金 旭，鄧 林

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

我國(guó)的發(fā)電廠一般火力發(fā)電較多，隨著工業(yè)生產(chǎn)和民用需求的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電的需求越來(lái)越大。其中發(fā)電廠用煤粉和高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣混燒鍋爐，存在飛灰可燃物高，蒸汽耗電高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，且鍋爐外排煙氣極容易導(dǎo)致煙氣中NOx 超標(biāo)，廢氣排放無(wú)法滿足國(guó)家制定的污染物排放最新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境造成極大的危害。

1 混燒鍋爐燃燒器及燃料自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

1.1 燃燒器結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致鍋爐熱效率下降，煙氣外排不達(dá)標(biāo)

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(jīng)噴口送入爐膛，保證燃料與空氣充分混合、及時(shí)著火、穩(wěn)定燃燒和燃盡。

工業(yè)鍋爐本體四角分別設(shè)置一個(gè)燃燒器，共計(jì)4 個(gè)燃燒器。單個(gè)燃燒器位于鍋爐標(biāo)高9410mm 處，共有9 層噴口，從上至下的順序?yàn)椋喝物L(fēng)噴口、上層高爐煤氣噴口、一次風(fēng)（煤粉）噴口、二次風(fēng)噴口、一次風(fēng)（煤粉）噴口、下層高爐煤氣噴口、一次風(fēng)（煤粉）噴口、點(diǎn)火焦?fàn)t煤氣噴口、焦?fàn)t煤氣噴口。

鍋爐燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整為純燒煤氣運(yùn)行后，鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸并未作適當(dāng)調(diào)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(dá)不到130t/h 的額定負(fù)荷，熱效率顯著下降。同時(shí)，隨著焦?fàn)t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(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)鍋爐煙氣季度監(jiān)測(cè)，鍋爐隨著焦?fàn)t煤氣燒量提升，煙氣NOx 將隨比例上升。焦?fàn)t煤氣燒量與NOx 比例下表所示。

表1 鍋爐內(nèi)煤氣燃燒量

1.2 燃料調(diào)節(jié)自動(dòng)化品質(zhì)低

工業(yè)鍋爐正常生產(chǎn)情況下，燃料調(diào)節(jié)采用的串級(jí)PID 調(diào)節(jié)。

圖2 調(diào)節(jié)原理框圖

由于高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣的穩(wěn)定性受到煉鐵高爐及煉焦?fàn)t生產(chǎn)狀況的影響，導(dǎo)致高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣流量檢測(cè)不準(zhǔn)確，不能真實(shí)反映鍋爐燃料調(diào)整過(guò)程中煤氣燃料投入量的變化，同時(shí)，由于通過(guò)調(diào)整每種煤氣燃料火咀調(diào)節(jié)閥層操開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入爐膛燃燒的燃料量，從而使PID 調(diào)節(jié)通道的時(shí)間滯后較長(zhǎng)，增加了調(diào)節(jié)過(guò)程的不穩(wěn)定性。另一方面，煤粉量不能在PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)過(guò)程中，一旦燃燒量發(fā)生變化，反而成為煤氣自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中的一種無(wú)法修正的干擾量，從而使混燒鍋爐的燃料自動(dòng)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性、及時(shí)性較差，調(diào)節(jié)余差過(guò)大，導(dǎo)致燃料自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)用性較差，燃料調(diào)節(jié)基本通過(guò)大部分時(shí)間是手動(dòng)調(diào)整。

工業(yè)鍋爐風(fēng)量的配比關(guān)系，則以尾部煙道飛灰可燃物為調(diào)整對(duì)象采用了一次風(fēng)氧量調(diào)整、二次風(fēng)定風(fēng)壓方式，即一次風(fēng)根據(jù)煙氣中氧量增減風(fēng)量，各層二次風(fēng)開(kāi)度開(kāi)到一定的開(kāi)度（焦煤二次風(fēng)開(kāi)40%、高煤二次風(fēng)開(kāi)20%、專用二次風(fēng)開(kāi)15%）。

混燒鍋爐自1990 年投產(chǎn)后，燃料系統(tǒng)中一次風(fēng)管經(jīng)常堵塞、飛灰可燃物一直保持在28%～35%，2004 年，隨著國(guó)家對(duì)鍋爐煙氣排放對(duì)環(huán)境污染的重視和嚴(yán)格管控，混燒鍋爐停止使用煤粉燃料而以焦?fàn)t、轉(zhuǎn)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(xiàn)鍋爐煙氣排放執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)、且嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本，因此，對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行低氮改造，及時(shí)優(yōu)化改造后純?nèi)細(xì)忮仩t的燃料自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及達(dá)標(biāo)排放具有重要的意義。

2 低氮改造及控制策略優(yōu)化

結(jié)合集團(tuán)公司整個(gè)燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)變化形式，對(duì)混燒結(jié)構(gòu)的鍋爐在純燒煤氣工況下的燃燒器結(jié)構(gòu)和燃料自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能進(jìn)行了如下改進(jìn)：改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)及安裝位置。針對(duì)現(xiàn)有以焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐混合煤氣以及高爐煤氣作為燃料的工況調(diào)整鍋爐燃料調(diào)節(jié)及配風(fēng)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?nèi)紵魑恢眉敖Y(jié)構(gòu)

新燃燒器以焦?fàn)t、轉(zhuǎn)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(gè)燃燒器位于鍋爐標(biāo)高8390mm 處，鍋爐燃燒中心下移約1020mm，從而使從鍋爐底部進(jìn)入爐膛燃燒的燃料燃燒過(guò)程加長(zhǎng)，有利于燃料的完全燃燒。

新燃燒器根據(jù)低氮燃燒的工藝要求對(duì)噴口進(jìn)行了重新布置，設(shè)置五層噴口，在距離最上層煤氣噴口1.9 米設(shè)置一層高位燃盡風(fēng)噴口，燃燒器噴口布置從上往下依次為燃盡風(fēng)、上部高爐煤氣、燃用焦?fàn)t煤氣、下部高爐煤氣、點(diǎn)火焦?fàn)t煤氣。

圖3 新燃燒器結(jié)構(gòu)

燃燒器采用分級(jí)燃燒方式，焦?fàn)t煤氣（包括點(diǎn)火焦煤）采用噴射型燃燒器噴口，形成單個(gè)噴口的分級(jí)燃燒，能有效解決焦?fàn)t煤氣噴口的結(jié)焦和堵塞問(wèn)題。根據(jù)高爐煤氣發(fā)熱值低、含氮?dú)廨^多且不易穩(wěn)燃和燃盡的特點(diǎn)，高爐煤氣采用格柵式噴口，煤氣在噴口內(nèi)隔板之間被熱風(fēng)預(yù)熱，噴入爐膛時(shí)能與熱風(fēng)充分混合，使煤氣及時(shí)著火穩(wěn)燃，有效提高高爐煤氣的燃盡，達(dá)到縮短火焰長(zhǎng)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(fēng)，上部燃燒區(qū)內(nèi)氧量充足，但此處溫度較低，不會(huì)生成過(guò)多的NOx。而燃盡風(fēng)層噴口向上傾5 度，相當(dāng)于盡量拉開(kāi)了燃盡風(fēng)的高度，能有效的降低NOx 排放。

2.2 燃料調(diào)節(jié)的調(diào)整

燃料調(diào)節(jié)的主調(diào)節(jié)回路以過(guò)熱蒸汽壓力設(shè)定SP 值—過(guò)熱蒸汽壓力設(shè)定PV 值=偏差△e 進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，根據(jù)減小偏差△e 變化的方向?qū)θ剂峡刂瓢l(fā)出燃料調(diào)節(jié)指令，這個(gè)指令經(jīng)過(guò)與人為設(shè)置的燃料指令高、低限制值即燃料自動(dòng)控制的范圍相比較，判斷出此時(shí)燃料自動(dòng)控制回路處于增燃料過(guò)程還是減燃料過(guò)程。

增燃料過(guò)程就依次逐步投入燃用焦?fàn)t煤氣、上部高爐煤氣、下部高爐煤氣，每投入一層燃料時(shí)，將該層燃料投入量與這種燃料的熱值系數(shù)相乘，計(jì)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(shí)際總熱值，與設(shè)定主蒸汽壓力的對(duì)應(yīng)需求熱值相比較，如果燃料需求熱值＞燃料實(shí)際總熱值，則燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)再自動(dòng)投入下一層燃料，直至燃料需求熱值=燃料實(shí)際總熱值，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到一種平衡狀態(tài)。如果燃料需求熱值＜燃料實(shí)際總熱值，則燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐步減小層燃料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，減少該層燃料量的投入，直至燃料需求熱值=燃料實(shí)際總熱值，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到一種平衡狀態(tài)，減燃料過(guò)程就是增負(fù)荷過(guò)程的逆過(guò)程。

2.3 根據(jù)工藝變化，改進(jìn)爐膛內(nèi)配風(fēng)操作

2.3.1 鍋爐爐膛內(nèi)總風(fēng)壓操作

鍋爐送風(fēng)調(diào)節(jié)原采用以送風(fēng)量為PV 的單回路PID 調(diào)節(jié)，現(xiàn)改為以鍋爐尾部煙氣氧含量參數(shù)為主調(diào)PV 值、送風(fēng)壓力為副調(diào)PV 值的串級(jí)回路PID 調(diào)節(jié)，逐漸調(diào)整送風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門，使二級(jí)空預(yù)器出口風(fēng)壓達(dá)到1600Pa，然后將風(fēng)壓設(shè)置為自動(dòng)，當(dāng)增減一、二次風(fēng)時(shí)，送風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)整入口開(kāi)度，使總風(fēng)壓保持在1600Pa 左右。

2.3.2 跟隨投入的煤氣燃料量自動(dòng)調(diào)整的二次風(fēng)調(diào)節(jié)

在鍋爐燃料調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：煤氣調(diào)節(jié)閥與對(duì)應(yīng)二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度存在一定比例關(guān)系，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)與焦煤二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度比例為1:1.5，高煤調(diào)節(jié)閥（上、下）與高煤（上、下）二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥在接近1:1，只需要將總風(fēng)壓設(shè)置在1300Pa 即可，煙氣中CO 和NOx 均可以受控。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行低氮改造，及時(shí)優(yōu)化改造后純?nèi)細(xì)忮仩t的燃料自動(dòng)調(diào)節(jié)、鍋爐燃料配風(fēng)控制，提高鍋爐的熱效率。滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放國(guó)家指標(biāo)。