SNCR系统对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法

摘要

本发明公开了SNCR脱硝对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法，本发明SNCR系统对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法，该SNCR系统对燃煤发电机组运行经济性的影响包括SNCR系统对锅炉效率影响带来的运行成本、SNCR系统运行的尿素消耗成本、SNCR系统运行的除盐水消耗成本、SNCR系统运行的压缩空气消耗成本。本发明考虑SNCR脱硝系统对燃煤发电机组运行经济性的影响，通过SNCR投运后对运行成本、尿素消耗成本、除盐水消耗成本以及压缩空气消耗成本各项的影响，对燃煤发电机组运行经济性的影响进行评估；同时将各项成本折算到单位发电量上，建立评估模型，从而获得SNCR脱硝系统的运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及SNCR脱硝技术对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法。

背景技术

近年来，随着超低排放的实施，国内许多燃用贫煤和无烟煤的燃煤发电机组采用SNCR脱硝技术控制氮氧化物的排放。SNCR脱硝技术是通过将5～10％的尿素溶液喷入炉膛内热解生成氨气还原NO。由于喷入炉内的水量大，对锅炉燃料效率的影响非常明显，评估SNCR脱硝技术对燃煤发电机组煤耗的影响具有重要的意义。

SNCR对燃煤发电机组影响主要表现为降低锅炉效率，因此，评估SNCR脱硝对燃煤发电机组运行煤耗影响需要获得投运和停运SNCR脱硝系统下锅炉效率。但是，目前针对采用SNCR脱硝技术后燃煤电站锅炉的锅炉效率计算方法尚未形成，采用现有的锅炉效率试验标准(GB/T10184-2015)测得的锅炉效率高。文献《SNCR脱硝对垃圾焚烧发电锅炉效率的影响》中提出了一种垃圾发电锅炉采用SNCR脱硝后锅炉热效率的计算模型，但是模型中需要已知单位时间送入锅炉的燃料量和SNCR喷入炉内的还原剂流量，而这些参数在运行煤粉锅炉中是无法精确获得的。另外，燃煤发电机组一旦按照超低排放运行，在运行过程中是无法将SNCR停运用于锅炉效率测量进而比较对燃煤发电机组运行煤耗的影响。文献《SNCR装置对锅炉热效率的影响》从热量变化的角度分析了SNCR脱硝装置投运后对锅炉热效率的影响，但是提出的计算方法也需要已知锅炉单位时间耗煤量、尿素耗量、稀释水流量、溶解水流量，这些参数在运行煤粉锅炉中是无法精确获得的，因此，只适用于设计阶段的评估。由于SNCR脱硝喷入的尿素计量不精确，燃煤电站锅炉入炉煤的煤量也无法精确计量得到，喷入炉膛内的尿素溶液反应过程复杂，因此，精确采用上述方法尚无法精确评估SNCR对运行燃煤电站锅炉的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够较为精确计算投运SNCR脱硝系统对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法。

为了达到上述目的，本发明公开了SNCR系统对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法，该SNCR系统对燃煤发电机组运行经济性的影响包括SNCR系统对锅炉效率影响带来的运行成本Δb

本发明通过分项计算SNCR对锅炉效率的运行成本、尿素消耗成本、除盐水消耗成本及压缩空气消耗成本的影响，综合全面的考虑了SNCR对燃煤发电机组运行增加的经济成本。

其中，SNCR系统对锅炉效率影响带来的运行成本Δb

Δb

式中，p

SNCR系统运行的尿素消耗成本

式中，

η'

q为汽机热耗率，kJ/(kWh)；

η

c—尿素溶液中尿素质量分数，％；

SNCR系统运行的除盐水消耗成本Δb

式中，Δb

p

η'

q为汽机热耗率，kJ/(kWh)；

η

c—尿素溶液中尿素质量分数，％；

SNCR系统运行的压缩空气消耗成本Δb

式中，Δb

p

γ——SNCR系统雾化喷嘴的气液比；

η'

q为汽机热耗率，kJ/(kWh)；

η

本发明将SNCR对燃煤发电机组运行影响的锅炉效率折算损失、尿素消耗成本、除盐水消耗成本和压缩空气消耗成本折算到单位发电量上，精确构建计算模型；同时引入对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素溶液的质量，通过计算投运SNCR前后锅炉空气预热器出口烟气含湿量差值将喷入炉膛内的尿素溶液准确均分到单位质量燃料上，解决了入炉燃料质量和入炉尿素溶液精确测量难的问题，对各项影响成本计算更加精准。

进一步的，SNCR系统对锅炉效率的影响Δη

具体计算公式为：

ΔQ＝Q

本发明在对SNCR对锅炉效率影响的计算中，通过全面考虑SNCR脱硝系统投运后吸收的热量，从而对锅炉效率影响进行计算，计算更加精确。

进一步的，尿素热解产生的氨气还原NO吸收的热量Q

式中，a—SNCR脱硝系统的脱硝效率，％；b—SNCR脱硝系统的氨氮摩尔比；q

进一步的，尿素热解产生的氨气被氧化释放的热量Q

式中，a—SNCR脱硝系统的脱硝效率，％；b—SNCR脱硝系统的氨氮摩尔比；q

本发明通过引入氨氮摩尔比和脱硝效率两个参数，建立了尿素热解产生的氨气还原NO吸收的热量及氨气被氧化释放的热量两项的计算方法。

尿素溶液中水气化过程从烟气中吸收的热量Q

式中，

t

t

c—尿素溶液中尿素质量分数，％。

溶液中的尿素熔融过程从烟气中吸收的热量Q

式中，

c—尿素溶液中尿素质量分数，％。

尿素热解过程从烟气中吸收的热量Q

式中，

c—尿素溶液中尿素质量分数，％；

q

对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素溶液的质量

式中，

量的差值，kg/m

c—尿素溶液中尿素质量分数，％；

V

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明考虑SNCR脱硝系统对燃煤发电机组运行经济性的影响，通过SNCR投运后对运行成本、尿素消耗成本、除盐水消耗成本以及压缩空气消耗成本各项的影响，对燃煤发电机组运行经济性的影响进行评估；同时将各项成本折算到单位发电量上，建立评估模型，从而获得SNCR脱硝系统的运行成本。

2、通过将SNCR系统喷入炉膛内的尿素溶液准确均分到单位质量燃料上，从而计算对应单位质量燃料尿素溶液在炉内净吸收热量来对发电煤耗的影响，并获得其对SNCR投运后各项成本的影响，由此建立的经济性影响计算公式，评估更加精确。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

一、评估方法及流程

1、SNCR喷入炉内尿素溶液折算到单位质量燃料的方法

已知条件：(1)SNCR脱硝系统喷入炉膛尿素溶液的质量浓度为c；(2)投运SNCR后空预器出口烟气含湿量(d

(1)测量投运SNCR脱硝系统后，空气预热器出口烟气的含湿量d

(2)根据锅炉燃用煤质的元素分析结果和工业分析结果，及空预器出口烟气氧含量，计算未投运SNCR时，空预器出口烟气中的含湿量d

式中：

d

d

式(2)中

式中：C

S

N

O

H

式中：O

H

式(1)中未投运SNCR时空气预热器出口烟气中水蒸汽质量

式中：M

h

α—投运SNCR后空气预热器出口处的过量空气系数。

式中：

(3)计算投运SNCR脱硝系统后单位体积干烟气对应含湿量的增加量

式中：

(4)计算对应单位质量的燃料喷入c％质量浓度尿素溶液的质量

式(7)计算得到的干烟气对应含湿量的增加主要是包括两个部分：(1)炉内喷入尿素溶液携带的水分；(2)SNCR反应生成的水分，那么存在如下关系：

式中：

c—尿素溶液中尿素质量分数(浓度)，％；

由此可以计算得到，对应单位质量的燃料喷入c％质量浓度尿素溶液的质量为：

2、SNCR对锅炉效率影响引起煤耗增加的评估计算模型

由上述计算可知，燃煤电站锅炉投运SNCR后，折算到单位质量燃料喷入的质量浓度c％的尿素溶液质量为

燃煤发电机组锅炉SNCR脱硝技术是采用尿素溶液为还原剂，通过喷嘴将其喷入炉内850～1100℃温度区域烟气中，尿素在其中发生热解反应，分解为NH

(1)喷入炉内的尿素溶液干燥，并发生熔融。

H

CO(NH

(2)尿素吸热发生热解反应过程。

CO(NH

(3)氨气还原NO反应过程。

4NH

(4)氨气被分解过程。

4NH

在上述SNCR过程，主要发生的热量传递计算过程如下：

(1)尿素溶液中的水气化过程从烟气中吸收的热量Q

式中：

t

t

(2)尿素溶液中的尿素熔融过程从烟气中吸收的热量Q

(3)尿素热解过程从烟气中吸收热量Q

式中：q

(4)尿素热解产生的氨气还原NO吸收的热量Q

式中：a—SNCR脱硝系统的脱硝效率，％；

b—SNCR脱硝系统的氨氮摩尔比；

q

上式中吸热为正值，放热为负值。

(5)尿素热解产生的氨气被分解释放的热量Q

式中：q

上式中吸热为正值，放热为负值。

SNCR在锅炉中总的吸收热量为：

ΔQ＝Q

SNCR对锅炉效率的影响：

SNCR对单位发电量的发电煤耗影响：

式中：Δb

η'

q——汽机热耗率，kJ/(kWh)；

η

3、SNCR脱硝系统运行经济性计算模型

(1)SNCR对锅炉效率影响带来的运行成本；

Δb

式中：p

Δb

(2)SNCR系统运行尿素消耗成本计算；

式中：

(3)SNCR系统运行除盐水消耗成本计算：

式中：Δb

p

(4)SNCR系统运行压缩空气消耗成本计算：

式中：Δb

p

γ——SNCR系统雾化喷嘴的气液比。

二、试验和计算流程

本发明公开了一种SNCR脱硝对燃煤发电机组运行经济性影响的评估方法。该方法提出通过计算投运和停运SNCR锅炉空气预热器出口烟气含湿量差值将喷入炉膛内的尿素溶液准确均分到单位质量燃料上的方法，解决了入炉燃料质量和入炉尿素溶液精确测量难的问题；提出通过计算对应单位质量燃料尿素溶液在炉内净吸收热量获得其对锅炉燃料效率的影响；提出了将SNCR对锅炉影响增加的运行成本、尿素消耗成本、除盐水消耗成本和压缩空气消耗成本折算到单位发电量上，并给出了计算方法。

本发明提出的SNCR脱硝对燃煤发电机组运行经济性影响评估方法的评估步骤如下：

S1：将SNCR喷入炉内的尿素溶液折算到单位质量燃料上，具体步骤如下：

(1)测量投运SNCR脱硝系统后，空气预热器出口烟气的含湿量d

(2)按照GB/T10184-2015中规定，试验过程在锅炉给煤系统取样原煤，并对原煤样进行工业分析、元素分析；

(3)根据原煤的工业分析和元素分析结果，结合空气预热器出口烟气氧含量、空气含湿量，计算未投运SNCR时空气预热器出口烟气的含湿量d

(4)根据投运SNCR脱硝系统后空气预热器出口烟气的含湿量d

S2：计算SNCR对锅炉效率影响引起煤耗增量，计算过程如下：

(1)根据投运SNCR脱硝系统后空气预热器出口排烟温度、尿素溶液的初始温度，计算对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素溶液中的水在炉内汽化吸收的热量Q

(2)依据尿素溶液的质量浓度，应用式(16)计算得到对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素溶液中的尿素在炉内熔融吸收的热量Q

(3)依据尿素溶液的质量浓度，应用式(17)计算得到对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素溶液中的尿素在炉内热解吸收的热量Q

(4)依据尿素溶液的质量浓度，SNCR脱硝系统的脱硝效率和氨氮摩尔比，应用式(18)计算得到对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素热解产生的氨气还原NO吸收的热量Q

(5)依据尿素溶液的质量浓度，SNCR脱硝系统的脱硝效率和氨氮摩尔比，应用式(19)计算得到对应单位质量燃料SNCR喷入炉内尿素热解产生的氨气被氧化释放的热量Q

(6)根据试验煤样的工业分析结果，应用式(20)～(21)计算得到SNCR对锅炉效率的影响；

(7)根据试验测得的汽轮机热耗、管道效率和投运SNCR工况下锅炉热效率，应用(22)计算对发电煤耗的影响。

S3：计算SNCR脱硝系统运行经济性

(1)依据S1和S2计算结果，应用式(23)计算SNCR影响锅炉效率带来的运行成本Δb

(2)应用式(24)，计算SNCR脱硝系统尿素消耗折算到单位千瓦电量上的成本

(3)应用式(25)，计算SNCR脱硝系统除盐水消耗折算到单位千瓦电量上的成本Δb

(4)应用式(23)，计算SNCR脱硝系统压缩空气消耗折算到单位千瓦电量上的成本Δb

(5)综上，获得SNCR脱硝系统运行的成本。

三、计算实例

本实施例的对象为一台660MW超临界机组锅炉，其型号为DG-2141/25.4-II12型，锅炉为超临界参数、W型火焰燃烧、垂直管圈水冷壁变压运行直流锅炉、一次再热、挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。。

试验工况为660MW负荷工况，试验工况各已知和测量参数值见下表：

计算结果

从以上试验结果可以看出，采用本发明方法能够准确全面地测定SNCR脱硝系统对燃煤发电机组运行经济成本的影响。