CN101490476A - 用于控制向以化石燃料为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的方法 - Google Patents

用于控制向以化石燃料为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制以矿物燃料为燃料的蒸汽发生器中的助燃空气供应的方法，该助燃空气被逐渐提供给不同的燃烧区。本发明的特征在于根据烟气中的NOx和/或CO浓度的控制助燃空气供应，使得首先使在不同燃烧区之间的空气供应改变大约恒定的空气体积。总空气体积的外部控制超越这种控制。

Description

用于控制向以化石燃料为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制向以矿物燃料为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的方法，其中助燃空气被分阶段地添加到在烟气流的方向上顺次设置的多个燃烧区中，并且还根据燃料量确定助燃空气供应的量。
背景技术
这种类型的分阶段空气供应例如在给利用褐煤粉工作的蒸汽发生器的燃料系统中已知。
当燃烧固体颗粒燃料例如褐煤时，在任何情况下必须遵守氮氧化物和一氧化碳的排放的极限值。最后，必须在效率方面优化燃烧系统；即，燃烧消耗和CO2排放应尽可能地低。
已知，当锅炉过化学计量地(贫燃料)工作时，产生氮氧化物；但是当相应地减少空气量时，产生一氧化碳。氮氧化物和一氧化碳在烟气中都是不希望。
为此，一段时间已来，通过分阶段供给来实现对燃烧系统的空气控制，换句话说，在烟气流的方向上的第一燃烧区中，添加较少的空气以防止形成氮氧化物。由此产生的一氧化碳通过在至少一个下游的燃烧区中添加助燃空气来补充燃烧。
在利用褐煤粉工作的蒸汽发生器中，多个粉末燃料燃烧器主要叠置地设置在锅炉的构成第一燃烧区的第一燃烧阶段中。通过在燃烧器组件上方向第一和第二过燃阶段中添加所谓的过燃空气装填来实现一氧化碳的燃尽。
在锅炉的下游测量烟气中的氧浓度以及烟气中的一氧化碳浓度。烟气中的氧浓度是烟气量的度量；烟气中的一氧化碳浓度应不超过一定的极限值。
当烟气中的一氧化碳浓度增加时，目前为止通常采取的方法是增加提供给锅炉的空气总量。目前为止，这在所有空气供应装置上均匀地进行；换句话说，均匀地(同等地)增加燃烧器空气和过燃空气。结果，由蒸汽发生器排放的总烟气量增加。这是不希望出现的，尤其是因为在下游加热表面上的对流热传递由此会发生改变。烟气量的改变通常导致效率波动。
目前为止实际应用对助燃空气供应的控制中，利用控制器中存储的用于相应的空气输入的空气曲线来控制锅炉的每个空气输入，其中通过所述空气曲线示出与锅炉的燃烧率(Feuerleistung)相关的所需的空气量。尽管在工艺技术上各空气曲线彼此相关联，但它们通常是相互隔离地处理的。当由于燃烧条件改变而调整空气曲线时，必须重新计算和输入所有设置。这在控制技术上特别复杂。
发明内容
因此，本发明的目的是，改进开头所述类型的方法的控制稳定性。特别地，本发明的方法应使得可以实现蒸汽发生器的具有尽可能恒定的烟气量的工作方式。
本发明的目的通过一种开头所述类型的方法来实现，该方法的特征在于，根据烟气中的NOx和/或CO浓度这样来控制助燃空气供应，即，首先在空气量大致恒定的同时实现各燃烧区之间的空气供应的变化。
本发明可以总结为：在本发明中，提供对NOx和/或CO的一内部控制和一外部控制，这些控制相互作用，从而当出现NOx/CO波动/偏差时，首先，在空气量基本上恒定的同时，在各单个燃烧区之间改变空气供应。
如果在这些约束条件下不能保持允许的最大CO值，则用于调节蒸汽发生器的空气总量的外部控制介入。
这样，可实现一种对于控制波动特别不敏感的控制。
当然，还根据所需的燃料量和燃料的热值来确定蒸汽发生器的总空气需求量。
优选地，在至少三个在烟气流的方向上前后依次布置的燃烧区上实现空气供应的改变。
根据本发明，当超过NOx极限值时，减少在烟气的流动方向上上游的第一燃烧区的空气供应，而相应地增加在烟气流的方向上最后的燃烧区的空气供应。
假设存在至少三个燃烧器，则由此得到一种级联控制。
在超过CO极限值时，则增加在烟气流的方向上第一燃烧区的空气供应，并且相应地减少在烟气流的方向上最后的燃烧区的空气供应。
当超过最后燃烧区的规定空气量时，可增加最近的上游(倒数第二个)燃烧区的空气供应。相反，根据需要可减少所述最近的上游燃烧区的空气供应。
在本发明的方法的一个优选方案中设想，供应给每个燃烧区的空气量根据为每个燃烧区规定的空燃比(λ值)确定。每个燃烧区的空燃比可例如根据燃烧(速)率/负载了规定。
所述方法这样的一个方案是优选的，在该方案中，对于最后的燃烧区，通过燃料特有的空气需求量和燃料质量流利用该燃烧区的空燃比确定燃烧系统的总空气需求量。
在根据本发明的方法的一个特别优选的方案中，基于为最后的燃烧区规定的空燃比计算燃烧系统下游的烟气中的氧浓度。
这样计算出的氧浓度可以用作用于总空气量的外部控制的额定值。
这是特别有利的，因为这样就不必在各种不同的燃烧系统负载状态上存储烟气氧浓度的额定值曲线。通过将所测得的锅炉后面的氧浓度与如下面还将说明的、只是由为最后的燃烧区规定的空燃比获得的、计算出的氧浓度进行比较，可以实现总空气量的外部控制。
燃料特有的空气需求量适宜地利用连续的燃料分析确定。
本发明还涉及一种根据权利要求1所述的用于控制以褐煤为燃料的锅炉的方法，其中将燃料和助燃空气的至少一个第一部分流供应给到一作为燃烧室的第一燃烧阶段的燃烧器阶段，并且将助燃空气的至少一个另外的部分流作为过燃空气在烟气流的方向上的下游添加到至少一个下游的过燃阶段中。
包括燃烧器阶段的燃烧阶段中的每一个均包括燃烧区，其中空气供应的变化是在包括燃烧器阶段的至少三个燃烧阶段上进行的。所述燃烧器阶段形成锅炉的第一燃烧阶段，并且在这里主要为相互叠置地设置多个粉末燃料燃烧器。为了简单起见，锅炉的这个区域被称为燃烧器阶段或第一燃烧阶段；但是，根据严格的几何关系，这不是一个平面，而是锅炉的燃烧层(Feuerrand)的下部区域。
对于本领域技术人员，可以毫无困难地这样来理解本发明，即，根据本发明的控制方案可应用于任何使用化石燃料的具有分阶段的空气供应的燃烧系统；并且所燃烧的燃料的类型基本上不会构成对该方法的限制。因此，例如当蒸汽发生器用无烟煤作为燃料时，已知在燃烧器的内部已经进行了空气分阶段。对于这种分阶段的空气供应，目的还在于，使NOx排放以及CO排放最小化；这里还希望，改进在蒸汽发生器的效率波动方面来改进分阶段的空气供应的控制稳定性。
附图说明
下面根据附图来说明本发明，在附图中：
图1是作为本发明的基础的控制方案的效果的图示；
图2是供应给蒸汽发生器的空气质量流的图示；
图3是根据本发明对蒸汽发生器进行空气控制的框图。
具体实施方式
下面用对以褐煤为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的控制为例来说明根据本发明的方法，其中褐煤经由粉末燃料燃烧器与供应给粉末燃料燃烧器中的初级空气一起在燃烧器阶段中吹入锅炉，并且在这里燃烧。另外，通过燃烧器的次级空气供应并且通过相对于烟气流在下游供应的过燃空气供应，将空气供应给燃烧过程。
通常，在蒸汽发生器的锅炉中分组地、多数情况彼此叠置地设置多个燃烧器。燃烧直接在燃烧器火焰的附近以及在延伸到锅炉中的燃烧器火焰上方发生。锅炉的燃烧室被分成三个燃烧阶段，第一燃烧阶段由燃烧器阶段形成，第二燃烧阶段由过燃空气供应1(ABL1)限定，而第三燃烧阶段由过燃空气供应2(ABL2)限定。
在利用褐煤粉工作的蒸汽发生器中，煤的质量常常发生很大的变化。一些煤富含碱金属，碱金属(Akalien)已知是成渣物质。
试验表明，当使用特定的煤时，增加在燃烧器阶段上方的空燃比对于燃烧室中的以及热的下游加热面的结垢和成渣特性是有利的。在下面所述的实施例中，在燃烧器阶段上方的空燃比λ＝1.05已经证明对于结垢和成渣特性以及由此导致的蒸汽发生器的检修之间的时间是有利的。
已知，略微过化学计量地(超过理想配比)的燃烧器的运行方式(λ＝1.05)对于遵守最大NOx极限值是重要的。相反，燃烧系统的低于化学计量的工作方式对于遵守CO极限值是重要的，并且其还有助于形成固体的、被烧结的沉积物。
为此，如上所述已知，可分阶段地添加燃烧所需的空气量，其中给助燃空气的一个部分流供应来自燃烧系统的燃烧器的初级和次级空气，助燃空气的另一个部分流作为过燃空气1供应到设置燃烧器阶段上方的过燃阶段中，并且助燃空气的另一个部分流作为过燃空气2在在烟气流的下游供应给燃烧室第三过燃阶段。
现在根据本发明设想，供应给蒸汽发生器的空气的总量一方面根据燃料质量流和所使用的燃料的质量来确定，另一方面还根据蒸汽发生器的NOx和CO排放来调节。这里，在下面所说明的内部控制系统中，首先根据所测得的NOx/CO排放对在各燃烧阶段内部的空气供应进行改变。该控制系统的目的是在一定的极限值内、在特定的燃烧率下，保持供应给蒸汽发生器的总空气量尽可能恒定。
这里，在该控制系统中，为每个燃烧阶段存储一空燃比曲线(见图1中的上部图)，即，根据燃烧率确定希望的空燃比。参考当前的燃烧耗量由空燃比确定各不同的燃烧阶段的空气需求量。如在图2中示意性示出的那样，在燃烧室的末端，根据在最后的燃烧阶段的空燃比(空燃比ABL 2)和燃料特有的空气量以及燃料质量流确定空气总量。
根据本发明，在锅炉的后面设置NOx控制器，该NOx控制器在超过规定的NOx额定值时减少燃烧器中的次级空气，并且将减少的次级空气量添加到过燃空气2中。当超过规定的CO额定值时，尽可能在遵守NOx额定值的同时在朝向燃烧器的方向上逐级减少ABL2中的过燃空气量，同时将在ABL 2中减少的空气量添加到燃烧器的次级空气流中。
在本发明的控制中设想，分别作为总空气量减去已经添加的空气量来确定在相应燃烧阶段确定的所需的空气量。这里，由存储的过燃空气1的空燃比得到过燃空气1的额定值，并且从计算的值中减去直到此阶段已经添加的空气量(基本上为燃烧器空气量)。对于过燃空气2以类似的方式进行计算。这里，从计算的总空气量中减去过燃空气1和燃烧器空气量。
使用公式O2＝21-21：λ由为最后的燃烧阶段规定的空燃比计算氧浓度。所计算出的值用作锅炉后面的空气总量的外部控制的额定值，其中氧浓度用作排放的烟气的总量的度量。通过根据本发明的措施，即，用上述公式由最后的燃烧阶段的所计算出的空燃比确定烟气的氧浓度的额定值，不必存储与锅炉的燃烧率相关的烟气的氧浓度的额定值曲线。在图3的控制方案中各个值表示为函数发生器f(x)，其中，该函数发生器还在公式21-21：f(x)中示出。图3中所示的控制方案中的术语的含义为：X＝乘法函数；∑＝加法函数；f(x)＝函数发生器；P1＝P1控制器(比例/积分)。

Claims (13)

1.一种用于控制一使用化石燃料作为燃料的蒸汽发生器的助燃空气供应的方法，其中，在沿烟气流的方向依次设置的多个燃烧区中分阶段地添加助燃空气，并且助燃空气供应还根据燃料量测定，其特征在于，根据烟气中的NOx或CO浓度这样来进行对助燃空气供应的控制，即首先在空气量大约恒定的情况下实现各不同的燃烧区之间的空气供应的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气供应的变化在至少三个不同的燃烧区上实现。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果超过一NOx极限值，则减少在烟气流的方向上一第一燃烧区中的空气供应，并相应地增加在烟气流的方向上最后的燃烧区中的空气供应。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，如果超过一CO极限值，则增加在烟气的方向上第一燃烧区中的空气供应，并相应地减少在烟气流的方向上最后的燃烧区中的空气供应。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果在最后的燃烧区中超过一指定的空气量，则增加最近的上游燃烧区中的空气供应。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，需要时减少最近的上游燃烧区中的空气供应。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据为每个燃烧区规定的一空燃比(λ值)确定供应给每个燃烧区的空气量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据燃烧率规定每个燃烧区的空燃比。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述最后的燃烧区的空燃比、通过燃料特有的空气需求量和通过燃料质量流，针对该最后的燃烧区确定燃烧系统的总空气需求量。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据为最后的燃烧区规定的空燃比计算燃烧系统下游的烟气中的氧浓度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所计算出的、燃烧系统下游的烟气中的氧浓度用作用于总空气量的一外部控制的额定值。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，将所测得的、烟气的氧浓度用作用于总空气量的控制的实际值。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于控制向以褐煤为燃料的锅炉的助燃空气供应的方法，其特征在于，将燃料和助燃空气的至少一个第一部分流供应给一作为一燃烧室的第一燃烧阶段的燃烧器阶段，并将助燃空气的至少一个另外的部分流作为过燃空气在烟气流的方向上的下游添加到至少一个下游的过燃阶段中、优选地添加到两个下游的过燃阶段中。
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