一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，低氮燃燒（LNB）出口排放的NOx又是SCR入口的NOx，因此LNB出口的NOx不僅影響LNB的運(yùn)行成本，又會(huì)影響SCR運(yùn)行成本。目前，對(duì)于低氮燃燒的NOx排放控制通常只是粗略要求在不大幅度降低燃燒經(jīng)濟(jì)性的前提下，盡量降低NOx，沒有進(jìn)行低氮燃燒和脫硝氨消耗的成本比較，也未考慮煤和氨的市場(chǎng)價(jià)格的變動(dòng)；本發(fā)明的方法是在試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算的基礎(chǔ)上，得到在不同的LNB出口排放的NOx時(shí)，LNB及SCR運(yùn)行成本的變化，從而得到成本最低時(shí)的低氮燃燒NOx控制值，使得在NOx排放達(dá)標(biāo)的前提下，使LNB+SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本最低。
【專利說明】一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]NOx是電站燃煤鍋爐的主要污染物之一。NOx不僅對(duì)臭氧層造成破壞，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，并且是PM2.5的主要源頭之一。因此GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)電站鍋爐實(shí)施了更為嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，從2014年開始，現(xiàn)有燃煤鍋爐NO X排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到lOOmg/m3以下。目前傳統(tǒng)電站鍋爐NOx實(shí)際排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此標(biāo)準(zhǔn)，一般煙煤鍋爐NOx排放濃度在500-800mg/m3，貧煤鍋爐在650-1100mg/m3，無煙煤鍋爐的NOx排放濃度更高。
[0003]降低電站燃煤鍋爐NOx排放的主流途徑有兩種，即低氮燃燒(LNB)、選擇性催化還原法(SCR)。低氮燃燒(LNB)是燃燒過程中的降低NOx技術(shù)，SCR是燃燒后降低NOx技術(shù)。煤燃燒過程中NOx主要產(chǎn)生于燃燒初期的揮發(fā)份析出和高溫下空氣中N的氧化。低氮燃燒(LNB)就是通過改造鍋爐燃燒器的型式，在煤燃燒的初期刻意只提供燃燒所需70%-80%的空氣，使燃燒處于缺氧和較低的溫度狀態(tài)，從而減少NOx的生成，然后在燃燒的后期投入剩余的20%-30%空氣(這一部分空氣稱作over fire air,簡(jiǎn)稱0FA)，盡量使煤中焦炭能夠燃盡。OFA風(fēng)量在0-30%范圍內(nèi)變化，OFA量越大，NOx排放越低，但是也導(dǎo)致欠氧和低溫程度越高，焦炭難以燃盡，燃烷烴濟(jì)性降低。
[0004]經(jīng)過低氮燃燒器(LNB)改造后，煙煤鍋爐NOx排放能夠降低到200-400mg/m3，貧煤鍋爐能降低到400-600mg/m3，為進(jìn)一步將NOx降低到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的100mg/m3以下，目前主流的途徑是在鍋爐尾部安裝SCR煙氣脫硝系統(tǒng)。SCR煙氣脫硝的原理是在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨NH3，將煙氣中的NOx催化還原成隊(duì)和!120，主要反應(yīng)式為4N0+4NH3+02 =4N2+6H20。所需還原劑氨NH3—般采用液氨或尿素的形式提供。要求的NOx排放越低，需要的還原劑氨NH3越多。
[0005]為了達(dá)到環(huán)保要求，目前大多數(shù)電站鍋爐采取了低氮燃燒(LNB) +選擇性催化還原法(SCR)技術(shù)。低氮燃燒(LNB)可以通過控制OFA風(fēng)量的大小控制爐膛出口 NOx的排放量。同時(shí)低氮燃燒(LNB)出口的NOx又是SCR入口的N0x，鍋爐低氮燃燒不僅影響鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，也影響到SCR的運(yùn)行氨消耗量。一方面低氮燃燒(LNB) NOx排放越低，要求的燃燒初期欠氧程度越高，燃燒效率越低，需要消耗更多的煤，導(dǎo)致成本上升；另一方面，低氮燃燒(LNB)排放的NOx越低，則SCR系統(tǒng)則所需消耗的還原劑氨NH3越少，成本下降。因此低氮燃燒存在在一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的NOx控制值，在此值下，低氮燃燒(LNB) +選擇性催化還原法(SCR)的成本最低。另外，入爐煤和氨的市場(chǎng)價(jià)格的變化，也會(huì)影響總成本的變化。
[0006]目前裝備了LNB+SCR的電站燃煤鍋爐在運(yùn)行過程中，對(duì)于低氮燃燒的NOx排放控制通常只是粗略要求在不大幅度降低燃烷烴濟(jì)性的前提下，盡量降低NOx，沒有進(jìn)行低氮燃燒和脫硝氨消耗的成本比較，也未考慮煤和氨的市場(chǎng)價(jià)格的變動(dòng)，未見有通過精確計(jì)算成本后，對(duì)低氮燃燒的NOx排放值進(jìn)行精確控制。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，該控制方法通過比較鍋爐效率變化成本和氨消耗量變化成本，在NOx排放達(dá)標(biāo)的前提下，使LNB+SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本最低。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，包括以下步驟:
[0010](1)設(shè)定機(jī)組運(yùn)行在某一固定電負(fù)荷，保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，將低氮燃燒LNB的OFA風(fēng)量由0-30%逐步改變?nèi)舾纱危玫饺舾蓚€(gè)不同運(yùn)行工況，記錄工況值，并測(cè)量每個(gè)工況下LNB出口的NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量；
[0011](2)改變機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)上述步驟，得到機(jī)組不同負(fù)荷下NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量；
[0012](3)輸入入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格，分別記做ml、m2，單位:元/噸；
[0013](4)計(jì)算出在某個(gè)固定負(fù)荷下，以某一工況為基準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)工況相對(duì)此工況由于燃燒效率變化導(dǎo)致的成本增加量Gli，其中:i=l，2，…n，Gli，單位:元；
[0014](5)以步驟(4)的基準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)工況相對(duì)此工況，由于NOx變化導(dǎo)致的NH3消耗量成本下降量G2i, i=l, 2,…η;
[0015](6)以機(jī)組不同負(fù)荷下NOx排放量為橫坐標(biāo)，Gl1、G2i (i=l，2，…η)為縱坐標(biāo)，得到Gl1、G2i趨勢(shì)線，其中當(dāng)G21-Gli達(dá)到最大值時(shí)，成本最低，對(duì)應(yīng)的NOx值即為最佳控制值;
[0016](7)重復(fù)布步驟(4)- (5)，得到各個(gè)不同負(fù)荷下的NOx最佳控制值。以負(fù)荷為橫坐標(biāo)，將不同負(fù)荷下NOx最佳控制值為縱坐標(biāo)，得到最佳NOx控制值隨負(fù)荷變化的曲線，通過插值法得到任意負(fù)荷下最佳NOx控制值；
[0017](8)當(dāng)入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格ml、m2發(fā)生變動(dòng)時(shí)，重復(fù)步驟(2)- (7)，得到新的最經(jīng)濟(jì)NOx控制值。
[0018]所述步驟(1)的具體方法包括以下步驟:
[0019](a)設(shè)機(jī)組運(yùn)行在某一固定電負(fù)荷N，單位:MW，保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，將低氮燃燒LNB的OFA風(fēng)量由0-30%逐步改變?nèi)舾纱?，得到η個(gè)不同運(yùn)行工況，分別記做工況Ti，i=l，
2,..., η, n為自然數(shù)；
[0020](b)實(shí)際測(cè)量并計(jì)算每個(gè)工況下LNB出口 NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量，分別記做 Nox1、n1、qi,i=l,2,…，n，單位分別為:mg/m3, %，kg/h ;
[0021](c)改變機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷N，重復(fù)上述步驟，得到機(jī)組不同負(fù)荷下的Nox1、n1.qi ；
[0022]所述步驟(4)中，具體方法如下:計(jì)算出在某個(gè)固定負(fù)荷下，以工況Tl為基準(zhǔn)，每個(gè)工況Ti相對(duì)Tl工況，由于燃燒效率變化導(dǎo)致的成本增加量Gli，計(jì)算式如下所示，其中，:i=l,2,…n, Gli,單位:元
[0023]Gli= ( nl-ni) X3.2XmlXN/1000
[0024]式中的3.2為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，含義是鍋爐效率每下降1%，每發(fā)Ikwh電需要增加的標(biāo)準(zhǔn)煤量，單位是g/kwh。
[0025]所述步驟(5)中，具體方法如下:以工況Tl為基準(zhǔn)，每個(gè)工況Ti相對(duì)Tl工況，由于NOx變化導(dǎo)致的NH3消耗量成本下降G2i，計(jì)算式如下所示:[0026]G2i=(ql_qi)/1000Xm2。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:通過試驗(yàn)和計(jì)算，分別得到低氮燃燒導(dǎo)致鍋爐效率降低引起的成本上升曲線，以及低氮燃燒NOx降低導(dǎo)致SCR的NH3消耗量下降引起的成本下降曲線，對(duì)二者進(jìn)行比較后，得到最經(jīng)濟(jì)的NOx控制值，對(duì)于配備了低氮燃燒(LNB)+選擇性催化還原法(SCR)的電站鍋爐，在達(dá)到NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行成本的最低化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法實(shí)例圖，
[0029]圖2為基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法的程序示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0030]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[0031]如圖1所示，假設(shè)某電廠600MW機(jī)組燃煤鍋爐，配備了低氮燃燒(LNB) +選擇性催化還原法(SCR)。具體計(jì)算步驟如下:
[0032](I)機(jī)組運(yùn)行在額定負(fù)荷N=600MW，保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，將低氮燃燒(LNB)的OFA風(fēng)量由0-30%逐步改變，得到9個(gè)不同運(yùn)行工況，分別記做工況Ti (i=l，2，…9)；
[0033](2)實(shí)際測(cè)量并計(jì)算每個(gè)工況下LNB出口 NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量(液氨或尿素)，分別記做NOx1、n1、qi (i=l,2,…9)，單位分別為:mg/m3, %, kg/h ;
[0034](3)改變機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷N，重復(fù)上述步驟，可以得到機(jī)組不同負(fù)荷下的NOx1、η 1、qi ；
[0035](4)入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格，分別取為ml=700、m2=3000 (單位:元/t)，列入表I ;
[0036](5)計(jì)算出在某個(gè)固定負(fù)荷下，以工況Tl為基準(zhǔn)，工況Ti相對(duì)Tl工況，由于燃燒效率變化導(dǎo)致的成本增加Gli (單位:元/h)，可以下列公式計(jì)算:
[0037]Gli= ( nl-ni) X3.2XmlXN/1000
[0038]式中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)3.2，為鍋爐效率每變化1%，影響標(biāo)準(zhǔn)煤量，單位是g/kwh ；
[0039](6)計(jì)算出與步驟(5)相同的固定負(fù)荷下，以工況Tl為基準(zhǔn)，工況Ti相對(duì)Tl工況，由于NOx變化導(dǎo)致的NH3消耗量成本下降G2i (單位:元/h)，可以下列公式計(jì)算:
[0040]G2i=(ql-qi) Xm2/1000 ；
[0041](7)將NOx1、n1、q1、Gl1、G2i數(shù)據(jù)列入表1 ;以NOxi為橫坐標(biāo)，Gl1、G2i為縱坐標(biāo)，得到圖1所示Gl、G2趨勢(shì)線。由脫硝反應(yīng)式4N0+4NH3+02 = 4N2+6H20, NH3消耗量與NOx是線性關(guān)系，Gl曲線為直線。由工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，G2曲線為圖1中類似曲線，它反映的是當(dāng)NOx愈低，則燃燒欠氧程度愈高，鍋爐效率急劇下降，導(dǎo)致燃煤成本急劇上升。由圖1中實(shí)例可以得到當(dāng)N0x=400mg/m3時(shí)，(G2-G1)達(dá)到最大值，此時(shí)運(yùn)行成本最低，對(duì)應(yīng)的N0x=400mg/m3即為最佳控制值；
[0042](8)重復(fù)布步驟(5)- (7)，得到各個(gè)不同負(fù)荷下的NOx最佳控制值。以負(fù)荷為橫坐標(biāo)，將不同負(fù)荷下NOx最佳控制值為縱坐標(biāo)，得到最佳NOx控制值隨負(fù)荷變化的曲線，通過插值法可以得到任意負(fù)荷下最佳NOx控制值。
[0043](9)當(dāng)入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格ml、m2發(fā)生變動(dòng)時(shí)，重復(fù)步驟(3)- (8)，表1中ml、m2、Gl1、G2i列數(shù)據(jù)更新，從而得到新的最經(jīng)濟(jì)NOx控制值。
[0044]上述步驟中的關(guān)鍵參數(shù)是Nox1、η 1、qi,其中氮氧化物Noxi和氨消耗量qi通過在線儀表(目前電站鍋爐普遍配備)或者試驗(yàn)測(cè)量(在線儀表精度不夠時(shí))獲得。鍋爐效率目前的技術(shù)無法通過在線參數(shù)獲得精確值，需要經(jīng)過試驗(yàn)方法得到，計(jì)算方法參見GB10184-88《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》。按照該規(guī)程，通過試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)量值排煙氧量、排煙溫度、環(huán)境溫濕度等參數(shù)，以及取樣化驗(yàn)煤質(zhì)和灰渣含碳量等數(shù)據(jù)，通過反平衡計(jì)算得到鍋爐效率。
[0045]表1
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，其特征是:包括以下步驟: (O設(shè)定機(jī)組運(yùn)行在某一固定電負(fù)荷，保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，將低氮燃燒LNB的OFA風(fēng)量由0-30%逐步改變?nèi)舾纱危玫饺舾蓚€(gè)不同運(yùn)行工況，記錄工況值，并測(cè)量每個(gè)工況下LNB出口的NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量； (2)改變機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷，重復(fù)上述步驟，得到機(jī)組不同負(fù)荷下NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量； (3)輸入入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格,分別記做ml、m2，單位:元/噸； (4)計(jì)算出在某個(gè)固定負(fù)荷下，以某一工況為基準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)工況相對(duì)此工況由于燃燒效率變化導(dǎo)致的成本增加量Gli，其中:i=l，2，…n，Gli，單位:元； (5)以步驟(4)的基準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)工況相對(duì)此工況，由于NOx變化導(dǎo)致的NH3消耗量成本下降量G2i, i=l, 2, *..η ； (6)以機(jī)組不同負(fù)荷下NOx排放量為橫坐標(biāo)，Gl1、G2i(i=l,2,…η)為縱坐標(biāo),得到Gl1、G2i趨勢(shì)線，其中當(dāng)G21-Gli達(dá)到最大值時(shí)，成本最低，對(duì)應(yīng)的NOx值即為最佳控制值； (7)重復(fù)布步驟(4)-(5)，得到各個(gè)不同負(fù)荷下的NOx最佳控制值；以負(fù)荷為橫坐標(biāo)，將不同負(fù)荷下NOx最佳控制值為縱坐標(biāo)，得到最佳NOx控制值隨負(fù)荷變化的曲線，通過插值法得到任意負(fù)荷下最佳NOx控制值； (8)當(dāng)入爐煤和液氨的市場(chǎng)價(jià)格ml、m2發(fā)生變動(dòng)時(shí)，重復(fù)步驟(2)-(7)，得到新的最經(jīng)濟(jì)NOx控制值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，其特征是:所述步驟(1)的具體方法包括以下步驟: (a)設(shè)機(jī)組運(yùn)行在某一固定電負(fù)荷N，單位:麗，保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，將低氮燃燒LNB的OFA風(fēng)量由0-30%逐步改變?nèi)舾纱?，得到η個(gè)不同運(yùn)行工況，分別記做工況Ti，i=l,2,..., η, η為自然數(shù)； (b)實(shí)際測(cè)量并計(jì)算每個(gè)工況下LNB出口NOx排放量、鍋爐效率、NH3消耗量，分別記做Noxi> n1、qi,i=l,2,…，n，單位分別為:mg/m3，％，kg/h ; (c)改變機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷N，重復(fù)上述步驟，得到機(jī)組不同負(fù)荷下的Nox1、η1、qi。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，其特征是:所述步驟(4)中，具體方法如下:計(jì)算出在某個(gè)固定負(fù)荷下，以工況Tl為基準(zhǔn)，每個(gè)工況Ti相對(duì)Tl工況，由于燃燒效率變化導(dǎo)致的成本增加量Gli，計(jì)算式如下所示，其中:i=l,2,…n, Gli,單位:元 Gli= ( nl-ni) X3.2XmlXN/1000 式中的3.2為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，含義是鍋爐效率每下降1%，每發(fā)Ikwh電需要增加的標(biāo)準(zhǔn)煤量，單位是g/kwh。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于成本計(jì)算的低氮燃燒最優(yōu)NOx排放量控制方法，其特征是:所述步驟(5)中，具體方法如下:以工況Tl為基準(zhǔn)，每個(gè)工況Ti相對(duì)Tl工況，由于NOx變化導(dǎo)致的NH3消耗量成本下降G2i，計(jì)算式如下所示:
G2i=(ql_qi)/1000Xm2。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103885337SQ201410105495
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】趙晴川, 周新剛, 姜波, 董建 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院