燃煤锅炉

国内外燃煤电厂普遍采用选择性催化还原(SCR)技术进行烟气中氮氧化物(NOx)的减排。SCR技术的核心是脱硝催化剂，可在还原剂的作用下，将燃煤锅炉烟气中的氮氧化物(NOx)还原为无害的N2和H2O。大唐南京环保的脱硝催化剂制造技术，是通过辊轮将催化剂膏料涂覆在不锈钢钢网上，经干燥、剪切、组装、煅烧后制得脱硝催化剂。催化剂具备优良的脱硝活性，以及优异的抗飞灰堵塞、抗磨损和抗中毒性能，特别适用于我国燃煤锅炉煤种不稳定、燃煤烟气气氛复杂等情况。针对使用后失活的脱硝催化剂，大唐南京环保采用再生技术，通过“物理清灰-湿法清洗-选择性浸渍-干燥-煅烧”工序，将失活脱硝催化剂恢复到新鲜催化剂活性的95-105%。

3月29日，天津市人民政府印发关于《天津市加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系实施方案》（以下简称《方案》）的通知。方案中提出推动能源体系绿色低碳转型。完善能源消费总量和强度双控制度，持续推进节能、提高能效。坚持集中式和分布式并重，大力发展风能、太阳能，扩大非化石能源电力装机规模。推动储能技术应用，提升电网消纳、调峰能力。推动煤炭集约高效利用，进一步淘汰分散燃煤锅炉。

受SCR脱硝技术最高效率制约，低氮燃烧技术在煤电机组NOx超低或近零排放控制中需发挥更大作用，或需提升技术性能。然而，低氨燃烧所需贫氧还原性条件与防高温腐蚀和结渣所需富氧氧化性条件相矛盾，因此，低氨改造后高温腐蚀、结渣等问题普遍存在，严重影响机组安全稳定运行，也制约了炉内进一步深度降氨实施。对冲燃烧锅炉由于燃烧组织方式特殊，采用低氮燃烧方式后上述问题更为突出。统筹协调燃煤锅炉运行环保性与安全性之间矛盾，防范化解低氨燃烧给锅炉带来的潜在安全隐患，是煤电机组安全稳定实现超低和近零排放的重要前提和安全保障。 项目研究成果在7家电厂得到应用，其中福州电厂600MW超临界机组工程示范应用结果表明：侧墙贴壁氧量可提高到1.5%以上，HS和CO浓度可降低60~90%，NOx浓度可降低40~80mg/m²，技改后机组至今运行二年多，锅炉水冷壁未出现明显高温腐蚀现象。黄其励、岳光溪和段宁三位院士领衔的鉴定委员会认为：该研究成果可显著提高超低排放下对冲燃烧锅炉运行的安全性，具有良好的推广应用价值，成果总体居该领域国际领先水平。

燃煤锅炉深度调峰对以新能源为主的未来电力系统的稳定性至关重要，而目前1 000 MW等级超超临界燃煤锅炉深度调峰性能与工程应用较为缺乏。为提高1 000 MW等级燃煤锅炉深度调峰能力，选择某电厂1 000 MW燃煤机组开展宽负荷高效研究。 方法 在机组深度调峰负荷为340 MW下，进行了低负荷稳燃实验、脱硝侧入口烟气测试，对锅炉主要运行参数、炉膛温度分布、锅炉侧燃烧调整试验进行了分析，并在此基础上开展了燃烧优化调整实验。 结果 1 000 MW等级机组具备34%额定功率的深度调峰能力；选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)脱硝入口烟温基本在320~350 ℃，满足高于300 ℃的烟温要求；锅炉优化调整后，修正后的锅炉热效率为94.09%(提高0.94%)，供电煤耗降低3.27 g/(kW⋅h)；SCR脱硝入口NO x 质量浓度基本在180~260 mg/m3(降低约30 mg/m3)，满足低于300 mg/m3的要求。 结论 研究成果有助于提高1 000 MW等级燃煤火电机组低负荷运行的安全性、经济性、环保性。

煤电机组实现超低排放后，Hg和SO等非常规污染物成为燃煤电厂下一步烟气污染物治理工作的重点。烟气Hg和SO，污染对环境危害大，严重威胁人体健康，而且超低排放后SO浓度升高，给煤电机组带来空预器堵塞、设备腐蚀、有色烟羽等一系列问题。北京市地方标准要求燃煤锅炉承排放浓度限值为0.5Hg/Nm，杭州市地方标准已将燃煤机组SO，排放浓度限值列入征求意见稿。 现有环保设备对Hg和SO的协同脱除能力无法应对未来更严格的环保标准要求。燃煤电厂脱除烟气中Hg和SO主要采用单一污染物控制技术，即采用改性活性炭/改性飞灰吸附技术和湿式电除尘技术来分别脱除烟气中Hg和SO。然而，随着污染物控制种美不断增加，烟气净化设备数量逐渐增多，不仅提高了设备投资和运行费用，还使整个末端污染物治理系统更加庞大复杂，占地大、能耗高、运行风险大、副产物二次污染问题十分突出。同时，湿式电除尘设备安装在烟道尾部，在一定程度上能解决燃煤机组SO减排问题，但不能改善上游设备的工作条件，解决不了空预器堵塞、烟道腐蚀等影响机组安全可靠性的问题。利用一套设备实现多污染物协同脱除，已成为当前燃煤电厂可持续发展的必然选择。

本文围绕某 600MW 低氮改造锅炉的燃烧优化控制展开研究。利用三维数值模拟分析了低氮改造炉膛温度场和主要组分场的变化，讨论了这些变化对锅炉运行优化的影响。通过动态扰动试验研究了各层辅助风门开度对飞灰含碳量、减温水量及 NOx 的影响。在此基础上利用在线支持向量机对锅炉燃烧的动态过程进行建模，并结合免疫遗传算法寻优得到实时工况最优风煤配比，兼顾锅炉效率和 NOx排放。在仿真机上进行了验证，表明模型具有较好的实时性和精度。最后，利用模糊控制建模原理构建了锅炉燃烧优化控制的专家系统，并将此控制系统成功应用于定州电厂 2#炉。主要内容包括以下几个方面。 数值模拟结果表明，低氮燃烧器改造后的炉膛高温区延伸到还原区，但燃烧仍主要在主燃区进行。主燃区以上，截面平均温度逐渐下降。CO 含量在主燃区、燃尽区均较高，水冷壁区域存在高温腐蚀的风险，运行中应加以监控。SOFA 水平摆角对 NOx 的生成影响较小，降低 NOx 浓度应主要依靠空气分级作用。NO 在主燃区先增加后减小，在还原区达到最小值，在燃尽区和炉膛出口又逐渐上升。 动态试验研究发现，中低负荷运行时，应减小燃尽风顶部风量，火焰中心下移，再热汽温可以通过主燃区和燃尽区的上、下摆动进行调节。由于低氮改造后主燃区被压缩，应增加托底风量降低炉渣可燃物含量。为了降低炉内 CO 含量，可适当增加 AB 层和 CD 层的风量到 40%以上。 利用在线支持向量机建立锅炉燃烧系统的动态数学模型，并利用免疫遗传算法求解出最佳操作量。模型预测输出的 NOx 浓度及锅炉效率变化趋势和现场数据吻合的较好，NOx 排放量预测偏差标准差 1.488mg m3 ，锅炉效率值预测偏差标准差 0.0189%。影响模型计算速度和精度的主要因素是模型设定的最大容许误差，应在全局最优的基础上合理设定。 基于模糊调整的反平衡软测量模型根据实时监测的烟气含氧量和烟气温度进行模糊调整，更加接近实际的飞灰含碳量和炉渣含碳量。模糊专家控制系统预测结果精度与论域和隶属度函数的选择有较大关系。论域的选择应该覆盖各操作量和目标函数的实际范围。要保证由前提变量构成的每个模糊子空间都能被遍历，结论变量在模糊子空间选用的最佳模糊集由规则的最大支持度决定。