基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制方法与流程

本发明涉及火力发电，更确切地说，它涉及基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的建设，电网调度机构对并网运行的火力发电机组实行自动发电控制(automatic generation control,agc)的考核，对火电机组的响应速率、响应时间和控制精度等指标提出的要求越来越高。为缩短火电机组响应时间，提高agc调节速率及精度，部分机组开始选配变转速磨煤机的制粉系统。利用磨煤机的转速变化，使火电机组的变负荷速率和精度得到明显提升，能够有效提高电网稳定水平，并提升机组agc性能和参与电力辅助服务市场的竞争力。

2、火电机组的各系统由分散控制系统(distributed control system,dcs)进行实时控制。dcs将接收到的agc负荷指令进行限幅与限速处理，生成机组负荷指令与主汽压力设定值，再将其与机组实时功率与实时压力比较，调节锅炉燃料量、送风量与给水流量，以此改变锅炉的出力，以满足汽轮机的做功需求；同时，dcs对汽轮机调速汽门开度进行控制，改变汽轮机出力，进而调整机组的发电功率。dcs通过协调锅炉与汽轮机间的能量供需平衡，实时调整机组出力，实现对agc指令的响应。当进行变负荷时，发电机组控制系统将控制给煤量和送风量，以响应机组功率指令，同时对磨煤机转速进行相应的调整，以达到机组快速响应指令的目的。

3、为保证机组的排放指标满足环保要求，当今的火电机组均安装有相应的环保设备。按照脱除的污染物不同，火电机组烟气污染物排放的处理系统主要分为：脱硫、脱硝及除尘系统。其中，脱硫系统利用石灰石浆液或海水对烟气中的硫份进行脱除，根据净烟气so2浓度的设定值、测量值及功率指令调节石灰石浆液系统。脱硝系统利用液氨或尿素分解生成的氨气进行烟气中氮氧化物的脱除，根据净烟气nox设定值、测量值及功率指令调节喷氨量及制氨系统出力，确保机组nox排放不超标。除尘系统利用电场对烟气中的粉尘进行吸附，达到烟气除尘的目的。原烟气中nox的产生主要与烟气温度、烟气氧含量相关，温度、烟气氧含量越高，原烟气中nox的生成量越多。so2和粉尘主要来源于燃料。

4、目前，火电机组的污染物处理一般在烟气侧进行。即通过环保设备将燃煤燃烧所产生的烟气中的污染物进行脱除，是一种事后的被动脱除方式。然而，从锅炉燃烧及烟气侧的整体流程看，污染物的从产生到最后被处理往往具有较大的惯性和试验。当出现设备故障、运行工况变化等外部影响因素时，环保设备的出力调整很可能不及时，从而无法在快速变负荷过程中及时响应，造成机组烟气污染物的排放超标。目前，污染物的控制方法研究主要集中在烟气处理上，对于在源头进行污染控制的研究则主要集中在低氮燃烧方面，对于其他污染物的源头控制则无有效控制手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制方法。

2、第一方面，提供了基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制方法，由基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制系统执行，包括：

3、s1、对氮氧化物排放进行控制，包括：

4、s101、针对上层磨煤机和中层磨煤机，当变负荷且原烟气nox趋于上升时，升负荷时放缓煤量增加及转速提升的速率，降负荷时加快煤量减少及转速下降的速率；

5、s102、针对下层磨煤机，不考虑原烟气nox的影响，下层制粉系统依然按照正常控制策略接收燃料主控指令，燃料量的平衡由燃料主控pid控制，转速控制按照变负荷控制需求进行；

6、s103、针对中上层制粉系统，当机组发生变负荷且原烟气中nox浓度上升时，将对制粉系统的煤量指令进行重新调整，包括：在升负荷阶段，降低中上层制粉系统出力的提升速度；在降负荷阶段，则加快中上层制粉系统的出力的下降速度；

7、s2、对so2或粉尘排放进行控制，包括：

8、s201、在上煤时，将高硫或高灰分的煤输送至可变转速制粉系统的煤层；

9、s202、机组根据发电功率指令调节各套制粉系统出力及磨煤机转速，脱硫系统或除尘系统则根据净烟气so2浓度或粉尘含量设定值控制系统出力；

10、s203、净烟气so2或粉尘浓度持续上升并接近限制值时，则叠加一部分的负向煤量偏置减少煤量，减去的煤量与净烟气so2浓度或粉尘浓度的上升速度有关；

11、s204、在出现排放物浓度上升情况时，磨煤机转速控制回路将降低磨煤机转速，利用转速的变化动态减少部分进入炉膛的高硫或高灰煤。

12、作为优选，s103中，煤量的变速调节通过制粉系统速率调整系数实现，该系数为与原烟气nox浓度相关的函数f(x)，并且考虑升降负荷的不同工况进行适应性调整，假设升负荷速率调整系数y1，原烟气nox浓度为x1，降负荷速率调整系数y2，y1＝θ1x1+ω1，y2＝θ2x1+ω2；θ1、θ2、ω1、ω2均为实数，根据机组升负荷和降负荷的特性分别设置，通过预估的(x1,y1)和(x1,y2)计算得到θ1、θ2、ω1、ω2的数值，并不断根据实际运行情况调整。

13、作为优选，s103中，当在升负荷过程中触发减缓制粉系统出力升速率时，磨煤机的转速将保持不变；当在降负荷过程中触发加快制粉系统出力下降速率时，磨煤机的转速将降低；转速值降低的同时需保证最大带载能力不低于当前煤量。

14、作为优选，s1中，将不同位置制粉系统煤量变化对原烟气nox含量的影响赋予不同的权重。

15、作为优选，s1中，根据机组的变负荷煤量前馈及锅炉风烟系统的惯性特征进行喷氨量或尿素供给量的超驰控制。

16、作为优选，s1中，在机组工况稳定时通过煤量分配及磨煤机转速控制实现对nox的辅助控制。

17、作为优选，s1中，利用风量对净烟气nox含量进行辅助调解。

18、作为优选，s203中，煤量的下降过程是累进式的，在减去一定煤量后等待排放物浓度的变化，若一段时间后依然需要减少煤量则继续减少该磨组煤量，否则将逐渐恢复煤量。

19、作为优选，s204中，当机组负荷较高时不予减少煤量及调整转速。

20、第二方面，提供了一种如第一方面所述的基于煤量变速调节的火电机组污染物排放控制系统，包括锅炉、配置有变转速磨煤机的制粉系统、烟尘脱硝设备及制氨设备、电除尘装置、脱硫设备、分散控制系统以及相关调节机构及测量设备；所述锅炉选择全部或部分制粉系统配置变转速磨煤机。

21、本发明的有益效果是：本发明利用变转速磨煤机的转速调节特性，根据不同制粉系统及其燃用煤种对污染物生成的影响，在快速变负荷过程中进行快速的煤量分配和制粉系统出力调整，从源头侧减少或抑制污染物的生成，减轻快速变负荷工况下环保设备出力调整的压力，确保机组排放指标的合格。此外，本发明在工况出现波动、环保系统出力异常时，能够通过调整煤量分配、制粉系统出力及磨煤机转速对污染物生成进行辅助控制，减少或避免排放超标以及降负荷等情况的出现。