火电机组锅炉及脱硫脱硝系统动态特性分析

郭胜龙

（国家能源集团山东石横热电有限公司，山东泰安 271621）

0 引言

对于火电机组来说锅炉系统的作用极为重要，由于受到技术层面的限制与影响，相关企业所选用的系统设备不但工作内容烦琐且专业性较高，想要开展动态化运行特征管理难度较大，控制效果也无法满足预期标准。为了避免类似的情况出现，相关企业在开展仿真建模的过程中，需要利用锅炉系统本身的结构特性，来对其进行精准把控，并通过相应的调试工作来完成控制需求，这样不但能够有效提高火电机组的运行质量，降低外界因素所带来的不利影响，同时还能够满足脱硝系统以及脱硫系统的各方面工作需求，为后续的工作开展提供坚实的技术基础。

1 火电机组锅炉发展现状

为了满足新时代背景下的节能需求，相关企业在日常运营过程中会对传统的电站锅炉系统进行控制，当其满足运行要求时，会加入相应的燃料，以此来实现对水的加热处理，等到燃烧所产生的高温数值满足预期标准时，便会与压力蒸汽处于相同的状态，进而为供汽轮机产生动力支持，从而完成的发电工作。锅炉系统会在燃料燃烧之后产生较为明显的废气，这些废气无法满足我国相关环保标准，一旦排放到空气中便会对周边环境以及生物的生命健康安全带来不利影响，为了避免污染的出现，相关企业便要利用脱硫脱硝系统来对废气进行净化处理，通过相关装置来完成烟气脱除工作，使得所排放的气体能够满足我国节能环保战略标准，并以此为基础进行内容的优化，从而来满足社会发展需要。在这一过程中，相关企业需要加强对电站锅炉机组结构的优化处理，并依照实际情况进行内容的调试与改进，这样不但能够有效提高锅炉系统的运行质量，同时还能够降低污染所带来的不利影响，以此来满足发电站的运营需要[1]。

2 火电机组锅炉结构与原理

火电机组锅炉系统本身在组成结构上具有多样性，加上所涉及的内容专业性较强，在进行调整与优化的过程中，很容易会受到各方面因素的影响，从而导致管理工作无法顺利开展[2]。为了有效缓解这一问题，相关人员在设计过程中，往往会结合实际情况进行子系统的分化建设，并依照实际情况完成设计工作，通过子系统之间的协作与应用来提高工作效率与质量，制定具有针对性的零部件管理制度，在短时间内对不同子系统进行建模处理，以确保整个系统的组态建模效率得到保障与提升[3]。目前有关火电机组锅炉系统的子系统一般可以分为以下5 种。

（1）制粉系统。燃料投入磨煤机之后，制粉系统会对其进行加工处理，利用给煤机来开展相应的传递工作，以完成制粉内容，为锅炉系统提供相应的燃烧原料资源[4]。制粉系统配置有相应的风机设备，对整个系统进行密封化处理，并依照实际情况进行冷热温度的调整，缩短制粉成形所要花费的时间，并为后续热风力的封存工作与调节工作奠定基础。在制粉系统中，为避免运行过程中出现安全问题，还会安装消防系统，以有效提高制粉工作效率与质量、降低风险因素的不利影响。

（2）风烟系统。燃料在燃烧时以及燃烧后都会产生烟气，而烟气往往会提高空气中颗粒物的含量，并对自然生态环境产生不利影响。为了避免这一情况，相关人员通过风烟系统的设计，来完成对烟气的净化处理，通过合理手段开展疏通排放管控，并依照我国节能标准进行内容的优化，以确保后续工作顺利开展。在系统设计过程中，还会涉及不同层次的风力管控系统，通过送风机以及引风装置的安装来提高风烟系统的工作效率，提高处理速度的同时还能够避免管道设备的综合质量受到不利影响[5]。

（3）燃烧系统。作为锅炉系统中不可或缺的组成部分，在实际操作与管理过程中，往往会涉及炉膛燃烧室。所选用的燃料一般分为煤粉与燃油两种，分别对应影响燃烧系统以及燃油系统，在技术选用过程中应当以离子点火系统为基础来开启燃烧工作，并依照实际情况控制燃烧工作，避免因燃烧不充分而产生有毒气体，产生不必要的成本支出。

（4）汽水系统。当整个锅炉系统处于高温状态时，其内部的水分会出现蒸发的现象并被排出，为确保这一过程顺利开展，相关人员需要选用较为先进的蒸发调温系统，并利用不同类型的系统内容来管控温度，这样不但能满足我国减污排放的需求，也能有效保障生产效率。

（5）清除系统。清除系统包含脱硫脱硝和除尘系统，利用相关系统本身所具备的工作特性来完成清理工作。以脱硫系统为例，在对结构进行剖析的过程中，往往会涉及脱硫吸收塔、用来进行循环工作的浆池与浆液循环泵，用来进行喷淋的装置[6]，通过这些设备来脱除烟气中二氧化硫。脱硝系统也会涉及氨气蒸发装置的内容，并利用催化装置来完成相应的废物清理工作，提高整个废气的环保质量，避免烟气的排出会对周边空气质量产生不利影响。

3 脱硫脱硝系统动态特性分析

一般来讲，相关企业在进行火电机组锅炉系统的设计过程中，为了满足合理性与可靠性的需求，往往会以火电机组锅炉运行工作动态特征为主，通过对相关参数以及子系统运行状态的分析来完成设备管理工作，这样不但能有效提高系统运行的科学性，同时还能有效避免机组锅炉系统运行故障，使所开展的节能处理措施满足我国的相关标准。

3.1 脱硫动态特性分析

火电机组锅炉系统在脱除二氧化硫的过程中，先要调整脱硫塔形式，以喷淋式为基础，并利用离心泵来实现吸收剂的循环，使其能顺利进入喷淋装置。由于整个脱硫塔中会满足气液两相流的特性需求，因而在喷淋过程中吸收剂会和烟气逆流流动，循环利用之间，原本存在烟气内部的硫离子便会逐渐被吸收剂吸收，最终实现脱硫的效果。作为当前我国火电机组锅炉系统常用的脱硫手段，该技术能够有效降低硫化物所带来的不利影响，并满足企业的日常生产需求[7]。在分析脱硫动态特性的过程中，往往以钙硫比为基础、通过开展动态测试的方式来完成相关工作。从化学反应的角度来看，无论何种脱硫工艺，在理论上只要有一个钙基吸收剂分子就可以吸收一个二氧化硫分子，即脱除1 mol 的硫需要1 mol 的钙。但实际上，为了提高二氧化硫的脱除效率及整个脱硫系统的脱硫效果，确保二氧化硫指标达标排放，一般需要增加脱硫反应中另外一个反应物及钙的数量来实现有效脱硫的目的。一般情况下，钙硫比在1.01～1.02 时石灰石—石膏湿法脱硫工艺效率可达95%以上，当钙硫比控制在1.03 左右时脱硫效率能够达到99%以上。

3.2 脱硝动态特性分析

在处理脱硝系统的过程中，首先要调整其储存系统，以有效提升氨的存储质量。在高温状态下，液氨会从液体转变为气体，通过相关通道来到储存系统作为氨气被储存，而这一措施也可以对氨气进行喷送处理，使其来到喷氨格栅并完成相应的喷洒工作[8]。

除了喷洒系统，脱硝系统中还有用来进行催化与反应作用的装置，氨气被喷氨格栅喷出、进入烟道内部后便会与烟气交错结合，相应的催化装置会将二者进行混合处理，然后进行催化处理。催化反应装置的环境温度通常控制在300～400 ℃，通过催化剂使二者生产氮气和水蒸气并将废气排出，确保火电机组锅炉脱硝系统顺利运行。一般情况下脱硝系统内部设有不同类型的检测控制系统，会实时监控与管控整个过程，以确保后续工作顺利开展。

在对脱硝系统进行动态化特性分析的过程中，需要从时间层面入手，分析不同时间状态下的动态测试结果，以确保实验的精准性与可靠性。例如，任何反应都需要时间，所以脱硝系统还原剂必须和NOx在合适的温度区域内有足够的停留时间，这样不仅能保证NOx的还原率，同时还要完成水的蒸发、还原剂的分解、还原剂与烟气的混合、还原剂与NOx的氧化还原反应等。停留时间越长则NOx的脱除效果越好，而停留时间的长短取决于与烟气流速和烟气流通通道的截面尺寸。根据相关试验证明，烟气的流速影响反应停留时间，过高的烟气流速会减少停留时间，从而降低脱硝效率；而烟气流速过低虽然有利于脱硝反应，但是在锅炉尾部烟道容易产生积灰等问题。根据相关试验表明，停留时间以0.7～1.0 s 为宜。

4 结论

综上所述，火电机组锅炉系统与我国社会发展有着密切联系，同时也是国民经济建设的重要保障，不过，由于该系统本身在结构组成方面相对复杂且专业性较强，在开展建模仿真处理的过程中，需要从不同的方向进行假设，并以此来完成相应的替换工作，确保整个模型结构的整体性与可靠性。在这一项目中，还应根据实际情况对模型开展修正计算处理，并对脱硫脱硝系统进行完善处理，这样不仅能提高发电站的工作效率与质量，也能满足我国节能环保的战略需求。