新环保政策下锅炉风量控制的研究与应用

2020-05-06樊英鹏

科学与财富 2020年5期

关键词：氧量风量控制

樊英鹏

摘要：随着社会经济的发展，对环保参数要求更加严格：二氧化硫、烟尘全时段小时均值、日均值合格;机组并网后氮氧化物小时均值合格。而氧量>19%，所有环保参数目前暂不考核，机组启停时通过风量控制，是确保环保参数达标排放的有效手段。

关键词：风量;氧量;控制;氧量转换;理论空气量;

锅炉总风量控制是燃烧调节的核心控制逻辑，配风调整的好坏直接影响到锅炉燃烧的经济性。由于锅炉制造、安装、测点反馈与设计值均可能存在一定的偏差，为保证锅炉在运行中有最佳的风量控制，必须通过实际生产中进行总结和探讨。

一、控制系统的设计

环保型电锅炉的运行过程是一个非线性、时变多变量的过程，可看成是一个复杂的输入、输出的对象。它的输出量与室外温度、室内温度、生活用水量等因素有关，输入量决定于环保型电锅炉的发热量即环保型电锅炉的功率和时间，且各变量之间存在着关联。根据输出变量的要求进行输入变量的控制设计，将控制系统分解为电功率、时间和热风系统的控制。

二、现象分析

为了证实和改进，询问热控人员相关情况，并配合热控人员根据实际运行参数对 2 号炉参数进行了如下修改：在原来锅炉运行中，氧量校正系数长期在 0.8-0.9 左右，影响变负荷时风量响应幅度。为使变负荷时氧量校正系数更接近于 1，通过上述风煤配比的修正，在变负荷时虽然煤量对应风量减少，但系数的增加反倒是提高了风量质量的最终值。为了在变负荷中尽量控制低氧运行情况，还增加了变负荷前馈幅度，并将变负荷前馈值退出延时延长至与目标负荷相差 15MW 后约 2min。机组升负荷的情况，可以看出加负荷指令来后，送风机快速开大，加负荷前半段氧量回升，在负荷快到位时送风机动叶快速减小，氧量随之快速下降， SCR 入口 CO 含量明显上升，随后氧量开始校正，最终达到较好的稳态。此段说明进行以上修改后在高负荷运行时，氧量校正系数起点在 1 左右，风量基本能满足需求。低负荷开始加负荷初期，氧量校正系数为 0.8 下限，在整个加负荷段保持，当加负荷前馈退出，送风机和氧量即出现快速大幅下降，氧量最低降至 1.5%。随后通过手动增加氧量校正，使校正系数提升至 1 左右，使氧量快速恢复到 2.8%， SCR 入口 CO 含量也很快降低。此段说明在低负荷氧量校正系数低时仍然存在加负荷过程中的缺氧问题。

三、工程案例

1.简述。某县发电厂现有8台机组，其中一、二期为4×335MW机组，三期为2×635MW机组，四期为2×1000机组，锅炉均为煤粉炉。8台机组脱硫系统均采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，主要脱硫设备有脱硫吸收塔、浆液循环泵等;入炉煤硫份设计值分别为：一二期机组1.3%、三期机组1.5%、四期机组1.2%。8台机组脱硝系统均采用LNB+SCR工艺。一、二期除尘系统采用静电除尘+湿式除尘;三四期除尘系统采用静电除尘+MGGH。大气污染物排放标准为：二氧化硫35mg/Nm3、烟尘5mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3，均按6%O2折算。

2.问题的提出。（1）机组正常运行时环保参数现状。机组正常运行时，氧量升高，会造成脱硝入口NOx升高、烟囱出口NOx短时升高，对SO2、粉尘浓度等环保参数偏高甚至超标。可能原因有：烟囱出口CEMS测量误差、制粉系统启停、机组负荷偏低、电除尘缺陷、烟道积灰扬尘等等。因此，适当降低氧量对控制环保参数有利。

2.机组启停时环保参数现状。机组启动通风前启动脱硫系统、除尘系统;机组停运后，当环保参数正常后停运脱硫系统、除尘系统;机组启停时锅炉上优质烟煤，二氧化硫能控制在标准值以下。机组启停时，燃料量低、风量较大，造成粉尘小时均值频繁超过标准值。而氧量控制是保证粉尘达标排放主要手段。

3.风量的控制研究。（1）理论空气量的研究基础。理论空气量一般采用元素分析结果来计算，已知大气平均含氧量为21%。如燃料元素分析结果（重量%）为：C、H、O、N、S。对于C，有：C+O2=CO2，则C燃烧需氧气量Oc=C*32/12/21%;对于H，有：4H+O2=2H2O，则H燃烧需氧气量Oh=H*32/4//21%;对于S，有S+O2=SO2，则S燃烧需氧气量Os=S*32/32/21%。过剩空气系数用“α”表示，计算公式为α=21/（21-O2實测值）。当氧量等于19%时，α=21/（21-19）=10.5。即：要控制氧量大于19%，锅炉的过量空气系数必须大于10.5倍，燃料量越大，锅炉燃烧所需风量越大。（2）理论空气量的计算公式。机组启停时，一般采用煤、油混燃的方式。燃煤为优质烟煤，燃油为0号柴油。燃煤的理论空气量优质烟煤以某厂煤为研究对象。

1t燃煤的理论空气量：41.1%×32÷12÷21%=5.22t

（2）燃油的理论空气量。柴油是碳氢化合物燃料，其中碳约占86%，氢约占13%，氧约占1%。则1t燃油的理论空气量：

=（86%×32÷12+13%*32/4-1%）÷21%=15.82t

（3）环保参数的折算公式。国家环保部门要求环保参数均按6%O2进行折算，则折算倍数为：（21-6）/（21-O2）。当氧气含量接近19%时，折算倍数最大为7.5倍。

4.锅炉风量的控制应用。（1）确定锅炉氧量≥19%时最大燃料量。（2）确定氧量≥19%时的最少风量。（3）控制环保参数折算倍数。（4）确定风量控制的原则。

5.应用效果。机组在机组启动时，基本实现粉尘浓度达标排放。停机时粉尘浓度小时均值偶尔会超标。

四、优化措施

低负荷送风机无法适应氧量变化需求，是造成氧量校正系数低的问题。但是送风机动叶闭锁是对安全的保障，也是对机组保护逻辑的应对。为了解决此问题，进行如下分析优化：

1.煤量对应风量指令的修正。300MW锅炉风量需求均在1050-1100t/h左右，而目前经修改后的风量指令值仍有1200t/h，需要进一步下调，否则仍然摆脱不了校正系数过低的问题。

2.送风机动叶闭锁定值优化。送风机投产至今运行情况很稳定，具备长时间低负荷运行能力。动叶闭锁是为了保证机组不触发负荷闭减，450MW以下的闭锁开度限制了氧量校正幅度，而450MW以上锅炉开始进入正常调节范围，且时常发生缺氧情况。根据以上分析，建议修改定值。

3.变负荷前馈量优化。经修改后的变负荷前馈较之前有明显的提升，但仍然存在退出过早和过快的问题。建议将此前馈量延长至10-20分钟，通过速率限制使其缓慢的衰减，使加负荷过程中送风机骤减导致氧量不足的问题解决。

总之，机组开机时应控制氧量大于19%，同时研究燃料量、高旁开度与蒸汽参数的对应关系，尽可能提高主蒸汽温度。机组停机时，缩短最后两台磨的断煤间隔，在停用最后一台磨煤机前发电机解列、给煤机断煤后5分钟进行氧量转换，可以减少粉尘超标的时间。