循环流化床机组变负荷过程中，炉内物料分布不均、温度变化剧烈，NOx排放波动大，加大SNCR控制难度，建立精准的NOx动态排放模型对SNCR的控制优化具有重要意义。基于循环流化床燃烧过程与SNCR反应过程，建立一种NOx排放动态模型，模型不仅能够适合于变负荷工况的动态过程，而且具有一定的预测性。
300 MW亚临界循环流化床机组NOx排放建模
刘 春1 ，高明明1 ，张洪福1 ，张国华1 ，岳光溪2
1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）
2.清华大学 能源与动力工程系
1）基于循环流化床机理特性，提出一种循环流化床机组NOx动态排放模型。模型在稳态负荷工况与变负荷工况都具有较好的适用性。
2）模型重点考虑NOx排放动态过程，能够很好地反映实际过程的动态特性，为优化控制提供控制对象。
3）NOx动态排放模型具有一定的预测性，校表时间段内也能预测。
研究背景
新能源大规模应用并网，循环流化床作为燃煤机组不断进行调峰消纳新能源，随着负荷变动，炉内NOx原始生成波动大，造成SNCR控制不佳。建立能够反映NOx排放动态特性的模型，有助于SNCR的优化控制过程。
循环流化床机组NOx排放建模主要集中在静态过程或动态稳定工况，变工况下NOx排放动态模型亟需构建。
研究内容
通过对机理抽象简化采用集总参数法建立了循环流化床机组NOx排放动态模型。详细考虑燃料中氮元素析出与CO的自还原过程以及SNCR反应过程，对其进行合理简化搭建了炉内燃烧、NOx生成、NOx原始排放以及SNCR动态模型，最终建立了SNCR出口NOx排放动态模型。以300 MW亚临界循环流化床机组为研究对象，在300、150 MW以及变负荷工况下进行了仿真验证，并进行了不同工况的输入变量的开环阶跃试验。
研究结论
1）基于NOx生成机理与SNCR反应机理，采用集总参数法建立了NOx排放模型，并在300 MW亚临界CFB机组进行动态验证。
2）建立的NOx排放模型在典型负荷工况与变负荷工况下预测效果良好，300 MW典型工况、150 MW 典型工况与变负荷工况平均绝对误差分别为3.5、1.2、5.7 mg/Nm3，并在校表时间段仍能准确预测，为现场运行提供参考。
3）开环阶跃试验表明：送风量增大，NOx排放质量浓度上升；给煤量上升，NOx排放质量浓度下降，且NOx排放质量浓度对送风量响应更快，模型能够反映实际动态特性。
图1 变负荷过程NOx模型计算值与机组实际值对比结果
图2 300 MW给煤量阶跃时NOx质量浓度
图3 300 MW送风阶跃时NOx质量浓度
通讯作者
高明明，男，华北电力大学副教授、硕士生导师。主要从事发电过程状态监测与优化控制，新能源电力系统消纳，智能灵活发电技术，循环流化床机组控制与运行优化等研究工作。研究了适用于循环流化床锅炉的“即燃碳”、“活性石灰石”等理论，解决了世界首台600 MW超临界循环流化床机组自动控制中的难题。近期重点研究新能源电力系统中火力发电机组调峰调频、大气污染物超低排放、智能灵活发电、人工智能与应用等技术。先后负责纵向课题3项，横向科研项目10余项，授权专利10余项，发表学术论文30余篇，其中被SCI、EI收录的学术论文20余篇。
作者简介
刘春，男，硕士研究生，主要研究方向为循环流化床机组NOx排放建模与优化控制。
