CFB鍋爐脫硫脫硝系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）規(guī)定現(xiàn)有燃煤鍋爐SOx、NOx的排放濃度均降低至200mg/m3以下，新建燃煤鍋爐SOx、NOx的排放濃度在100mg/m3以下。現(xiàn)役機(jī)組必須利用現(xiàn)有污染物控制裝置，結(jié)合運(yùn)行條件優(yōu)化，進(jìn)一步提高脫硫脫硝效率，滿足污染物排放要求。某電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐通過爐內(nèi)干法脫硫和尾部增濕活化降低SOx的排放濃度，采用選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）控制NOx的排放。本文研究如何在SOx、NOx排放達(dá)標(biāo)的同時(shí)，最大限度降低脫硫脫硝成本，降低原料用量和系統(tǒng)的電耗，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)模型的建立

針對(duì)CFB鍋爐脫硫脫硝工藝，建立的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要包括石灰石粉消耗量、增濕活化噴水量、SNCR還原劑消耗量以及電消耗量等幾個(gè)方面。

1．1石灰石粉及增濕活化噴水量模型的建立

該CFB鍋爐脫硫工藝采用爐內(nèi)脫硫和尾部增濕活化兩部分。爐內(nèi)脫硫劑選用石灰石（CaCO3）。

石灰石粉的消耗量主要與煤燃燒生成的SO2氣體含量有關(guān)，鈣硫比R計(jì)算式為

式中：M為給煤量；Sar為煤中硫分；α為石灰石純度；T為爐內(nèi)脫硫劑石灰石粉輸送量。根據(jù)試驗(yàn)修正的石灰石計(jì)量公式：T=0.0209S轉(zhuǎn)速，可以推出鈣硫比與給料機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系表達(dá)式為

尾部增濕活化選用水作為活化劑，活化飛灰中未反應(yīng)的CaO。根據(jù)鈣硫比對(duì)脫硫效率影響的試驗(yàn)，得出鈣硫比應(yīng)該設(shè)定為2~3之間的結(jié)論，由式（2）可以推出CaCO3的消耗量m（CaCO3）為

由式（3）可得燃燒相應(yīng)石灰石產(chǎn)生的CaO質(zhì)量為

理論上飛灰中剩余的CaO，即爐內(nèi)未反應(yīng)CaO的質(zhì)量m（CaO）剩為

因此，理論上完全活化飛灰中剩余的CaO所需的噴水量M水為

1．2噴氨量模型的建立

該CFB鍋爐脫硝工藝采用選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR），還原劑選用濃度為20%的濃氨水，氨水的消耗量主要與煤燃燒生成的NOx氣體的含量有關(guān)，根據(jù)SNCR脫硝效率與氨氮摩爾比NSR（用K表示）的表達(dá)式ηNOx=1－exp（－h(huán)K），h為脫硝系數(shù)，易推導(dǎo)出如下公式：

式中：MNH3為SNCR還原劑氨水的質(zhì)量；C氨水為SNCR還原劑氨水的濃度；η超重為超重力機(jī)的分離效率；K為氨氮摩爾比NSR；N′NOx為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%O2下未噴氨時(shí)煙氣中NOx的濃度；V為水平煙道煙氣流量。

1．3耗電量模型的建立

1.3.1爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)耗電量模型

爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)的耗電量包括給料機(jī)耗電量和空壓機(jī)耗電量。

（1）給料機(jī)電耗量模型。石灰石給料機(jī)額定功率為7.5kW，額定轉(zhuǎn)速為1455r/min，額定電壓為400V，額定電流為17A，功率因數(shù)為0.76。由于負(fù)荷不斷變化，給料量也在不斷變化，將給料機(jī)的電耗直接體現(xiàn)在給料機(jī)的給料量T上。通過采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定給料機(jī)的耗電模型。設(shè)給料機(jī)電耗為W給料機(jī)，則有

式中：φ為給料機(jī)耗電系數(shù)。

（2）空壓機(jī)電耗量模型。爐內(nèi)脫硫劑石灰石粉是由空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣送至爐膛內(nèi)，因此空壓機(jī)的耗電量主要用于輸粉，空壓機(jī)耗電量和輸粉總量T之間滿足定量關(guān)系，即

式中：δ為空壓機(jī)耗電系數(shù)。因此，爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)耗電量為

1.3.2爐外脫硫系統(tǒng)耗電量模型

尾部增濕活化裝置耗電量主要來自脫硫泵，脫硫泵的額定功率為15kW。由于增濕活化裝置在脫硫過程中，噴水量不斷變化，因此脫硫泵的耗電量也不固定。脫硫泵的電耗直接體現(xiàn)在噴水量上，通過采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定脫硫泵的耗電模型。尾部增濕活化電耗量設(shè)為W水，有

式中：ρ為脫硫泵的耗電系數(shù)。

延伸閱讀：

300MW機(jī)組CFB鍋爐超低排放級(jí)聯(lián)合脫硫匹配方式試驗(yàn)

150MW循環(huán)流化床鍋爐脫硫脫硝技術(shù)改造及燃燒優(yōu)化

燃用褐煤的循環(huán)流化床鍋爐排放及燃燒效率研究

鍋爐煙氣脫硫脫硝除塵的循環(huán)流化床半干法工藝技術(shù)抉擇分析