DE102006022626A1 - Method for operating steam generator fired with coal, particularly lignite, involves feeding dried and ground coal with combustion air by dust burner of boiler - Google Patents

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Abstract

The method involves feeding dried and ground coal with combustion air by the dust burner of a boiler. A prognosis for the emission of oxides of nitrogen of the steam generator is developed on the basis of a knowledge-based computer model. A control of the combustion air supply takes place depending on the prognosticated emission of oxides of nitrogen as an adjustment variable. A fixed position is held to oxides of nitrogen threshold and the combustion is carried out.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mit Kohle, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Dampferzeugers.The The invention relates to a method for operating a coal, in particular with lignite, fired steam generator.

Bei der Auslegung eines Dampferzeugers gilt es, einen möglichst hohen Feuerungswirkungsgrad bei gleichzeitig minimiertem Schadstoffaustausch zu erzielen. Insbesondere sollte der Anteil an Kohlenmonoxid und Stickoxiden in den Abgasen eines Dampferzeugers verhältnismäßig gering sein. Auch ist es wichtig, den CO2-Ausstoß zu verringern. Letzteres kann insbesondere durch Wirkungsgradverbesserung des Verbrennungsprozesses erreicht werden.When designing a steam generator, it is important to achieve the highest possible firing efficiency with minimized pollutant exchange. In particular, the proportion of carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gases of a steam generator should be relatively low. It is also important to reduce CO 2 emissions. The latter can be achieved in particular by improving the efficiency of the combustion process.

Bei Dampferzeugern, die mit Braunkohlestaub gefeuert werden, ist ein entscheidendes Kriterium für die Wirtschaftlichkeit des Dampferzeugungsprozesses die Verfügbarkeit des Dampferzeugers. Festbrennstoffe mit hohen Anteilen an Alkalien (Kalium, Natrium), Eisen-, Ton- und Schwefelgehalten verursachen in staubgefeuerten Dampferzeugern eine schnelle Verschmutzung an den Heizflächen. Verschmutzungen an den Heizflächen können während des Betriebs des Dampferzeugers mittels Dampfbläsern abgereinigt werden, die Verschmutzungen in der Brennkammer selbst werden üblicherweise mit Wasserlanzenbläsern abgereinigt.at Steam generators fired with brown coal dust is a decisive criterion for the economy of the steam generation process the availability of the steam generator. Solid fuels with high levels of alkalis (Potassium, sodium), iron, clay and Sulfur levels cause dust in steam-fired steam generators fast soiling on the heating surfaces. Dirt on the heating surfaces can while the operation of the steam generator are cleaned by steam blowers, the Dirt in the combustion chamber itself usually become with water lancet blowers cleaned.

Hartnäckige Anbackungen und Verkrustungen der Heizflächen müssen jedoch teilweise manuell entfernt werden. Hierzu ist es erforderlich, den Dampferzeuger außer Betrieb zu nehmen.Stubborn caking and incrustations of the heating surfaces have to however partially removed manually. For this it is necessary the steam generator except To operate.

Bestimmte Festbrennstoffe erzeugen so starke Verschmutzungen an den Heizflächen, dass die Reisezeit des Dampferzeugers entsprechend kurz ist, was die Wirtschaftlichkeit des Betriebs des Dampferzeugers entscheidend beeinträchtigt.Certain Solid fuels generate so much dirt on the heating surfaces that the Travel time of the steam generator is correspondingly short, what the economy the operation of the steam generator significantly affected.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines mit Kohle, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Dampferzeugers bereitzustellen, bei dem die Reisezeit des Dampferzeugers unter gleichzeitiger Minimierung des Schadstoffausstoßes verlängert werden kann, sodass insbesondere Festbrennstoffe, die zur Schlackebildung neigen, problemlos einsetzbar sind.Of the The invention is therefore based on the object, a method for operation to provide a steam generator fired with coal, especially lignite, in which the travel time of the steam generator while minimizing the pollutant emissions extended so that in particular solid fuels that contribute to the formation of slag tend to be easily used.

Erfindungsgemäß ist daher ein Verfahren zum Betrieb eines mit Kohle, insbesondere mit Braunkohle befeuerten Dampferzeugers vorgesehen, bei welchem ggf. getrocknete und zerkleinerte Kohle über Staubbrenner dem Kessel mit der Verbrennungsluft zugeführt wird, wobei das Verfahren die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr umfasst, derart, dass aufgrund eines wissensbasierten Rechenmodells eine Prognose für den NOx-Ausstoß des Dampferzeugers erstellt wird, dass anhand des prognostizierten NOx-Ausstoßes als eine Führungsgröße eine Regelung der Verbrennungsluftzufuhr erfolgt, wobei ein fester Abstand zu einem NOx-Grenzwert eingehalten und wobei die Verbrennung so geführt wird, dass die Luftzahl in der Brennerzone des Dampferzeugers λ ≥ 1 beträgt.Therefore, according to the invention a method of operating a coal, especially lignite fired steam generator provided in which possibly dried and crushed coal over Dust burner is fed to the boiler with the combustion air, the method comprising the control of the combustion air supply, in such a way that based on a knowledge-based computational model, a prognosis for the NOx emissions of the Steam generator is created based on the predicted NOx output as a leader one Regulation of the combustion air supply takes place, with a fixed distance to a NOx limit and where the combustion is so guided is that the air ratio in the burner zone of the steam generator λ ≥ 1.

Unter Grenzwert im Sinne der Erfindung wird, wie dies in der Kraftwerkstechnik üblich ist, ein mittlerer Wert über einen vorgegebenen Zeitraum verstanden. Unter Brennerzone im Sinne der Erfindung ist nur die Zone des Dampferzeugers zu verstehen, in welcher die Brenner münden. Die erwähnte Luftzahl bezieht sich dem zufolge nur auf die Stöchiometrie der Verbrennung bis zum Ende der Brennerzonenhöhe des Dampferzeugers, nicht hingegen auf die Gesamtstöchiometrie in dem Dampferzeuger.Under Limit value within the meaning of the invention is, as is customary in power plant technology, a medium value over understood a given period. Under burner zone in the sense the invention is to be understood only as the zone of the steam generator, in which the burners open. The mentioned air ratio refers to the only to the stoichiometry of combustion until the end of the burner zone height of the steam generator, but not on the total stoichiometry in the steam generator.

Entgegen der bisher praktizierten Verfahrensweise, zur Verminderung des NOx-Ausstoßes in der Brennerzone unter Sauerstoffmangel zu verbrennen (Luftzahl λ < 1), wird erfindungsgemäß nun vorgesehen, in der Brennerzone mit Luftüberschuss bzw. Sauerstoffüberschuss zu verbrennen. Bei der bisher bekannten Vorgehensweise, die Verbrennung mit einer Luftzahl λ < 1 durchzuführen, war es erforderlich, das anfallende Kohlenmonoxid in einer Nachverbrennungszone zu oxidieren.opposite the previously practiced procedure to reduce NOx emissions in the Burn burner zone under oxygen deficiency (air ratio λ <1), is now provided according to the invention, in the burner zone with excess air or Excess oxygen to burn. In the previously known procedure, the combustion with an air ratio λ <1, was it requires the accumulating carbon monoxide in a post-combustion zone to oxidize.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Regelung mit festem Abstand zu einem NOx-Grenzwert eine Verbrennung mit einer Luftzahl von λ ≥ 1 möglich ist. Bei einer so optimierten Feuerungsführung erhöht sich der Ausbrand des Brennstoffs und der Gesamtluftüberschuss (bezogen auf den gesamten Dampferzeuger) reduziert sich, was eine Wirkungsgradverbesserung und damit eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes zur Folge hat.Surprisingly, it has been found that combustion with an air ratio of λ ≥ 1 is possible by the regulation according to the invention with a fixed distance to a NOx limit. With such an optimized combustion guide, the combustion of the fuel increases and the total excess air (relative to the entire steam generator) is reduced, which results in an improvement in efficiency and thus a reduction in CO 2 emissions.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass durch die Verbrennung bei optimaler Stöchiometrie oder bei geringfügigem Luft- bzw. Sauerstoffüberschuss Asche- und/oder Schlackeanbackungen an den Heizflächen entstehen, die eine poröse Struktur aufweisen und leicht abzureinigen sind. Bei unterstöchiometrischer Fahrweise der Brenner entsteht bei Einsatz von alkali- und schwefelreichem Brennstoff eine glasharte amorphe oder kristalline Schlacke, die schwer von den Heizflächen abzureinigen ist. Darüber hinaus strapaziert eine häufige und "harte" Reinigung der Heizflächen deren Material. Da Schlacke bekanntermaßen abrasiv ist, ist die Reinigung der Heizflächen auch verschleißtreibend. Insoweit trägt das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Reisezeit des Dampferzeugers und zu einer Wirkungsgraderhöhung wegen geringerem Eigendampfbedarf bei.One Another advantage of the method according to the invention is to see that by burning at optimal stoichiometry or at slight Air or oxygen excess Ash and / or slag caking on the heating surfaces occur, the one porous Structure and are easy to clean. In substoichiometric driving The burner is produced when using alkali and sulfur rich Fuel a glassy amorphous or crystalline slag that hard from the heating surfaces is to be cleaned up. About that In addition, a frequent strained and "hard" cleaning the heating surfaces of them Material. Since slag is known to be abrasive, cleaning is required the heating surfaces too wear sourcing. In so far contributes the inventive method to increase the travel time of the steam generator and to an increase in efficiency because of lower internal steam demand.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelung der Verbrennung mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerkes oder mittels eines Fuzzy-Netzwerks erfolgt, welches den Dampferzeugungsprozess abbildet. Über die Vielzahl der Eingangsgrößen eines solchen künstlichen neuronalen Netzwerks lässt sich eine exakte Prognose des NOx-Ausstoßes erstellen, anhand derer die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr an den Brennern erfolgt.at a preferred embodiment of the method according to the invention it is envisaged that the regulation of combustion by means of an artificial neural network or by means of a fuzzy network, which depicts the steam generation process. About the large number of input variables of a such artificial neural network to make an exact forecast of NOx emissions, based on which the regulation of the combustion air supply to the burners takes place.

Zweckmäßigerweise werden wenigstens die Stoffströme von Brennstoff, Luft, Abgas und Asche, die Temperaturen der Stoffströme und die Lastzustände des Dampferzeugers als Eingangsgrößen bei der Regelung berücksichtigt.Appropriately, be at least the material flows of fuel, air, waste gas and ash, the temperatures of the material flows and the load conditions of the steam generator considered as input variables in the scheme.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Brennstoffzusammensetzung als Eingangsgröße der Regelung verwendet. Eine fortlaufende Heizwertanalyse sowie die Analyse der chemischen Bestandteile des eingesetzten Brennstoffs, beispielsweise von Braunkohle, kann in die Regelung einbezogen werden, sodass eine Änderung der Brennstoffqualität unmittelbar Einfluss auf die Regelung hat. Bei Einsatz von Braunkohle sind neben dem Heizwert für die Verbrennungsführung die Information über Natrium-, Schwefel- und Siliciumgehalt wichtig.at a particularly preferred variant of the method according to the invention the fuel composition becomes the input of the control used. A continuous calorific value analysis as well as the analysis of the chemical constituents of the fuel used, for example of lignite, may be included in the scheme, making a change the fuel quality directly affect the scheme. When using lignite are next to the calorific value for the combustion management the information about Sodium, sulfur and silicon content important.

Vorzugsweise erfolgt die Verbrennung der Kohle über Rundstrahlbrenner mit Primärluftstaubgemisch und Sekundärluftverdrallung.Preferably Combustion of the coal takes place via rotary burners with primary air dust mixture and secondary air twisting.

Claims (7)

Verfahren zum Betrieb eines mit Kohle, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Dampferzeugers, wobei ggf. getrocknete und zerkleinerte Kohle über Staubbrenner dem Kessel mit der Verbrennungsluft zugeführt wird, wobei das Verfahren die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr umfasst, derart, dass aufgrund eines wissensbasierten Rechenmodells eine Prognose für den NOx-Ausstoß des Dampferzeugers erstellt wird, dass anhand des prognostizierten NOx-Ausstoßes als eine Führungsgröße eine Regelung der Verbrennungsluftzufuhr erfolgt, wobei ein fester Abstand zu einem NOx-Grenzwert eingehalten wird und wobei die Verbrennung so geführt wird, dass die Luftzahl in der Brennerzone des Dampferzeugers λ ≥ 1 beträgt.Method of operating a coal, in particular with lignite, fired steam generator, possibly dried and crushed coal over Dust burner is fed to the boiler with the combustion air, the method comprising controlling the combustion air supply, such that, on the basis of a knowledge-based computational model, a Forecast for the NOx output of the steam generator is created based on the predicted NOx emissions as a leader one Regulation of the combustion air supply takes place, with a fixed distance to a NOx limit is met and where the combustion so led is that the air ratio in the burner zone of the steam generator λ ≥ 1. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Verbrennung mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks oder mittels eines Fuzzy-Netzwerks erfolgt, welches den Dampferzeugungsprozess abbildet.Method according to claim 1, characterized in that that the regulation of combustion by means of an artificial neural network or by means of a fuzzy network, which depicts the steam generation process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Stoffströme von Brennstoff, Luft, Abgas und Staub, die Temperaturen der Stoffströme und die Lastzustände des Dampferzeugers als Eingangsgrößen bei der Regelung berücksichtigt werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that at least the streams of Fuel, air, exhaust and dust, the temperatures of the material flows and the load conditions of the steam generator considered as input variables in the scheme become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzusammensetzung als Eingangsgröße der Regelung verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the fuel composition as an input of the scheme is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung der Kohle mittels Rundstrahlbrennern erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the combustion of the coal takes place by means of omnidirectional burners. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Rundstrahlbrenner mit Primärluftstaubverdrallung Anwendung finden.Method according to claim 5, characterized in that that omnidirectional burner with Primärluftstaubverdrallung Find application. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Rundstrahlbrenner mit Sekundärluftverdrallung Anwendung finden.Method according to one of claims 5 or 6, characterized that round jet burner with secondary air twist application Find.
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