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循環(huán)流化床(circulatingfluidizedbed,CFB)鍋爐燃燒技術由于其高效?低污染?燃料適應性強和污染物排放低的優(yōu)點,近幾年得到了迅速發(fā)展?一般情況下,CFB鍋爐生成的NOx質(zhì)量濃度(以下簡稱“濃度”)在200~300mg/m3(標準狀態(tài),下同),因此對煙氣中的NOx脫硝效率要求在50%~80%即可實現(xiàn)低排放要求?選擇性非催化還原(selectivenon-catalyticreduction,SNCR)脫硝技術與CFB鍋爐煙氣脫硝具有較高的契合度:CFB鍋爐爐膛出口溫度適合SNCR煙氣脫硝,NOx初始濃度低,脫硝效率要求不高,因此在循環(huán)流化床鍋爐上應用SNCR技術對系統(tǒng)進行改進即可實現(xiàn)超低排放?
SNCR脫硝技術,就是在不添加催化劑的條件下,在爐膛煙氣適宜溫度下加入還原劑與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O?一般SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑主要是氨和尿素?以氨為還原劑時,沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生且裝置簡單適合煙氣脫硝處理;以尿素為還原劑時,在反應過程中可能產(chǎn)生CO的排放問題?SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)主要包括還原劑儲存系統(tǒng)?還原劑配送系統(tǒng)?還原劑吹脫混合系統(tǒng)?還原劑計量系統(tǒng)?還原劑噴射系統(tǒng)以及其他工藝輔助系統(tǒng)(電氣?控制以及其他公用設施)?某電廠SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)是以質(zhì)量分數(shù)為20%~25%的液氨為還原劑,脫硝工藝流程如圖1所示?SNCR技術應用在CFB鍋爐上具有以下優(yōu)點:a)煙氣脫硝裝置的安裝不需要改變現(xiàn)有鍋爐設備,只需添加還原劑的儲存裝置和噴射裝置,系統(tǒng)結構簡單?b)系統(tǒng)投資小,與選擇性催化還原(selectivecatalyticreduction,SCR)技術相比,在系統(tǒng)運行中不需要昂貴的催化劑,特別適合鍋爐的改造?c)阻力小,煙氣脫硝系統(tǒng)投入整個系統(tǒng)中對鍋爐的正常運行影響較小?d)脫硝的還原劑一般為含有氨基的物質(zhì),還原劑來源廣泛?e)SNCR脫硝運行過程中無固體和液體的污染物或副產(chǎn)物產(chǎn)生,沒有二次污染?SNCR脫硝控制系統(tǒng)是根據(jù)機組負荷變化?燃煤煤質(zhì)變化?煙氣流量變化以及煙氣中NOx濃度變化等情況,通過調(diào)節(jié)加入的氨量來控制煙氣出口排放的NOx濃度?煙氣脫硝控制在實施過程中主要對以下情況進行調(diào)整:NOx測量信號存在較長滯后,不能快速反應;整個煙氣脫硝系統(tǒng)具有大遲延和大慣性?2.2 煙氣脫硝的控制方式———固定物質(zhì)的量比控制和出口NOx定值控制固定物質(zhì)的量比控制方案是基于脫硝效率的控制方式,根據(jù)脫硝效率調(diào)節(jié)氨氣流量的調(diào)節(jié)閥;出口NOx定值控制是使出口NOx濃度保持在一定值,比固定的物質(zhì)的量比更容易監(jiān)視,還原劑的消耗量比較小?煙氣脫硝是一個典型的大遲延?大滯后的反應過程,負荷確定的條件下燃煤煤質(zhì)變化或者風量的變化都會引起出口NOx濃度出現(xiàn)較大的波動,常用的煙氣脫硝控制技術還必須對波動現(xiàn)象進行補償?2.3煙氣脫硝控制系統(tǒng)———出口NOx濃度和氨流量串級控制煙氣脫硝控制一般是帶有前饋的串級控制系統(tǒng)?系統(tǒng)自動運行時,出口NOx濃度的比例積分微分(proportionplusintegrationplusdifferentia-tion,PID)控制器作為主回路,氨水的PID控制器為副回路?當出口NOx濃度與設定值比較出現(xiàn)偏差時,NOx濃度調(diào)節(jié)器(主調(diào))根據(jù)偏差調(diào)節(jié)噴氨流量信號,通過調(diào)節(jié)氨氣流量調(diào)節(jié)閥改變噴氨量,使出口NOx濃度等于給定值?常規(guī)的煙氣脫硝系統(tǒng)如圖2所示,圖3為煙氣脫硝串級控制系統(tǒng)的結構?對控制對象進行試驗,調(diào)節(jié)閥階躍擾動下可以得到氨氣流量響應曲線和出口NOx濃度對氨氣流量的響應曲線?式中s表示一個復數(shù)變量?出口NOx濃度響應函數(shù)利用MATLAB工具箱對控制對象和串級控制系統(tǒng)做階躍響應可得到如圖4所示的3條曲線?從圖4可以看出,氨流量能夠快速響應但存在一定的超調(diào)量,出口NOx濃度曲線具有較長調(diào)節(jié)過程,煙氣脫硝系統(tǒng)的串級響應曲線超調(diào)量較大,調(diào)節(jié)時間較長?3.2 煙氣脫硝系統(tǒng)改進及相應曲線分析在煙氣脫硝控制系統(tǒng)中,由于出口NOx濃度響應遲延的存在,使得控制量不能及時受到控制,整個脫硝過程必然會產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和較長的調(diào)節(jié)時間?對煙氣脫硝系統(tǒng)進行改進,目的是減小系統(tǒng)超調(diào),縮短調(diào)節(jié)時間?圖5為改進后的控制系統(tǒng)的結構?圖5所示的改進控制系統(tǒng)主要是在主回路中加入一個補償器來消除系統(tǒng)純滯后的影響,同時通過調(diào)整控制器參數(shù)降低系統(tǒng)超調(diào)量,縮短系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間?通過整定控制器,利用改進的控制系統(tǒng)可以得到系統(tǒng)的響應曲線,圖6為串級控制響應曲線和改進控制后的響應曲線?由圖6可以看出,在原串級控制基礎上對控制系統(tǒng)進行改進后,系統(tǒng)響應速度明顯加強,超調(diào)量減小,調(diào)節(jié)時間縮短,控制品質(zhì)得到明顯提升?針對氨逃逸和氧含量的影響,還需要優(yōu)化爐膛出口煙氣流動,加強還原劑與NOx的反應,并調(diào)整鍋爐燃燒方式,將脫硫與脫硝耦合,控制燃燒過程中的空氣系數(shù)?a)大氣污染物的控制逐漸加強,進一步降低NOx的排放是必須解決的問題?對于一些燃用低熱值煤的CFB鍋爐,投資費用小,經(jīng)濟效益高的SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)是可行的?b)對SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行改進,可以實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化,降低超調(diào)量,同時縮短調(diào)節(jié)時間?通過改進后的控制仿真曲線可以看出,改進后的控制效果要比原來的系統(tǒng)效果好?進一步對控制系統(tǒng)優(yōu)化可以將模糊控制?神經(jīng)網(wǎng)絡?自適應控制?專家控制等先進控制技術應用在系統(tǒng)中?c)為了實現(xiàn)機組的超低排放,應進一步優(yōu)化鍋爐燃燒方式,同時充分發(fā)揮燃煤電廠脫硫?脫硝?脫汞一體化的優(yōu)勢?（來源循環(huán)流化床發(fā)電）編輯：蘭陵王
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