电站锅炉nox排放与效率混合建模与优化-研究

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1、大连理工大学硕士学位论文1绪论1。1课题背景随着经济的飞速发展，人们对能源的需求也与日俱增。在各种形式的一次能源消费比例中，煤炭几乎占世界能源总需求的30％[11，据世界能源会议预测，煤炭作为一次能源重要组成部分的地位在相当长的时间内不会改变，预计2020年煤炭将占世界一次能源消费的33．7％左右。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭提供了我国一次能源的75％左右，大大超出了27％的世界平均水平，有着极其重要的地位【zJ。近些年来尽管各种新能源不断投入使用，但由于煤炭储量大。价格低，这样的能源结构在可预见的未来几十年内不会改变。以煤炭为

2、主要一次能源的国情，决定了燃煤火力发电在我国电力工业中的主导地位。2000年底，全国发电总装机容量为3．193亿kW，其中火电装机容量为2．375亿kW，占总容量的74．4％，并且基本都是燃煤机组。按照我国电力工业发展的总目标：2010年发电装机容量将达到4．5亿kW，预计到2050年我国装机容量将达到16亿kW，其中火电机组仍将占总装机容量的60％DA上【3J。火电厂中大量的煤炭燃烧，随之而来的是严重的环境污染问题。氮氧化物(NOx)就是煤炭燃烧过程中产生的主要污染物之一。它是一种危害人体健康和破坏大气环境的有毒物质。NOx与S02和粉尘共

3、存，可生成硝酸或硝酸盐气溶液，最终形成酸雨，目前我国已有占国土面积40％的地区酸丽口H值小于5．6；氮氧化物会形成光化学烟雾，对人的眼睛和呼吸道有强烈的刺激性；氧化亚氮(N20)会破坏同温层的臭氧，使之失去对紫外线辐射的屏蔽作用，对地面生物造成伤害14J。大型的燃煤电厂成为NOx排放的主要来源。随着我国火力发电量快速增长，NOx的排放总量逐年增加。若全国火电年均NOx排放量为750mg／m3，预计2010年全国火电机组排放总量将达730万吨151。燃煤电站NOx的排放问题已引起社会各界的广泛关注。我国国家环保局在2003年12月颁布的新的《火

4、电厂大气污染物排放标准》(GBl3223．2003)，取代了1996年颁布的标准(GBl3223．1996)，对我国火电厂机组的NOx排放标准作出了新的规定，要求更加严格。燃煤电厂排放的NOx来自电站锅炉，它是消耗燃煤和排放污染气体的大户。目前，我国的火力电站锅炉以亚临界和超临界大容量锅炉为主，由于设备本身及操作管理等方面的原因，性能指标与发达国家相比有较大差距，主要表现在热效率低。2003年，我国供电的平均标准煤耗为38ig／kw．h，与发达国家相比，多耗609／kw．h，热效率低10个百电站锅炉NOx排放与效率混合建模及优化研究分点。20

5、03年全国年发电量为19080亿千瓦时，以此推算，全国一年发电就要多耗标煤约1．2亿吨，多花费购煤款100多亿元[31。随着环境保护要求的日益严格，燃煤价格的不断上涨，在“厂网分开，竟价上网”的运行机制下，电站锅炉面临降低运行成本与降低污染物排放的双重要求，高效低污染燃烧优化技术日益引起人们的关注。大量实践经验表明，通过燃烧调整可以获得较高的燃烧效率或降低氮氧化物排放量，是一种经济而有效的办法。锅炉燃烧调整的主要任务就是根据不f霹的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。目前，我国一般大型火力发电机组都配有分散控制系

6、统(DCS)，提高了锅炉运行的自动化水平，但DCS缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的优化。因此国内很多电站锅炉燃烧运行主要是依据锅炉大修后的燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。这样就带来如下问题。(1)由于受试验时间及条件的限制，燃烧调整试验一般只能做有限的几个负荷及煤种工况点。因此锅炉实际运行工况一般与试验工况有较大差异，特别是受煤炭市场的影响，锅炉燃烧的煤质往往变化较大。丽且煤粉锅炉的最佳运行工况也不是固定不变的，当它运行一段时间后，由于风机或燃烧器等机械部件的老化、烟道漏风、燃用煤种的变化等因素，都使它的运行工况偏

7、离实际的最佳工况。原有的优化试验结果就会偏离最优值或无效。因此，如果操作人员仍根据原有的优化运行规程进行燃烧调整，必然会造成偏差。(2)一般而言，煤粉高效燃烧技术与低NOx燃烧技术是互为矛盾的。在通过燃烧调整控制NOx生成方面，主要是进行低氧燃烧或空气分级燃烧，这些调节方式简单，但是控制排放的效果有限。低氧燃烧调节中，氧量过低时，锅炉在贫氧状态下燃烧，妒膛温度水平下降，有效的抑制了燃料型NOx和热力型NOx的生成，但同时会造成CO浓度和飞灰含碳量急剧升高，从而增加了气体不完全和固体不完全燃烧损失，降低了锅炉燃烧效率；过低的氧量不但影响燃烧的稳

8、定性，还可能使炉膛某些区域呈现还原性气氛。降低煤灰熔点，引起炉膛水冷壁的结渣和高温腐蚀。氧量升高对，燃烧反应充分，炉膛温度水平增高，炉膛的局部氧化性气氛导致NOx排