻； (3) 對(duì)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，使不同運(yùn)行工況下煙道內(nèi)噴氨量與煙氣量、NOx濃度分 布相匹配，脫硝系統(tǒng)出口 NOx分布均勻，脫硝出口煙道截面氨逃逸濃度降低到3ppm以下； (4) 對(duì)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合爐膛水冷 壁近壁區(qū)還原性氣氛分布特征和脫硝氨逃逸情況，確定不同負(fù)荷下燃煤鍋爐最佳運(yùn)行氧量 范圍和最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)燃盡風(fēng)噴口開度的最佳控制范圍；確定不同負(fù)荷脫硝系統(tǒng)脫硝 效率的最佳運(yùn)行范圍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化方法， 其特征在于:包括以下步驟： (1) 制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，測(cè)量制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)不同運(yùn)行 工況下出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物的流速和煤粉濃度;調(diào)整一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物 的速度和煤粉濃度，確保不同運(yùn)行工況下制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)出口各一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)粉 混合物的流速偏差在5%以內(nèi)，煤粉濃度偏差在10%以內(nèi)； (2) 燃燒系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:根據(jù)步驟（1)制粉系統(tǒng)的各臺(tái)磨煤機(jī)不同運(yùn)行工況下出口 各一次風(fēng)粉管內(nèi)的流速和煤粉濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，以不同運(yùn)行工況下省煤 器出口截面O 2和NOx分布均勻?yàn)檎{(diào)整目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整燃燒系統(tǒng)各支燃燒器的二次風(fēng)配風(fēng)量 及配風(fēng)方式，具體為： (2.1) 將同層各支燃燒器內(nèi)二次風(fēng)擋板調(diào)整到相同位置，測(cè)量支各燃燒器出口軸向方 向上煙氣溫度分布，確定各支燃燒器煤粉著火距離； (2.2) 調(diào)整各支燃燒器外二次風(fēng)擋板角度，測(cè)量支各燃燒器出口軸向方向上煙氣溫度 分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同； (2.3) 測(cè)量省煤器出口 O2和NOx濃度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，測(cè)量受熱面壁面溫 度沿爐膛寬度方向上的分布規(guī)律，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)噴口使〇2和NOx濃度、受熱 面壁面溫度沿爐膛寬度方向上的分布均勻；調(diào)節(jié)原則是:燃盡風(fēng)量可調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)整該區(qū)域?qū)?應(yīng)的燃盡風(fēng)風(fēng)量，燃盡風(fēng)量不可調(diào)節(jié)時(shí)，增大燃燒器的二次風(fēng)量，同時(shí)測(cè)量支各燃燒器出口 軸向方向上煙氣溫度分布，并調(diào)整使各支燃燒器煤粉著火距離相同； (2.4) 重復(fù)步驟(2.1)-(2.3)，至燃煤鍋爐不同運(yùn)行工況下省煤器出口SCR脫硝系統(tǒng)入 口截面的〇2和NOx分布均勻； (3) 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整:脫硝系統(tǒng)噴氨量分布的優(yōu)化調(diào)整，具體為： (3.1) 按網(wǎng)格法分別測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前煙道截面和催化劑層間的流速分布、 NOx和O2濃度分布； (3.2) 若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上偏差在10%以上，則脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流板安裝不合理， 需進(jìn)行導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)及安裝位置的優(yōu)化;具體步驟為:建立SCR系統(tǒng)的三維模型，以試驗(yàn)測(cè)得 的脫硝系統(tǒng)入口流場(chǎng)作為數(shù)值模擬優(yōu)化的邊界條件，優(yōu)化導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)和位置，使催化劑層 深度方向上流場(chǎng)偏差小于10% ; (3.3) 若催化劑層流場(chǎng)在深度方向上偏差小于10%，則依據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)噴氨管前煙道 截面和催化劑層間橫截面的測(cè)量結(jié)果，調(diào)整各支噴氨管的噴氨量，使脫SCR脫硝系統(tǒng)出口 NOx分布均勻，脫硝系統(tǒng)出口煙道橫截面氨逃逸濃度降低到3ppm以下； (3.4) 改變機(jī)組負(fù)荷、磨組方式及煙氣擋板等運(yùn)行條件，采用網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng) 出口 NOx濃度分布的均勻性和NH3逃逸濃度，驗(yàn)證不同運(yùn)行工況下的調(diào)整效果； (4)燃煤鍋爐NOx排放控制與SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制耦合優(yōu)化調(diào)整： (4.1) 測(cè)量爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣中⑶、O2和H2S的濃度，按網(wǎng)格法測(cè)量省煤器出口 SCR 脫硝系統(tǒng)入口煙氣中NOx、CO和O2濃度分布，按網(wǎng)格法測(cè)量SCR脫硝系統(tǒng)出口 NOx濃度分布和 NH3逃逸濃度； (4.2) 在某一負(fù)荷下，保證SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度值恒定，升高或降低運(yùn)行氧量（即 省煤器出口煙道O2濃度平均值），使脫硝入口 NOx濃度改變，建立運(yùn)行氧量與水冷壁近壁區(qū) C0、02和H2S濃度間的函數(shù)關(guān)系，建立運(yùn)行氧量與SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度間函數(shù)關(guān)系，建立 SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度與脫硝效率及氨逃逸濃度之間的函數(shù)關(guān)系； (4.3) 改變運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)步驟(4.2)，建立不同負(fù)荷下運(yùn)行氧量一爐膛水冷壁近壁區(qū) 煙氣組分(〇2 X(^PH2S)-脫硝入口 NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨逃逸濃度之間的 函數(shù)關(guān)系;確定不同負(fù)荷下，燃煤鍋爐與SCR脫硝系統(tǒng)最佳運(yùn)行氧量范圍； (4.4) 在最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，改變?nèi)急M風(fēng)噴口的開度，建立燃盡風(fēng)噴口開度一爐膛水 冷壁近壁區(qū)煙氣組分(〇2X(^PH 2S)-脫硝入口NOx濃度一脫硝效率一脫硝出口最高氨逃逸 濃度之間的關(guān)系;確定不同負(fù)荷最佳運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，燃盡風(fēng)噴口開度的最佳控制范圍。3. 燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化鍋爐，其特征在于:包括爐膛水冷壁測(cè) 點(diǎn)（15)、省煤器出□測(cè)點(diǎn)（16)、噴氨前測(cè)點(diǎn)（17)、噴氨后測(cè)點(diǎn)（18)、催化劑層間測(cè)點(diǎn)（19)、脫 硝出口測(cè)點(diǎn)（20);所述爐膛水冷壁測(cè)點(diǎn)（15)設(shè)于燃煤鍋爐爐膛（1)水冷壁內(nèi)側(cè)，所述省煤器 出口測(cè)點(diǎn)（16)設(shè)于燃煤鍋爐省煤器(6)出口處，所述噴氨前測(cè)點(diǎn)（17)設(shè)于噴氨格柵或噴氨 管（12)入口處，所述噴氨后測(cè)點(diǎn)（18)設(shè)于噴氨格柵或噴氨管（12)出口處，所述催化劑層間 測(cè)點(diǎn)（19)設(shè)于SCR脫硝系統(tǒng)(9)的催化劑層（14)之間，所述脫硝出口測(cè)點(diǎn)（20)設(shè)于SCR脫硝 系統(tǒng)(9)出口處。4. 燃煤電站鍋爐系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同優(yōu)化鍋爐，其特征在于:包括爐膛（1)、高溫 過熱器(2)、高溫再熱器(3)、低溫過熱器(4)、低溫再熱器(5)、省煤器(6)、燃燒器(7)、燃盡 風(fēng)噴口（8)、SCR脫硝系統(tǒng)(9)、空氣預(yù)熱器（10)、導(dǎo)流板（11)、噴氨格柵或噴氨管（12)、整流 格柵（13)、一組催化劑層（14);所述爐膛（1)、高溫過熱器(2)、高溫再熱器(3)依次連接;所 述低溫過熱器(4)、低溫再熱器（5)并聯(lián)設(shè)置且位于高溫再熱器（3)出口；所述低溫過熱器 (4)、低溫再熱器(5)后一次設(shè)有省煤器(6)和SCR脫硝系統(tǒng)(9);所述燃燒器(7)、燃盡風(fēng)噴口 (8)設(shè)于爐膛（1)內(nèi)；所述SCR脫硝系統(tǒng)(9)包括依次連接的噴氨格柵或噴氨管（12)、整流格 柵（13)、一組催化劑層（14);所述空氣預(yù)熱器（10)的熱風(fēng)入口與SCR脫硝系統(tǒng)(9)出口連接， 其二次風(fēng)入口與爐膛（1)的二次風(fēng)入口連接;所述導(dǎo)流板(11)設(shè)于噴氨格柵或噴氨管（12)、 整流格柵(13)之間。
【文檔編號(hào)】F23N5/02GK105953259SQ201610343489
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳國慶, 黃啟龍, 蔡培, 劉建民
【申請(qǐng)人】南京電力設(shè)備質(zhì)量性能檢驗(yàn)中心