[发明专利]一种基于成本计算的低氮燃烧最优NOx排放量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于成本计算的低氮燃烧最优NOx排放量控制方法。

背景技术

NOx是电站燃煤锅炉的主要污染物之一。NOx不仅对臭氧层造成破坏，产生温室效应，并且是PM2.5的主要源头之一。因此GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》对电站锅炉实施了更为严格的NOx排放标准，从2014年开始,现有燃煤锅炉NO x排放标准达到100mg/m³以下。目前传统电站锅炉NOx实际排放远远高于此标准，一般烟煤锅炉NOx排放浓度在500-800mg/m³，贫煤锅炉在650-1100mg/m³，无烟煤锅炉的NOx排放浓度更高。

降低电站燃煤锅炉NOx排放的主流途径有两种，即低氮燃烧（LNB）、选择性催化还原法（SCR）。低氮燃烧（LNB）是燃烧过程中的降低NOx技术，SCR是燃烧后降低NOx技术。煤燃烧过程中NOx主要产生于燃烧初期的挥发份析出和高温下空气中N的氧化。低氮燃烧（LNB）就是通过改造锅炉燃烧器的型式，在煤燃烧的初期刻意只提供燃烧所需70%-80%的空气，使燃烧处于缺氧和较低的温度状态，从而减少NOx的生成，然后在燃烧的后期投入剩余的20%-30%空气（这一部分空气称作over fire air，简称OFA），尽量使煤中焦炭能够燃尽。OFA风量在0-30%范围内变化，OFA量越大，NOx排放越低，但是也导致欠氧和低温程度越高，焦炭难以燃尽，燃烧经济性降低。

经过低氮燃烧器（LNB）改造后，烟煤锅炉NOx排放能够降低到200-400mg/m³，贫煤锅炉能降低到400-600mg/m³，为进一步将NOx降低到国家标准要求的100mg/m³以下，目前主流的途径是在锅炉尾部安装SCR烟气脱硝系统。SCR烟气脱硝的原理是在催化剂作用下，向烟气中喷入氨NH₃，将烟气中的NO_x催化还原成N₂和H₂O，主要反应式为4NO+4NH₃+O₂＝4N₂+6H₂O。所需还原剂氨NH₃一般采用液氨或尿素的形式提供。要求的NOx排放越低，需要的还原剂氨NH₃越多。

为了达到环保要求，目前大多数电站锅炉采取了低氮燃烧（LNB）+选择性催化还原法（SCR）技术。低氮燃烧（LNB）可以通过控制OFA风量的大小控制炉膛出口NOx的排放量。同时低氮燃烧（LNB）出口的NOx又是SCR入口的NOx，锅炉低氮燃烧不仅影响锅炉燃烧的经济性，也影响到SCR的运行氨消耗量。一方面低氮燃烧（LNB）NOx排放越低，要求的燃烧初期欠氧程度越高，燃烧效率越低，需要消耗更多的煤，导致成本上升；另一方面，低氮燃烧（LNB）排放的NOx越低，则SCR系统则所需消耗的还原剂氨NH₃越少，成本下降。因此低氮燃烧存在在一个最经济的NOx控制值，在此值下，低氮燃烧（LNB）+选择性催化还原法（SCR）的成本最低。另外，入炉煤和氨的市场价格的变化，也会影响总成本的变化。

目前装备了LNB+SCR的电站燃煤锅炉在运行过程中，对于低氮燃烧的NOx排放控制通常只是粗略要求在不大幅度降低燃烧经济性的前提下，尽量降低NOx，没有进行低氮燃烧和脱硝氨消耗的成本比较，也未考虑煤和氨的市场价格的变动，未见有通过精确计算成本后，对低氮燃烧的NOx排放值进行精确控制。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于成本计算的低氮燃烧最优NOx排放量控制方法，该控制方法通过比较锅炉效率变化成本和氨消耗量变化成本，在NOx排放达标的前提下，使LNB+SCR系统的运行成本最低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于成本计算的低氮燃烧最优NOx排放量控制方法，包括以下步骤：

（1）设定机组运行在某一固定电负荷，保持其他运行参数不变，将低氮燃烧LNB的OFA风量由0-30%逐步改变若干次，得到若干个不同运行工况，记录工况值，并测量每个工况下LNB出口的NOx排放量、锅炉效率、NH₃消耗量；

（2）改变机组运行负荷，重复上述步骤，得到机组不同负荷下NOx排放量、锅炉效率、NH₃消耗量；

（3）输入入炉煤和液氨的市场价格，分别记做m1、m2，单位：元/吨；