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CFB锅炉脱硫脱硝系统多目标优化

北极星环保网来源:循环流化床发电 王琦2017/12/12 9:20:44我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝工艺 SNCR 循环流化床锅炉

1.3.3SNCR耗电量模型

脱硝风机参数:风量0~3500m3/h、风压0~10000Pa、主轴转速2900r/min、功率15kW;脱硝风机电机参数:电流28.9A、电压380V、功率因数0.893、功率15kW、转速293/2930r/min、频率50Hz;超重力旋转填料床参数:功率7.5kW、转速0~600r/min。

超重力旋转填料床将浓氨水分离出氨气,脱硝风机引出的热风携带分离出来的氨气进入旋风分离器烟气入口。脱硝风机和超重力旋转填料床的耗电量随喷氨量的变化而变化。将脱硝风机和超重力机的耗电量统称为SNCR耗电量,近似认为耗电量与喷氨量之间满足定量关系,即:

脱硝工艺

式中:σ为SNCR耗电系数。

2、多目标优化数学模型的建立

2.1基本概念

为了既满足新环保标准、达到理想的脱硫脱硝效率,还要使系统的经济性最好,就需要通过试验数据建立多目标数学模型。多目标数学模型一般假设为:

脱硝工艺

式中:F(x)为待优化目标函数向量;fm(x)为待优化目标函数分量;x为待优化变量;bL和bu分别为变量x的下限和上限;Aeq˙x=beq为变量x的线性等式约束;A˙x≤b为变量x的线性不等式约束。

图1中,无法同时使目标函数f1(x)和f2(x)两者达到最优。因为A1B2,即要使f1(x)达到最优,就必须牺牲f2(x),反之亦然。一般称解A和解B是非劣解,或者说Pareto最优解。多目标优化算法的目的就是寻找Pareto最优解。

脱硝工艺

2.2CFB锅炉污染物排放过程优化设计

2.2.1优化方案的确立

为了实现循环流化床锅炉污染物排放过程参数优化,选择经济效益作为优化目标,其中包括脱硫脱硝系统耗电量、炉内脱硫石灰石消耗量、炉外脱硫尾部增湿活化喷水量以及SNCR所消耗的还原剂量。

2.2.2约束条件

(1)床温。对于CFB锅炉脱硝来说,床温越低,燃煤生成的NOx就越少,但考虑到床温对炉内脱硫效率的影响以及CFB锅炉稳定运行考虑,选取床温范围为800~910℃。

(2)钙硫摩尔比。理论上,脱硫效率会随着钙硫摩尔比的增大而变高,但通过试验发现,钙硫比在达到一定值时,脱硫效率增长很缓慢,甚至还会出现小部分的回降,而且钙硫比增加到一定程度以后,锅炉的灰渣量会显著增加,影响锅炉热效率。因此在满足脱硫效率的前提下,出于经济性的考虑,选取钙硫摩尔比范围为0~3.3。

(3)氨氮摩尔比(NSR)。试验中,最初SNCR的脱硝效率和NSR呈正相关性;但达到一定值后,还原效率增加较缓慢。出于脱硝经济性考虑,选取NSR范围为0.7~2.5。

(4)还原剂喷入点温度。试验表明较高或较低的温度都会影响SNCR的脱硝效率,故需选择合适的还原剂喷入点温度保证较高的脱硝效率。选取的还原剂喷入点温度为1000~1400K。

2.3多目标优化函数模型的建立

建立CFB锅炉烟气污染物排放多目标优化函数是为了寻找最优参数(包括床温、钙硫摩尔比、氨氮摩尔比、SNCR还原剂喷入点温度),在满足脱硫脱硝效率的同时,使原料消耗量最小。综合前述各个目标函数模型得到多目标优化模型为

脱硝工艺

式中:m为脱硫系数;O2′为实测含氧量。

3、CFB锅炉污染物排放多目标模型的求解与优化

3.1影响参数及电耗系数的确定

3.1.1炉内脱硫影响参数的确定

根据不同Ca/S比对应的炉内脱硫效率,用MATLAB计算炉内脱硫系数m值,如表1所示。

脱硝工艺

表1中,钙硫比R=1.3时求得的m值为0.7125与其他m值相差比较大,为了结果的准确性,舍去该值。对剩余的m值求平均值,将所求值作为炉内脱硫系数代入到式(14)中。

3.1.2炉外脱硫影响参数的确定

已知炉外脱硫效率为:ηSO2(外)=γM水+0.02根据不同喷水量对应的炉外脱硫效率,用MATLAB计算炉外脱硫系数γ值,如表2所示。

脱硝工艺

表2中,M水=0.6时求得的γ值-0.015与其他喷水量下求得的γ值相差较大,为了结果的准确性,舍去该值。对剩余的γ值求平均值得0.0041,将所求值作为炉外脱硫系数代入到式(14)中。

3.1.3SNCR影响参数的确定

已知SNCR脱硝效率为:ηNOx=1-exp(-hK)根据不同氨氮比对应的SNCR脱硝效率,用MATLAB计算脱硝系数h值,如表3所示。

脱硝工艺

表3中将h求平均值,将所求值作为脱硝系数代入式(14)中。

延伸阅读:

300MW机组CFB锅炉超低排放级联合脱硫匹配方式试验

150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化

燃用褐煤的循环流化床锅炉排放及燃烧效率研究

锅炉烟气脱硫脱硝除尘的循环流化床半干法工艺技术抉择分析

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