新環(huán)保政策下鍋爐風量控制的研究與應(yīng)用

樊英鵬

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對環(huán)保參數(shù)要求更加嚴格：二氧化硫、煙塵全時段小時均值、日均值合格;機組并網(wǎng)后氮氧化物小時均值合格。而氧量>19%，所有環(huán)保參數(shù)目前暫不考核，機組啟停時通過風量控制，是確保環(huán)保參數(shù)達標排放的有效手段。

關(guān)鍵詞：風量;氧量;控制;氧量轉(zhuǎn)換;理論空氣量;

鍋爐總風量控制是燃燒調(diào)節(jié)的核心控制邏輯，配風調(diào)整的好壞直接影響到鍋爐燃燒的經(jīng)濟性。由于鍋爐制造、安裝、測點反饋與設(shè)計值均可能存在一定的偏差，為保證鍋爐在運行中有最佳的風量控制，必須通過實際生產(chǎn)中進行總結(jié)和探討。

一、控制系統(tǒng)的設(shè)計

環(huán)保型電鍋爐的運行過程是一個非線性、時變多變量的過程，可看成是一個復(fù)雜的輸入、輸出的對象。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)輸出變量的要求進行輸入變量的控制設(shè)計，將控制系統(tǒng)分解為電功率、時間和熱風系統(tǒng)的控制。

二、現(xiàn)象分析

為了證實和改進， 詢問熱控人員相關(guān)情況，并配合熱控人員根據(jù)實際運行參數(shù)對 2 號爐參數(shù)進行了如下修改：在原來鍋爐運行中，氧量校正系數(shù)長期在 0.8-0.9 左右，影響變負荷時風量響應(yīng)幅度。為使變負荷時氧量校正系數(shù)更接近于 1，通過上述風煤配比的修正，在變負荷時雖然煤量對應(yīng)風量減少，但系數(shù)的增加反倒是提高了風量質(zhì)量的最終值。為了在變負荷中盡量控制低氧運行情況，還增加了變負荷前饋幅度，并將變負荷前饋值退出延時延長至與目標負荷相差 15MW 后約 2min。機組升負荷的情況，可以看出加負荷指令來后，送風機快速開大，加負荷前半段氧量回升，在負荷快到位時送風機動葉快速減小，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，最終達到較好的穩(wěn)態(tài)。此段說明進行以上修改后在高負荷運行時，氧量校正系數(shù)起點在 1 左右，風量基本能滿足需求。低負荷開始加負荷初期，氧量校正系數(shù)為 0.8 下限，在整個加負荷段保持，當加負荷前饋退出，送風機和氧量即出現(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。此段說明在低負荷氧量校正系數(shù)低時仍然存在加負荷過程中的缺氧問題。

三、工程案例

1.簡述。某縣發(fā)電廠現(xiàn)有8臺機組，其中一、二期為4×335MW機組，三期為2×635MW機組，四期為2×1000機組，鍋爐均為煤粉爐。8臺機組脫硫系統(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)計值分別為：一二期機組1.3%、三期機組1.5%、四期機組1.2%。8臺機組脫硝系統(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。大氣污染物排放標準為：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）機組正常運行時環(huán)保參數(shù)現(xiàn)狀。機組正常運行時，氧量升高，會造成脫硝入口NOx升高、煙囪出口NOx短時升高，對SO2、粉塵濃度等環(huán)保參數(shù)偏高甚至超標。可能原因有：煙囪出口CEMS測量誤差、制粉系統(tǒng)啟停、機組負荷偏低、電除塵缺陷、煙道積灰揚塵等等。因此，適當降低氧量對控制環(huán)保參數(shù)有利。

2.機組啟停時環(huán)保參數(shù)現(xiàn)狀。機組啟動通風前啟動脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng);機組停運后，當環(huán)保參數(shù)正常后停運脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng);機組啟停時鍋爐上優(yōu)質(zhì)煙煤，二氧化硫能控制在標準值以下。機組啟停時，燃料量低、風量較大，造成粉塵小時均值頻繁超過標準值。而氧量控制是保證粉塵達標排放主要手段。

3.風量的控制研究。（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。對于C，有：C+O2=CO2，則C燃燒需氧氣量Oc=C*32/12/21%;對于H，有：4H+O2=2H2O，則H燃燒需氧氣量Oh=H*32/4//21%;對于S，有S+O2=SO2，則S燃燒需氧氣量Os=S*32/32/21%。過剩空氣系數(shù)用“α”表示，計算公式為α=21/（21-O2實測值）。當氧量等于19%時，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，鍋爐燃燒所需風量越大。（2）理論空氣量的計算公式。機組啟停時，一般采用煤、油混燃的方式。燃煤為優(yōu)質(zhì)煙煤，燃油為0號柴油。燃煤的理論空氣量優(yōu)質(zhì)煙煤以某廠煤為研究對象。

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。柴油是碳氫化合物燃料，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。國家環(huán)保部門要求環(huán)保參數(shù)均按6%O2進行折算，則折算倍數(shù)為：（21-6）/（21-O2）。當氧氣含量接近19%時，折算倍數(shù)最大為7.5倍。

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

5.應(yīng)用效果。機組在機組啟動時，基本實現(xiàn)粉塵濃度達標排放。停機時粉塵濃度小時均值偶爾會超標。

四、優(yōu)化措施

低負荷送風機無法適應(yīng)氧量變化需求，是造成氧量校正系數(shù)低的問題。但是送風機動葉閉鎖是對安全的保障，也是對機組保護邏輯的應(yīng)對。為了解決此問題，進行如下分析優(yōu)化：

1.煤量對應(yīng)風量指令的修正。300MW鍋爐風量需求均在1050-1100t/h左右，而目前經(jīng)修改后的風量指令值仍有1200t/h，需要進一步下調(diào)，否則仍然擺脫不了校正系數(shù)過低的問題。

2.送風機動葉閉鎖定值優(yōu)化。送風機投產(chǎn)至今運行情況很穩(wěn)定，具備長時間低負荷運行能力。動葉閉鎖是為了保證機組不觸發(fā)負荷閉減，450MW以下的閉鎖開度限制了氧量校正幅度，而450MW以上鍋爐開始進入正常調(diào)節(jié)范圍，且時常發(fā)生缺氧情況。根據(jù)以上分析，建議修改定值。

3.變負荷前饋量優(yōu)化。經(jīng)修改后的變負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至10-20分鐘，通過速率限制使其緩慢的衰減，使加負荷過程中送風機驟減導(dǎo)致氧量不足的問題解決。

總之，機組開機時應(yīng)控制氧量大于19%，同時研究燃料量、高旁開度與蒸汽參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，盡可能提高主蒸汽溫度。機組停機時，縮短最后兩臺磨的斷煤間隔，在停用最后一臺磨煤機前發(fā)電機解列、給煤機斷煤后5分鐘進行氧量轉(zhuǎn)換，可以減少粉塵超標的時間。

參考文獻：

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

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