火電機組鍋爐及脫硫脫硝系統(tǒng)動態(tài)特性分析

郭勝龍

（國家能源集團山東石橫熱電有限公司，山東泰安 271621）

0 引言

對于火電機組來說鍋爐系統(tǒng)的作用極為重要，由于受到技術(shù)層面的限制與影響，相關(guān)企業(yè)所選用的系統(tǒng)設(shè)備不但工作內(nèi)容煩瑣且專業(yè)性較高，想要開展動態(tài)化運行特征管理難度較大，控制效果也無法滿足預(yù)期標準。為了避免類似的情況出現(xiàn)，相關(guān)企業(yè)在開展仿真建模的過程中，需要利用鍋爐系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特性，來對其進行精準把控，并通過相應(yīng)的調(diào)試工作來完成控制需求，這樣不但能夠有效提高火電機組的運行質(zhì)量，降低外界因素所帶來的不利影響，同時還能夠滿足脫硝系統(tǒng)以及脫硫系統(tǒng)的各方面工作需求，為后續(xù)的工作開展提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 火電機組鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀

為了滿足新時代背景下的節(jié)能需求，相關(guān)企業(yè)在日常運營過程中會對傳統(tǒng)的電站鍋爐系統(tǒng)進行控制，當(dāng)其滿足運行要求時，會加入相應(yīng)的燃料，以此來實現(xiàn)對水的加熱處理，等到燃燒所產(chǎn)生的高溫數(shù)值滿足預(yù)期標準時，便會與壓力蒸汽處于相同的狀態(tài)，進而為供汽輪機產(chǎn)生動力支持，從而完成的發(fā)電工作。鍋爐系統(tǒng)會在燃料燃燒之后產(chǎn)生較為明顯的廢氣，這些廢氣無法滿足我國相關(guān)環(huán)保標準，一旦排放到空氣中便會對周邊環(huán)境以及生物的生命健康安全帶來不利影響，為了避免污染的出現(xiàn)，相關(guān)企業(yè)便要利用脫硫脫硝系統(tǒng)來對廢氣進行凈化處理，通過相關(guān)裝置來完成煙氣脫除工作，使得所排放的氣體能夠滿足我國節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略標準，并以此為基礎(chǔ)進行內(nèi)容的優(yōu)化，從而來滿足社會發(fā)展需要。在這一過程中，相關(guān)企業(yè)需要加強對電站鍋爐機組結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理，并依照實際情況進行內(nèi)容的調(diào)試與改進，這樣不但能夠有效提高鍋爐系統(tǒng)的運行質(zhì)量，同時還能夠降低污染所帶來的不利影響，以此來滿足發(fā)電站的運營需要[1]。

2 火電機組鍋爐結(jié)構(gòu)與原理

火電機組鍋爐系統(tǒng)本身在組成結(jié)構(gòu)上具有多樣性，加上所涉及的內(nèi)容專業(yè)性較強，在進行調(diào)整與優(yōu)化的過程中，很容易會受到各方面因素的影響，從而導(dǎo)致管理工作無法順利開展[2]。為了有效緩解這一問題，相關(guān)人員在設(shè)計過程中，往往會結(jié)合實際情況進行子系統(tǒng)的分化建設(shè)，并依照實際情況完成設(shè)計工作，通過子系統(tǒng)之間的協(xié)作與應(yīng)用來提高工作效率與質(zhì)量，制定具有針對性的零部件管理制度，在短時間內(nèi)對不同子系統(tǒng)進行建模處理，以確保整個系統(tǒng)的組態(tài)建模效率得到保障與提升[3]。目前有關(guān)火電機組鍋爐系統(tǒng)的子系統(tǒng)一般可以分為以下5 種。

（1）制粉系統(tǒng)。燃料投入磨煤機之后，制粉系統(tǒng)會對其進行加工處理，利用給煤機來開展相應(yīng)的傳遞工作，以完成制粉內(nèi)容，為鍋爐系統(tǒng)提供相應(yīng)的燃燒原料資源[4]。制粉系統(tǒng)配置有相應(yīng)的風(fēng)機設(shè)備，對整個系統(tǒng)進行密封化處理，并依照實際情況進行冷熱溫度的調(diào)整，縮短制粉成形所要花費的時間，并為后續(xù)熱風(fēng)力的封存工作與調(diào)節(jié)工作奠定基礎(chǔ)。在制粉系統(tǒng)中，為避免運行過程中出現(xiàn)安全問題，還會安裝消防系統(tǒng)，以有效提高制粉工作效率與質(zhì)量、降低風(fēng)險因素的不利影響。

（2）風(fēng)煙系統(tǒng)。燃料在燃燒時以及燃燒后都會產(chǎn)生煙氣，而煙氣往往會提高空氣中顆粒物的含量，并對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為了避免這一情況，相關(guān)人員通過風(fēng)煙系統(tǒng)的設(shè)計，來完成對煙氣的凈化處理，通過合理手段開展疏通排放管控，并依照我國節(jié)能標準進行內(nèi)容的優(yōu)化，以確保后續(xù)工作順利開展。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，還會涉及不同層次的風(fēng)力管控系統(tǒng)，通過送風(fēng)機以及引風(fēng)裝置的安裝來提高風(fēng)煙系統(tǒng)的工作效率，提高處理速度的同時還能夠避免管道設(shè)備的綜合質(zhì)量受到不利影響[5]。

（3）燃燒系統(tǒng)。作為鍋爐系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，在實際操作與管理過程中，往往會涉及爐膛燃燒室。所選用的燃料一般分為煤粉與燃油兩種，分別對應(yīng)影響燃燒系統(tǒng)以及燃油系統(tǒng)，在技術(shù)選用過程中應(yīng)當(dāng)以離子點火系統(tǒng)為基礎(chǔ)來開啟燃燒工作，并依照實際情況控制燃燒工作，避免因燃燒不充分而產(chǎn)生有毒氣體，產(chǎn)生不必要的成本支出。

（4）汽水系統(tǒng)。當(dāng)整個鍋爐系統(tǒng)處于高溫狀態(tài)時，其內(nèi)部的水分會出現(xiàn)蒸發(fā)的現(xiàn)象并被排出，為確保這一過程順利開展，相關(guān)人員需要選用較為先進的蒸發(fā)調(diào)溫系統(tǒng)，并利用不同類型的系統(tǒng)內(nèi)容來管控溫度，這樣不但能滿足我國減污排放的需求，也能有效保障生產(chǎn)效率。

（5）清除系統(tǒng)。清除系統(tǒng)包含脫硫脫硝和除塵系統(tǒng)，利用相關(guān)系統(tǒng)本身所具備的工作特性來完成清理工作。以脫硫系統(tǒng)為例，在對結(jié)構(gòu)進行剖析的過程中，往往會涉及脫硫吸收塔、用來進行循環(huán)工作的漿池與漿液循環(huán)泵，用來進行噴淋的裝置[6]，通過這些設(shè)備來脫除煙氣中二氧化硫。脫硝系統(tǒng)也會涉及氨氣蒸發(fā)裝置的內(nèi)容，并利用催化裝置來完成相應(yīng)的廢物清理工作，提高整個廢氣的環(huán)保質(zhì)量，避免煙氣的排出會對周邊空氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

3 脫硫脫硝系統(tǒng)動態(tài)特性分析

一般來講，相關(guān)企業(yè)在進行火電機組鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計過程中，為了滿足合理性與可靠性的需求，往往會以火電機組鍋爐運行工作動態(tài)特征為主，通過對相關(guān)參數(shù)以及子系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析來完成設(shè)備管理工作，這樣不但能有效提高系統(tǒng)運行的科學(xué)性，同時還能有效避免機組鍋爐系統(tǒng)運行故障，使所開展的節(jié)能處理措施滿足我國的相關(guān)標準。

3.1 脫硫動態(tài)特性分析

火電機組鍋爐系統(tǒng)在脫除二氧化硫的過程中，先要調(diào)整脫硫塔形式，以噴淋式為基礎(chǔ)，并利用離心泵來實現(xiàn)吸收劑的循環(huán)，使其能順利進入噴淋裝置。由于整個脫硫塔中會滿足氣液兩相流的特性需求，因而在噴淋過程中吸收劑會和煙氣逆流流動，循環(huán)利用之間，原本存在煙氣內(nèi)部的硫離子便會逐漸被吸收劑吸收，最終實現(xiàn)脫硫的效果。作為當(dāng)前我國火電機組鍋爐系統(tǒng)常用的脫硫手段，該技術(shù)能夠有效降低硫化物所帶來的不利影響，并滿足企業(yè)的日常生產(chǎn)需求[7]。在分析脫硫動態(tài)特性的過程中，往往以鈣硫比為基礎(chǔ)、通過開展動態(tài)測試的方式來完成相關(guān)工作。從化學(xué)反應(yīng)的角度來看，無論何種脫硫工藝，在理論上只要有一個鈣基吸收劑分子就可以吸收一個二氧化硫分子，即脫除1 mol 的硫需要1 mol 的鈣。但實際上，為了提高二氧化硫的脫除效率及整個脫硫系統(tǒng)的脫硫效果，確保二氧化硫指標達標排放，一般需要增加脫硫反應(yīng)中另外一個反應(yīng)物及鈣的數(shù)量來實現(xiàn)有效脫硫的目的。一般情況下，鈣硫比在1.01～1.02 時石灰石—石膏濕法脫硫工藝效率可達95%以上，當(dāng)鈣硫比控制在1.03 左右時脫硫效率能夠達到99%以上。

3.2 脫硝動態(tài)特性分析

在處理脫硝系統(tǒng)的過程中，首先要調(diào)整其儲存系統(tǒng)，以有效提升氨的存儲質(zhì)量。在高溫狀態(tài)下，液氨會從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，通過相關(guān)通道來到儲存系統(tǒng)作為氨氣被儲存，而這一措施也可以對氨氣進行噴送處理，使其來到噴氨格柵并完成相應(yīng)的噴灑工作[8]。

除了噴灑系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)中還有用來進行催化與反應(yīng)作用的裝置，氨氣被噴氨格柵噴出、進入煙道內(nèi)部后便會與煙氣交錯結(jié)合，相應(yīng)的催化裝置會將二者進行混合處理，然后進行催化處理。催化反應(yīng)裝置的環(huán)境溫度通常控制在300～400 ℃，通過催化劑使二者生產(chǎn)氮氣和水蒸氣并將廢氣排出，確?；痣姍C組鍋爐脫硝系統(tǒng)順利運行。一般情況下脫硝系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有不同類型的檢測控制系統(tǒng)，會實時監(jiān)控與管控整個過程，以確保后續(xù)工作順利開展。

在對脫硝系統(tǒng)進行動態(tài)化特性分析的過程中，需要從時間層面入手，分析不同時間狀態(tài)下的動態(tài)測試結(jié)果，以確保實驗的精準性與可靠性。例如，任何反應(yīng)都需要時間，所以脫硝系統(tǒng)還原劑必須和NOx在合適的溫度區(qū)域內(nèi)有足夠的停留時間，這樣不僅能保證NOx的還原率，同時還要完成水的蒸發(fā)、還原劑的分解、還原劑與煙氣的混合、還原劑與NOx的氧化還原反應(yīng)等。停留時間越長則NOx的脫除效果越好，而停留時間的長短取決于與煙氣流速和煙氣流通通道的截面尺寸。根據(jù)相關(guān)試驗證明，煙氣的流速影響反應(yīng)停留時間，過高的煙氣流速會減少停留時間，從而降低脫硝效率；而煙氣流速過低雖然有利于脫硝反應(yīng)，但是在鍋爐尾部煙道容易產(chǎn)生積灰等問題。根據(jù)相關(guān)試驗表明，停留時間以0.7～1.0 s 為宜。

4 結(jié)論

綜上所述，火電機組鍋爐系統(tǒng)與我國社會發(fā)展有著密切聯(lián)系，同時也是國民經(jīng)濟建設(shè)的重要保障，不過，由于該系統(tǒng)本身在結(jié)構(gòu)組成方面相對復(fù)雜且專業(yè)性較強，在開展建模仿真處理的過程中，需要從不同的方向進行假設(shè)，并以此來完成相應(yīng)的替換工作，確保整個模型結(jié)構(gòu)的整體性與可靠性。在這一項目中，還應(yīng)根據(jù)實際情況對模型開展修正計算處理，并對脫硫脫硝系統(tǒng)進行完善處理，這樣不僅能提高發(fā)電站的工作效率與質(zhì)量，也能滿足我國節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略需求。