新環(huán)保政策下鍋爐風(fēng)量控制的研究與應(yīng)用

樊英鵬

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)環(huán)保參數(shù)要求更加嚴(yán)格：二氧化硫、煙塵全時(shí)段小時(shí)均值、日均值合格;機(jī)組并網(wǎng)后氮氧化物小時(shí)均值合格。而氧量>19%，所有環(huán)保參數(shù)目前暫不考核，機(jī)組啟停時(shí)通過風(fēng)量控制，是確保環(huán)保參數(shù)達(dá)標(biāo)排放的有效手段。

關(guān)鍵詞：風(fēng)量;氧量;控制;氧量轉(zhuǎn)換;理論空氣量;

鍋爐總風(fēng)量控制是燃燒調(diào)節(jié)的核心控制邏輯，配風(fēng)調(diào)整的好壞直接影響到鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。由于鍋爐制造、安裝、測(cè)點(diǎn)反饋與設(shè)計(jì)值均可能存在一定的偏差，為保證鍋爐在運(yùn)行中有最佳的風(fēng)量控制，必須通過實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行總結(jié)和探討。

一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

環(huán)保型電鍋爐的運(yùn)行過程是一個(gè)非線性、時(shí)變多變量的過程，可看成是一個(gè)復(fù)雜的輸入、輸出的對(duì)象。它的輸出量與室外溫度、室內(nèi)溫度、生活用水量等因素有關(guān)，輸入量決定于環(huán)保型電鍋爐的發(fā)熱量即環(huán)保型電鍋爐的功率和時(shí)間，且各變量之間存在著關(guān)聯(lián)。根據(jù)輸出變量的要求進(jìn)行輸入變量的控制設(shè)計(jì)，將控制系統(tǒng)分解為電功率、時(shí)間和熱風(fēng)系統(tǒng)的控制。

二、現(xiàn)象分析

為了證實(shí)和改進(jìn)， 詢問熱控人員相關(guān)情況，并配合熱控人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì) 2 號(hào)爐參數(shù)進(jìn)行了如下修改：在原來鍋爐運(yùn)行中，氧量校正系數(shù)長(zhǎng)期在 0.8-0.9 左右，影響變負(fù)荷時(shí)風(fēng)量響應(yīng)幅度。為使變負(fù)荷時(shí)氧量校正系數(shù)更接近于 1，通過上述風(fēng)煤配比的修正，在變負(fù)荷時(shí)雖然煤量對(duì)應(yīng)風(fēng)量減少，但系數(shù)的增加反倒是提高了風(fēng)量質(zhì)量的最終值。為了在變負(fù)荷中盡量控制低氧運(yùn)行情況，還增加了變負(fù)荷前饋幅度，并將變負(fù)荷前饋值退出延時(shí)延長(zhǎng)至與目標(biāo)負(fù)荷相差 15MW 后約 2min。機(jī)組升負(fù)荷的情況，可以看出加負(fù)荷指令來后，送風(fēng)機(jī)快速開大，加負(fù)荷前半段氧量回升，在負(fù)荷快到位時(shí)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉快速減小，氧量隨之快速下降， SCR 入口 CO 含量明顯上升，隨后氧量開始校正，最終達(dá)到較好的穩(wěn)態(tài)。此段說明進(jìn)行以上修改后在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氧量校正系數(shù)起點(diǎn)在 1 左右，風(fēng)量基本能滿足需求。低負(fù)荷開始加負(fù)荷初期，氧量校正系數(shù)為 0.8 下限，在整個(gè)加負(fù)荷段保持，當(dāng)加負(fù)荷前饋退出，送風(fēng)機(jī)和氧量即出現(xiàn)快速大幅下降，氧量最低降至 1.5%。隨后通過手動(dòng)增加氧量校正，使校正系數(shù)提升至 1 左右，使氧量快速恢復(fù)到 2.8%， SCR 入口 CO 含量也很快降低。此段說明在低負(fù)荷氧量校正系數(shù)低時(shí)仍然存在加負(fù)荷過程中的缺氧問題。

三、工程案例

1.簡(jiǎn)述。某縣發(fā)電廠現(xiàn)有8臺(tái)機(jī)組，其中一、二期為4×335MW機(jī)組，三期為2×635MW機(jī)組，四期為2×1000機(jī)組，鍋爐均為煤粉爐。8臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，主要脫硫設(shè)備有脫硫吸收塔、漿液循環(huán)泵等;入爐煤硫份設(shè)計(jì)值分別為：一二期機(jī)組1.3%、三期機(jī)組1.5%、四期機(jī)組1.2%。8臺(tái)機(jī)組脫硝系統(tǒng)均采用LNB+SCR工藝。一、二期除塵系統(tǒng)采用靜電除塵+濕式除塵;三四期除塵系統(tǒng)采用靜電除塵+MGGH。大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為：二氧化硫35mg/Nm3、煙塵5mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3，均按6%O2折算。

2.問題的提出。（1）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)環(huán)保參數(shù)現(xiàn)狀。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，氧量升高，會(huì)造成脫硝入口NOx升高、煙囪出口NOx短時(shí)升高，對(duì)SO2、粉塵濃度等環(huán)保參數(shù)偏高甚至超標(biāo)?？赡茉蛴校簾焽璩隹贑EMS測(cè)量誤差、制粉系統(tǒng)啟停、機(jī)組負(fù)荷偏低、電除塵缺陷、煙道積灰揚(yáng)塵等等。因此，適當(dāng)降低氧量對(duì)控制環(huán)保參數(shù)有利。

2.機(jī)組啟停時(shí)環(huán)保參數(shù)現(xiàn)狀。機(jī)組啟動(dòng)通風(fēng)前啟動(dòng)脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng);機(jī)組停運(yùn)后，當(dāng)環(huán)保參數(shù)正常后停運(yùn)脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng);機(jī)組啟停時(shí)鍋爐上優(yōu)質(zhì)煙煤，二氧化硫能控制在標(biāo)準(zhǔn)值以下。機(jī)組啟停時(shí)，燃料量低、風(fēng)量較大，造成粉塵小時(shí)均值頻繁超過標(biāo)準(zhǔn)值。而氧量控制是保證粉塵達(dá)標(biāo)排放主要手段。

3.風(fēng)量的控制研究。（1）理論空氣量的研究基礎(chǔ)。理論空氣量一般采用元素分析結(jié)果來計(jì)算，已知大氣平均含氧量為21%。如燃料元素分析結(jié)果（重量%）為：C、H、O、N、S。對(duì)于C，有：C+O2=CO2，則C燃燒需氧氣量Oc=C*32/12/21%;對(duì)于H，有：4H+O2=2H2O，則H燃燒需氧氣量Oh=H*32/4//21%;對(duì)于S，有S+O2=SO2，則S燃燒需氧氣量Os=S*32/32/21%。過?？諝庀禂?shù)用“α”表示，計(jì)算公式為α=21/（21-O2實(shí)測(cè)值）。當(dāng)氧量等于19%時(shí)，α=21/（21-19）=10.5。即：要控制氧量大于19%，鍋爐的過量空氣系數(shù)必須大于10.5倍，燃料量越大，鍋爐燃燒所需風(fēng)量越大。（2）理論空氣量的計(jì)算公式。機(jī)組啟停時(shí)，一般采用煤、油混燃的方式。燃煤為優(yōu)質(zhì)煙煤，燃油為0號(hào)柴油。燃煤的理論空氣量?jī)?yōu)質(zhì)煙煤以某廠煤為研究對(duì)象。

1t燃煤的理論空氣量：41.1%×32÷12÷21%=5.22t

（2） 燃油的理論空氣量。柴油是碳?xì)浠衔锶剂?，其中碳約占86%，氫約占13%，氧約占1%。則1t燃油的理論空氣量：

=（86%×32÷12+13%*32/4-1%）÷21%=15.82t

（3）環(huán)保參數(shù)的折算公式。國(guó)家環(huán)保部門要求環(huán)保參數(shù)均按6%O2進(jìn)行折算，則折算倍數(shù)為：（21-6）/（21-O2）。當(dāng)氧氣含量接近19%時(shí)，折算倍數(shù)最大為7.5倍。

4.鍋爐風(fēng)量的控制應(yīng)用。（1）確定鍋爐氧量≥19%時(shí)最大燃料量。（2）確定氧量≥19%時(shí)的最少風(fēng)量。（3）控制環(huán)保參數(shù)折算倍數(shù)。（4）確定風(fēng)量控制的原則。

5.應(yīng)用效果。機(jī)組在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，基本實(shí)現(xiàn)粉塵濃度達(dá)標(biāo)排放。停機(jī)時(shí)粉塵濃度小時(shí)均值偶爾會(huì)超標(biāo)。

四、優(yōu)化措施

低負(fù)荷送風(fēng)機(jī)無法適應(yīng)氧量變化需求，是造成氧量校正系數(shù)低的問題。但是送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉閉鎖是對(duì)安全的保障，也是對(duì)機(jī)組保護(hù)邏輯的應(yīng)對(duì)。為了解決此問題，進(jìn)行如下分析優(yōu)化：

1.煤量對(duì)應(yīng)風(fēng)量指令的修正。300MW鍋爐風(fēng)量需求均在1050-1100t/h左右，而目前經(jīng)修改后的風(fēng)量指令值仍有1200t/h，需要進(jìn)一步下調(diào)，否則仍然擺脫不了校正系數(shù)過低的問題。

2.送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉閉鎖定值優(yōu)化。送風(fēng)機(jī)投產(chǎn)至今運(yùn)行情況很穩(wěn)定，具備長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行能力。動(dòng)葉閉鎖是為了保證機(jī)組不觸發(fā)負(fù)荷閉減，450MW以下的閉鎖開度限制了氧量校正幅度，而450MW以上鍋爐開始進(jìn)入正常調(diào)節(jié)范圍，且時(shí)常發(fā)生缺氧情況。根據(jù)以上分析，建議修改定值。

3.變負(fù)荷前饋量?jī)?yōu)化。經(jīng)修改后的變負(fù)荷前饋較之前有明顯的提升，但仍然存在退出過早和過快的問題。建議將此前饋量延長(zhǎng)至10-20分鐘，通過速率限制使其緩慢的衰減，使加負(fù)荷過程中送風(fēng)機(jī)驟減導(dǎo)致氧量不足的問題解決。

總之，機(jī)組開機(jī)時(shí)應(yīng)控制氧量大于19%，同時(shí)研究燃料量、高旁開度與蒸汽參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，盡可能提高主蒸汽溫度。機(jī)組停機(jī)時(shí)，縮短最后兩臺(tái)磨的斷煤間隔，在停用最后一臺(tái)磨煤機(jī)前發(fā)電機(jī)解列、給煤機(jī)斷煤后5分鐘進(jìn)行氧量轉(zhuǎn)換，可以減少粉塵超標(biāo)的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海平，淺談新環(huán)保政策下鍋爐風(fēng)量控制的研究與應(yīng)用.2018.

[2]王大勇，劉清平，探討新環(huán)保政策下鍋爐風(fēng)量控制的研究與應(yīng)用.2018.