超低排放改造中低氮燃燒系統燃料調整控制策略優(yōu)化

金 旭，鄧 林

（1.攀枝花鋼釩有限公司 冷軋廠設備室，四川 攀枝花 617000；2.攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司能源動力中心，四川 攀枝花617023）

我國的發(fā)電廠一般火力發(fā)電較多，隨著工業(yè)生產和民用需求的快速發(fā)展，社會對電的需求越來越大。其中發(fā)電廠用煤粉和高爐煤氣、焦爐煤氣混燒鍋爐，存在飛灰可燃物高，蒸汽耗電高等問題，嚴重影響鍋爐運行的經濟性，且鍋爐外排煙氣極容易導致煙氣中NOx 超標，廢氣排放無法滿足國家制定的污染物排放最新標準，對環(huán)境造成極大的危害。

1 混燒鍋爐燃燒器及燃料自動調節(jié)現狀

1.1 燃燒器結構不合理，導致鍋爐熱效率下降，煙氣外排不達標

工業(yè)鍋爐為DG130/39-3 型煤、氣混燒的130T/H 鍋爐，作為鍋爐重要組成部分的燃燒器，將燃料和燃燒所需要的空氣按一定的比例、速度和混合方式經噴口送入爐膛，保證燃料與空氣充分混合、及時著火、穩(wěn)定燃燒和燃盡。

工業(yè)鍋爐本體四角分別設置一個燃燒器，共計4 個燃燒器。單個燃燒器位于鍋爐標高9410mm 處，共有9 層噴口，從上至下的順序為：三次風噴口、上層高爐煤氣噴口、一次風（煤粉）噴口、二次風噴口、一次風（煤粉）噴口、下層高爐煤氣噴口、一次風（煤粉）噴口、點火焦爐煤氣噴口、焦爐煤氣噴口。

鍋爐燃料結構調整為純燒煤氣運行后，鍋爐結構尺寸并未作適當調整，因高爐煤氣熱值低，隨高爐煤氣量的增加，燃料發(fā)熱值和爐膛理論燃燒溫度均降低，從而使鍋爐的出力下降。鍋爐達不到130t/h 的額定負荷，熱效率顯著下降。同時，隨著焦爐煤氣燒量增加，130T/H 鍋爐煙氣NOx 含量將上升，存在一定的環(huán)保風險。根據鍋爐煙氣季度監(jiān)測，鍋爐隨著焦爐煤氣燒量提升，煙氣NOx 將隨比例上升。焦爐煤氣燒量與NOx 比例下表所示。

表1 鍋爐內煤氣燃燒量

1.2 燃料調節(jié)自動化品質低

工業(yè)鍋爐正常生產情況下，燃料調節(jié)采用的串級PID 調節(jié)。

圖2 調節(jié)原理框圖

由于高爐煤氣及焦爐煤氣的穩(wěn)定性受到煉鐵高爐及煉焦爐生產狀況的影響，導致高爐煤氣、焦爐煤氣流量檢測不準確，不能真實反映鍋爐燃料調整過程中煤氣燃料投入量的變化，同時，由于通過調整每種煤氣燃料火咀調節(jié)閥層操開度來控制進入爐膛燃燒的燃料量，從而使PID 調節(jié)通道的時間滯后較長，增加了調節(jié)過程的不穩(wěn)定性。另一方面，煤粉量不能在PID 自動調節(jié)控制系統中實現自動調節(jié)，在生產過程中，一旦燃燒量發(fā)生變化，反而成為煤氣自動調節(jié)過程中的一種無法修正的干擾量，從而使混燒鍋爐的燃料自動串級調節(jié)系統穩(wěn)定性、及時性較差，調節(jié)余差過大，導致燃料自動調節(jié)系統穩(wěn)定性、實用性較差，燃料調節(jié)基本通過大部分時間是手動調整。

工業(yè)鍋爐風量的配比關系，則以尾部煙道飛灰可燃物為調整對象采用了一次風氧量調整、二次風定風壓方式，即一次風根據煙氣中氧量增減風量，各層二次風開度開到一定的開度（焦煤二次風開40%、高煤二次風開20%、專用二次風開15%）。

混燒鍋爐自1990 年投產后，燃料系統中一次風管經常堵塞、飛灰可燃物一直保持在28%～35%，2004 年，隨著國家對鍋爐煙氣排放對環(huán)境污染的重視和嚴格管控，混燒鍋爐停止使用煤粉燃料而以焦爐、轉爐混合煤氣以及高爐煤氣作為燃料，雖飛灰可燃物有所下降（基本維持在16%～20%），但煙氣中含氧量及NOx 上升，煙氣中飛灰可燃物離同行業(yè)（小于10%）差距較大?，F鍋爐煙氣排放執(zhí)行新標準、且嚴格控制生產成本，因此，對鍋爐燃燒器進行低氮改造，及時優(yōu)化改造后純燃氣鍋爐的燃料自動調節(jié)，對于提高鍋爐的經濟性及達標排放具有重要的意義。

2 低氮改造及控制策略優(yōu)化

結合集團公司整個燃氣結構變化形式，對混燒結構的鍋爐在純燒煤氣工況下的燃燒器結構和燃料自動調節(jié)控制功能進行了如下改進：改進燃燒器結構及安裝位置。針對現有以焦爐、轉爐混合煤氣以及高爐煤氣作為燃料的工況調整鍋爐燃料調節(jié)及配風操作方式，提高鍋爐效率，降低熱損失，降低煙氣外排NOx濃度。

2.1 改變燃燒器位置及結構

新燃燒器以焦爐、轉爐混合煤氣以及一定量的高爐煤氣作為燃料，鍋爐原燃燒器整體高度5142mm 和截面不變，單個燃燒器位于鍋爐標高8390mm 處，鍋爐燃燒中心下移約1020mm，從而使從鍋爐底部進入爐膛燃燒的燃料燃燒過程加長，有利于燃料的完全燃燒。

新燃燒器根據低氮燃燒的工藝要求對噴口進行了重新布置，設置五層噴口，在距離最上層煤氣噴口1.9 米設置一層高位燃盡風噴口，燃燒器噴口布置從上往下依次為燃盡風、上部高爐煤氣、燃用焦爐煤氣、下部高爐煤氣、點火焦爐煤氣。

圖3 新燃燒器結構

燃燒器采用分級燃燒方式，焦爐煤氣（包括點火焦煤）采用噴射型燃燒器噴口，形成單個噴口的分級燃燒，能有效解決焦爐煤氣噴口的結焦和堵塞問題。根據高爐煤氣發(fā)熱值低、含氮氣較多且不易穩(wěn)燃和燃盡的特點，高爐煤氣采用格柵式噴口，煤氣在噴口內隔板之間被熱風預熱，噴入爐膛時能與熱風充分混合，使煤氣及時著火穩(wěn)燃，有效提高高爐煤氣的燃盡，達到縮短火焰長度的目的，而高爐煤氣本身燃燒溫度低，能有效的降低NOx排放。

在燃燒器上部增加布置了一層燃盡風，上部燃燒區(qū)內氧量充足，但此處溫度較低，不會生成過多的NOx。而燃盡風層噴口向上傾5 度，相當于盡量拉開了燃盡風的高度，能有效的降低NOx 排放。

2.2 燃料調節(jié)的調整

燃料調節(jié)的主調節(jié)回路以過熱蒸汽壓力設定SP 值—過熱蒸汽壓力設定PV 值=偏差△e 進行自動調整，根據減小偏差△e 變化的方向對燃料控制發(fā)出燃料調節(jié)指令，這個指令經過與人為設置的燃料指令高、低限制值即燃料自動控制的范圍相比較，判斷出此時燃料自動控制回路處于增燃料過程還是減燃料過程。

增燃料過程就依次逐步投入燃用焦爐煤氣、上部高爐煤氣、下部高爐煤氣，每投入一層燃料時，將該層燃料投入量與這種燃料的熱值系數相乘，計算出該層燃料的總熱值，再將已投入燃料層的總熱值相加成為燃料實際總熱值，與設定主蒸汽壓力的對應需求熱值相比較，如果燃料需求熱值＞燃料實際總熱值，則燃料調節(jié)系統再自動投入下一層燃料，直至燃料需求熱值=燃料實際總熱值，燃料調節(jié)系統達到一種平衡狀態(tài)。如果燃料需求熱值＜燃料實際總熱值，則燃料調節(jié)系統逐步減小層燃料調節(jié)閥的開度，減少該層燃料量的投入，直至燃料需求熱值=燃料實際總熱值，燃料調節(jié)系統達到一種平衡狀態(tài)，減燃料過程就是增負荷過程的逆過程。

2.3 根據工藝變化，改進爐膛內配風操作

2.3.1 鍋爐爐膛內總風壓操作

鍋爐送風調節(jié)原采用以送風量為PV 的單回路PID 調節(jié)，現改為以鍋爐尾部煙氣氧含量參數為主調PV 值、送風壓力為副調PV 值的串級回路PID 調節(jié)，逐漸調整送風機入口風門，使二級空預器出口風壓達到1600Pa，然后將風壓設置為自動，當增減一、二次風時，送風機自動調整入口開度，使總風壓保持在1600Pa 左右。

2.3.2 跟隨投入的煤氣燃料量自動調整的二次風調節(jié)

在鍋爐燃料調整過程中發(fā)現：煤氣調節(jié)閥與對應二次風調節(jié)閥開度存在一定比例關系，焦爐煤氣調節(jié)與焦煤二次風調節(jié)閥開度比例為1:1.5，高煤調節(jié)閥（上、下）與高煤（上、下）二次風調節(jié)閥在接近1:1，只需要將總風壓設置在1300Pa 即可，煙氣中CO 和NOx 均可以受控。

3 結語

對鍋爐燃燒器進行低氮改造，及時優(yōu)化改造后純燃氣鍋爐的燃料自動調節(jié)、鍋爐燃料配風控制，提高鍋爐的熱效率。滿足環(huán)保達標排放國家指標。