630 MW火電機組低氮燃燒改造及運行優(yōu)化策略探析

摘要：隨著全球能源需求不斷增長和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，低氮燃燒技術(shù)作為有效降低氮氧化物排放的方法，在火力發(fā)電領(lǐng)域中得到有效應(yīng)用，不僅可實現(xiàn)對氮氧化物生成的有效抑制，亦可對大氣環(huán)境影響的降低。如何借助低氮燃燒技術(shù)來促進火電機組的節(jié)能化、綠色化運行，已然成為火電廠關(guān)注重點。從630MW火電機組低氮燃燒改造要點的分析入手，在此基礎(chǔ)上闡明運行優(yōu)化策略的具體實施。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒火電機組運行優(yōu)化參數(shù)

中圖分類號：TM621

AnalysisoftheLow-NitrogenCombustionTransformationandOperationOptimizationStrategyof630MWThermalPowerUnits

ZHANGYang

GuonengTaicangPowerGenerationCo.，Ltd.，Suzhou，JiangsuProvince，215433China

Abstract：Withthegrowingglobalenergydemandandtheincreasinglyseriousenvironmentalpollutionproblem，low-nitrogencombustiontechnologyhasbeeneffectivelyappliedinthefieldofthermalpowergenerationasaneffectivemethodtoreducenitrogenoxideemissions，whichcannotonlyeffectivelyinhibittheformationofnitrogenoxide，butalsoreducetheimpactontheatmosphericenvironment.Howtopromotetheenergy-savingandgreenoperationofthermalpowerunitswiththehelpoflow-nitrogencombustiontechnologyhasbecomethefocusofthermalpowerplants.Thispaperstartswiththeanalysisofthekeypointsofthelow-nitrogencombustiontransformationofthe630MWthermalpowerunit，andthenclarifiesthespecificimplementationofoperationoptimizationstrategies.

KeyWords：Low-nitrogencombustion;Thermalpowerunit;Operationoptimization;Parameter

縱觀當(dāng)前我國火力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，作為主要燃煤發(fā)電設(shè)施的一種，630MW火電機組運行普遍存在氮氧化物排放量過大的問題，不僅影響周圍生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展，亦對火電領(lǐng)域生態(tài)、社會效益的創(chuàng)造產(chǎn)生不利影響。為實現(xiàn)對氮氧化物排放的有效控制，需加大對火電機組低氮燃燒的改造力度，并借助運行優(yōu)化策略的實施來提升燃燒效率，為火電廠運行成本的優(yōu)化控制提供助力。

1630MW火電機組低氮燃燒改造要點

1.1燃燒器結(jié)構(gòu)調(diào)整

作為630MW機組中的關(guān)鍵組成，燃燒器結(jié)構(gòu)與氮氧排放控制之間存在密切關(guān)聯(lián)。鑒于此，要想進一步提升機組低氮改造效果，需提高對燃燒器結(jié)構(gòu)調(diào)整的重視度，具體措施敘述如下。

（1）燃燒器噴嘴優(yōu)化。依據(jù)低氮燃燒要求對燃燒器噴嘴進行優(yōu)化設(shè)計，以促進燃料與空氣混合效果的改善。對此，可結(jié)合對630MW火電機組特點的分析，借助多級噴嘴，或調(diào)整噴嘴的形狀和尺寸，以提高燃燒效率和降低氮氧化物的生成。以某機組為例，為進一步提升燃燒效果，選擇將分離燃盡風(fēng)噴嘴設(shè)置于原燃燒器上方，在運行期間噴嘴可支持上下、左右擺動。（2）燃燒器燃燒區(qū)域調(diào)整。即對燃燒器燃燒區(qū)域加以調(diào)整，實現(xiàn)燃燒過程的優(yōu)化。如以分層燃燒為基準(zhǔn)，將燃料和空氣分為多個層次，以提高燃燒效率和降低氮氧化物排放[1]。（3）燃燒器進風(fēng)口和出口優(yōu)化。依據(jù)實際運行情況，對燃燒器進風(fēng)口和出口加以改造設(shè)計，改善燃燒過程中的流場分布和氣流動態(tài)特性。如通過增加進風(fēng)口面積、調(diào)整進風(fēng)角度、設(shè)計合理出口擴散器，有效抑制氮氧化物的生成。（4）改造期間適當(dāng)對底部一次風(fēng)、端部風(fēng)切圓進行縮減，但旋轉(zhuǎn)方向仍以逆時針為主；并按照順時針方向切入其余二次風(fēng)，以期在運行期間讓一次風(fēng)與二次風(fēng)生成角度相對偏小的偏置，以實現(xiàn)對橫向空氣分級的形成。以自上而下為基準(zhǔn)，燃燒器依次包括SOFA燃盡風(fēng)、OFA貼壁風(fēng)、F層一次風(fēng)、E層一次風(fēng)、CD層一次風(fēng)等。

1.2省煤器出口氧量優(yōu)化

機組運行期間鍋爐熱效率受到未燃碳熱損失、排煙熱損失、CO熱損失的直接影響，且未完全燃燒熱損失則與鍋爐總風(fēng)量變化存在密切關(guān)聯(lián)。通常情況下，總風(fēng)量過大極易導(dǎo)致排煙熱損失增加，而過小則出現(xiàn)CO熱損失增加情況。鑒于此，可對總風(fēng)量利用省煤器出口氧量值進行表征，通過對出口氧量優(yōu)化將CO熱損失、排煙熱損失控制在預(yù)期范圍內(nèi)。以630MW負(fù)荷為基準(zhǔn)，鍋爐燃燒過程隨著運行氧量的下降呈現(xiàn)出推遲狀態(tài)，過熱器與再熱器受到火焰中心向上偏移的影響，其敷設(shè)受熱面吸熱量明顯增加。但若保持低氧量運行狀態(tài)，送引風(fēng)機處理會隨著鍋爐總風(fēng)量的減少而下降，以實現(xiàn)對風(fēng)機電流的有效控制[2]。鑒于此，可基于對風(fēng)機能耗、降溫水流量等因素的分析，確定運行氧量與機組負(fù)荷的最佳關(guān)系，具體如表1所示。

1.2.1配風(fēng)方式優(yōu)化

運行期間鍋爐主氣溫、CO排放濃度、排煙溫度、NOx排放濃度均受到配風(fēng)方式應(yīng)用的直接影響。鑒于此，為實現(xiàn)對鍋爐NOx排放濃度的優(yōu)化控制，可結(jié)合對機組實際條件、特點的分析，對SOFA1、SOFA2、SOFA?GesO4HeSGgX+PIpmn1/gOw==;3下層燃盡風(fēng)風(fēng)門進行合理關(guān)小，以實現(xiàn)對NOx還原區(qū)域的合理擴大，通過充分化學(xué)反應(yīng)來提升NOx的吸收效果。在實際改造優(yōu)化過程中，對于二次風(fēng)門在不同負(fù)荷下的開度控制，其中BC、DE輔助風(fēng)開度需控制在90%；FF輔助風(fēng)開度控制在40%；SOFA1、SOFA2、SOFA3、SOFA4分別控制在30%、40%、50%、100%。

1.2.2SOFA擺角優(yōu)化

即結(jié)合NOx低排放要求的分析，在改造期間涉及對燃盡風(fēng)噴嘴的優(yōu)化。同時，噴嘴擺動角度的合理控制，與火焰中心高度控制存在密切關(guān)聯(lián)，可通過對擺角位置的合理確定，進一步提升燃盡區(qū)的空氣分布效果，以期將NOx含量控制在預(yù)期范圍內(nèi)。通過實驗得知，以10°為基準(zhǔn)來控制SOFA水平擺角右擺，其NOx排放濃度可下降超過28mg/m3，且CO排放濃度可控制在80ul/L范圍內(nèi)[3]。

1.2.3燃燒調(diào)控系統(tǒng)改進

630MW火電機組運行期間氮氧化物的排放控制受到燃燒調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用的直接影響。鑒于此，要想降低火電機組運行對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，需通過改造調(diào)控系統(tǒng)來實現(xiàn)低氮燃燒，具體調(diào)整要點敘述如下。

（1）燃燒過程監(jiān)測與分析。即在機組運行期間，借助調(diào)控系統(tǒng)對燃燒過程中關(guān)鍵參數(shù)實時監(jiān)測，具體包括燃燒溫度、壓力、氧濃度等，以科學(xué)、準(zhǔn)確地分析燃燒過程的運行狀態(tài)和特性，并為燃燒調(diào)控策略的優(yōu)化制定提供參考。（2）智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用?；痣姀S可加大對智能化控制系統(tǒng)的引進力度，實現(xiàn)對燃燒過程的精確和自動化控制。鑒于此，可依據(jù)自身條件與能力的分析，借助控制算法和模型預(yù)測技術(shù)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)和人工智能的方法，實現(xiàn)燃燒調(diào)控系統(tǒng)的智能化優(yōu)化和自適應(yīng)控制。（3）燃燒調(diào)控與其他系統(tǒng)集成。即以低氮燃燒為目標(biāo)，將燃燒調(diào)控系統(tǒng)與其他關(guān)鍵系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)燃燒過程的協(xié)同控制和優(yōu)化。如在運行期間保持與燃燒器噴嘴、進風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的協(xié)同工作，通過提升提高燃燒效率來實現(xiàn)低氮控制。此外，需在改造期間開展實驗驗證和數(shù)據(jù)分析，以評估燃燒調(diào)控系統(tǒng)改進的效果，并根據(jù)實際情況進行進一步優(yōu)化和調(diào)整[4]。

2630MW火電機組低氮燃燒運行優(yōu)化策略

2.1排放控制技術(shù)應(yīng)用

要想進一步提升630MW火電機組的低碳燃燒效果，需以排放控制技術(shù)的有效應(yīng)用為關(guān)鍵。鑒于此，需在機組運行優(yōu)化過程中，提高對排放控制技術(shù)的應(yīng)用力度，具體包括：（1）返料煙氣再循環(huán)技術(shù)。該技術(shù)可將一部分煙氣回收并再循環(huán)到燃燒器中參與燃燒過程。以降低燃燒溫度和氧濃度，減少氮氧化物的生成。需注意的是，返料煙氣再循環(huán)技術(shù)通常需配備再循環(huán)系統(tǒng)和控制裝置。（2）氮氧化物減排裝置的應(yīng)用。即根據(jù)機組運行情況合理配備氮氧化物減排裝置，可在燃燒過程中捕捉和轉(zhuǎn)化氮氧化物。在實際運行過程中，可視情況選用SCR裝置、SNCR裝置，并通過對催化劑和再循環(huán)系統(tǒng)的配備，以獲取更為理想的氮氧化物減排效果。（3）運行和維護管理。要求人員在機組運行期間加大對維護管理的實施力度，以確保排放控制符合預(yù)期要求，如定期開展設(shè)備檢查和維護，及時進行故障診斷和修復(fù)，以促進氮氧化物減排效果持續(xù)優(yōu)化

2.2氮氧化物排放監(jiān)測

為避免氮氧化物排放過多影響到周圍生態(tài)環(huán)境發(fā)展，并對人體健康造成威脅，火電廠需重視對氮氧化物排放的全面監(jiān)測?；诖?，需依據(jù)對630MW火電機組特點的分析，結(jié)合以下幾點來實現(xiàn)有效監(jiān)測。

一是排放監(jiān)測設(shè)備安裝。在明確機組運行現(xiàn)狀的前提下，在燃燒系統(tǒng)中安裝氮氧化物排放監(jiān)測設(shè)備，如氮氧化物分析儀和連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)，以實時監(jiān)測和記錄燃燒過程中氮氧化物的濃度和排放量。二是排放監(jiān)測參數(shù)的選擇。基于對燃燒過程中氮氧化物特性和排放要求的分析，選擇合適的監(jiān)測參數(shù)，如通過氧化物總量、分子式、濃度、排放速率等的監(jiān)測，了解氮氧化物的生成和排放情況[5-6]。三是排放監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與報告。即在運行期間重視對氮氧化物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，評估低氮燃燒效果的達成。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢和統(tǒng)計信息，判斷燃燒過程中氮氧化物的生成和排放情況。同時，需按照相關(guān)要求，規(guī)范編制排放監(jiān)測報告，記錄和匯總監(jiān)測結(jié)果，以便后續(xù)的評估和改進。

3運行效果分析

3.1低氮燃燒改造后的排放數(shù)據(jù)分析

低氮燃燒改造是火電廠實現(xiàn)氮氧化物排放控制的有效舉措，通過對某火電廠進行低氮燃燒改造，對低氮燃燒效果進行評估，具體的數(shù)據(jù)分析表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）改造后鍋爐NOx排放濃度呈明顯下降態(tài)勢，其降幅控制在40%左右，其最高排放濃度不超過50mg/m3。

（2）改造后CO濃度降低至58UL/L，且再熱器減溫水用量降低約10t/h，鍋爐熱效率修正后提升至93.67%，風(fēng)機電流合計降低約40A，進一步凸顯出低氮燃燒改造的有效性。

（3）以典型工況為前提，鍋爐排煙溫度實測約為138.6℃，修正后控制在132.5℃左右。

依據(jù)對排放數(shù)據(jù)分析，改造后該火電廠排放數(shù)據(jù)顯示明顯下降，達到了預(yù)期的減排目標(biāo)。且低氮燃燒改造方案在降低氮氧化物排放方面取得顯著的成果，有效提升燃燒系統(tǒng)的環(huán)保性能。

3.2經(jīng)濟性分析

該火電廠通過實施一系列改造與優(yōu)化策略，包括設(shè)備更新、工藝改進和能源管理等。在實現(xiàn)效能和經(jīng)濟性顯著提升的同時，將運營成本控制在預(yù)期范圍內(nèi)。首先，對改造與優(yōu)化的成本進行詳細(xì)分析，該火電廠設(shè)備更新的投資成本為500萬，每年的運營成本為100萬，維護成本為50萬。改造與優(yōu)化策略實施后，火電廠每年的節(jié)約成本為200萬元人民幣。根據(jù)成本和效益的分析結(jié)果，計算改造與優(yōu)化策略的投資回收期，其中該火電廠改造與優(yōu)化的投資回收期約為3年，且改造與優(yōu)化策略實施后，火電廠的年均投資回報率為約為20%。

4結(jié)語

綜上所述，630MW火電機組的低氮燃燒改造與優(yōu)化，可在增大火電廠生態(tài)效益創(chuàng)造的同時，為火電廠運行成本與氮氧化物排放量控制提供保障。鑒于此，需在科學(xué)制定機組改造方案的基礎(chǔ)上，借助科學(xué)對策來促進火電機組運行優(yōu)化，繼而為火電廠可持續(xù)發(fā)展保駕護航。

參考文獻

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