EP2038583A1 - Method for controlling the combustion air supply in a steam generator that is fueled with fossil fuels - Google Patents

Method for controlling the combustion air supply in a steam generator that is fueled with fossil fuels

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EP2038583A1
EP2038583A1 EP07764429A EP07764429A EP2038583A1 EP 2038583 A1 EP2038583 A1 EP 2038583A1 EP 07764429 A EP07764429 A EP 07764429A EP 07764429 A EP07764429 A EP 07764429A EP 2038583 A1 EP2038583 A1 EP 2038583A1
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EP
European Patent Office
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air
combustion
air supply
flue gas
combustion zone
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Withdrawn
Application number
EP07764429A
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Inventor
Friedhelm Wessel
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/04—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air beyond the fire, i.e. nearer the smoke outlet
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23C2201/101—Furnace staging in vertical direction, e.g. alternating lean and rich zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/10—Generating vapour

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the supply of combustion air to a fossil fuel-fired steam generator, wherein the combustion air is gradually added in a plurality of flue gas flow direction in succession combustion zones and wherein the combustion air supply is also measured in dependence on the amount of fuel.
  • Such a staged air supply is known, for example, in the firing of lignite-fired steam generators.
  • first combustion zone of the boiler there are several in the first combustion zone of the boiler, which is the first combustion zone St ⁇ ubbrenner usually arranged one above the other.
  • the afterburning of carbon monoxide is carried out by the addition of so-called burnout in a first and second Ausbrandebene above the burner assembly.
  • both the oxygen content in the flue gas and the carbon monoxide in the flue gas are measured.
  • the oxygen content in the flue gas is a measure of the amount of flue gas, the carbon monoxide content in the flue gas should not exceed certain limits.
  • Control deposited air curve controlled, with the required air volume was based on the fire performance of the boiler shown on the air curve.
  • the invention is therefore based on the object to improve a method of the type mentioned in terms of control stability.
  • the method according to the invention is intended to enable a mode of operation of the steam generator with as constant a quantity of flue gas as possible.
  • V ⁇ PA ⁇ APB_268_S07-003-0.doc
  • the object underlying the invention is achieved by a method of the type mentioned above, which is characterized in that a control of the combustion air supply in dependence of the NOx and / or CO content in the flue gas takes place such that initially a variation of the air supply between the different combustion zones is made at about constant air flow.
  • the invention can be summarized to the effect that according to the invention an inner control and an external control of NOx and / or CO are provided, which interlock so that initially in NOx / CO fluctuations / deviations a variation of the air supply between the individual combustion zones as far as possible constant amount of air is made.
  • the total air requirement of the steam generator is also determined based on the required amount of fuel and the calorific value of the fuels.
  • the variation of the air supply via at least three combustion zones connected in series in the flue gas flow direction takes place.
  • the air supply of a combustion zone upstream in the flow direction of the flue gas is reduced and the air supply of the last combustion zone in the flue gas flow direction is correspondingly increased.
  • V ⁇ PA ⁇ APB_268_S07-003-0.doc Starting from at least three combustion zones thus results in a kind K ⁇ sk ⁇ denregelung.
  • the air supply of the first combustion zone in the first flue gas flow direction is preferably first increased and the air supply of the last combustion zone in the flue gas flow direction is correspondingly reduced.
  • the air supply of the next upstream combustion zone can be increased. Conversely, if necessary, the air supply of the next upstream combustion zone can be reduced.
  • the quantity of air supplied to each combustion zone is determined as a function of an air ratio ( ⁇ number) predetermined for each combustion zone.
  • the air ratio of each combustion zone can be specified, for example, as a function of the fire power / load.
  • Particularly preferred is a variant of the method in which for the last combustion zone by means of the air ratio of this combustion zone by means of a fuel-specific air requirement and the fuel mass flow of the total air demand of the furnace is determined.
  • the oxygen content in the flue gas behind the furnace is calculated on the basis of the air ratio predetermined for the last combustion zone.
  • the calculated oxygen content can be used as a setpoint for an external control of the total air volume.
  • V ⁇ PA ⁇ APB_268_S07-003-0.doc This is particularly advantageous because the deposit of desired value curves for the oxygen content of the flue gas over different load states of the furnace is dispensable.
  • the external control of the total amount of air is done by comparing a measured oxygen content behind the boiler with a calculated oxygen content, which, as will be explained below, results exclusively from the air ratio predefined for the last combustion zone.
  • the fuel-specific air requirement is expediently determined by continuous fuel analysis.
  • the invention further relates to a method for controlling a lignite-fired boiler according to claim 1, wherein the fuel and at least a first partial flow of the combustion air are supplied in a burner level as a first Ausbrandebene a combustion chamber and at least one further partial flow of the combustion air as Ausbrandluft downstream in the flue gas flow direction is added in at least one downstream Ausbrandebene.
  • Each of the burnout levels including the burner level form one
  • Combustion zone wherein a variation of the air supply via at least three Ausbrandebenen including the burner level.
  • the burner level forms the first Ausbrandebene of the boiler, where there are several dust burner mostly stacked.
  • this area of the boiler is referred to as the burner level or first burn-out level, but strictly geometrically, it is not a level but the bottom of the fire rim of the boiler.
  • control scheme of the present invention may apply to any firing of fossil fuels with staged air supply, and that the type of fuel burned for the process is generally not limitative. That's the way it is
  • V ⁇ PA ⁇ APB_268_S07-003-0.doc
  • FIG. 1 shows a graphic illustration of the effects of the control scheme on which the invention is based
  • FIG. 1 a graphical representation of the steam generator supplied
  • Figure 3 is a circuit diagram of an air control on a steam generator according to the invention.
  • the method according to the invention is explained below using the example of a control of the combustion air supply of a lignite-fired steam generator, wherein the lignite is blown into the boiler via dust burners with the primary air supplied to the dust burners in the burner level and burned there. Furthermore, air is supplied to the combustion process via the secondary air allocation of the burners and via burnout air supplied downstream of the flue gas flow.
  • coal quality often varies greatly. Some coals are rich in alkalis, alkalis are known to be slag formers.
  • a stoichiometric mode of operation of the furnace is critical for compliance with the CO limit values and additionally promotes the formation of solid caking contaminants.
  • V ⁇ PA ⁇ APB 268 S07-003-0.doc Determined Brennstoffm ⁇ ssenstrom and the Brennstoffqu ⁇ ltician used and on the other hand is controlled in dependence on the NOx and CO emissions of the steam generator. Initially, in an internal control, which is illustrated below, depending on the measured NOx / CO emissions, a variation of the air supply within the different burnout levels is made. The aim of this regulation is, within certain limits, to keep the total amount of air supplied to the steam generator as constant as possible for a given amount of fire.
  • an air-fuel ratio curve is stored for each burn-out level (reference to the upper diagram in FIG. H. set the desired air ratio as a function of the fire power.
  • the air requirement of the individual burn-out level is calculated from the air ratio based on the amount of fire produced.
  • Figure 2 suggestively, is based on the air ratio of the last Ausbrandebene (air ratio ABL 2) and a fuel-specific
  • a NOx regulator is provided behind the boiler, which reduces the secondary air at the burners when a predetermined NOx target value is exceeded and the reduced secondary air quantity of the burnout air 2 strikes.
  • a predetermined CO target value is exceeded, the amount of burnout air from ABL 2 is gradually reduced in the direction of the burner, possibly while maintaining the NOx target value, wherein the reduced amount of air in ABL 2 is added to the secondary air flow of the burner.
  • the required amount of air determined on the respective burn-out level is determined in each case as the total amount of air with deduction of the already supplied air quantity.
  • the setpoint for the burnout air 1 results from the stored air ratio for the burnout air 1, wherein the amount of air already supplied up to this level (essentially the amount of burner air) is deducted from the calculated value.
  • the calculated value is used as the setpoint for the external control of the total volume of air behind the boiler, the oxygen content being a measure of the total amount of flue gas emitted.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling the combustion air supply in a steam generator that is fueled with fossil fuels, the combustion air being supplied gradually in different combustion zones. The invention is characterized in that combustion air supply is controlled, depending on the NOx and/or CO content in the flue gas, in such a manner that first the air supply is varied between the different combustion zones with approximately constant air volumes. An external control of the overall air volume overrides this type of control.

Description

Verfahren zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr an einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger Method for regulating the supply of combustion air to a steam generator fueled by fossil fuels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reglung der Verbrennungsluftzufuhr an einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger, wobei die Verbrennungsluft stufenweise in mehreren in Rauchgasströmungsrichtung hintereinander angeordneten Verbrennungszonen zugegeben wird und wobei die Verbrennungsluftzufuhr auch in Abhängigkeit der Brennstoffmenge bemessen wird.The invention relates to a method for controlling the supply of combustion air to a fossil fuel-fired steam generator, wherein the combustion air is gradually added in a plurality of flue gas flow direction in succession combustion zones and wherein the combustion air supply is also measured in dependence on the amount of fuel.
Eine solche gestufte Luftzufuhr ist beispielsweise bei der Befeuerung von mit Braunkohlenstaub betriebenen Dampferzeugern bekannt.Such a staged air supply is known, for example, in the firing of lignite-fired steam generators.
Bei der Verbrennung von festen körnigen Brennstoffen, wie beispielsweise Braunkohle sind in jedem Falle Grenzwerte für den Ausstoß an Stickoxiden und Kohlenmonoxid einzuhalten. Schließlich ist die Feuerung unterWhen burning solid granular fuels, such as lignite, emission limits for nitrogen oxides and carbon monoxide must always be observed. Finally, the furnace is under
Wirkungsgradgesichtspunkten zu optimieren, d. h. dass der Brennstoffverbrauch und der CO2-Ausstoß so gering wie möglich sein sollten.Optimizing efficiency, ie that fuel consumption and CO 2 emissions should be as low as possible.
Es ist bekannt, dass bei überstöchiometrischer Fahrweise des Kessels Stickoxide anfallen, bei einer entsprechend reduzierten Luftmenge jedoch Kohlenmonoxid entsteht. Sowohl Stickoxide als auch Kohlenmonoxid im Abgas sind nicht wünschenswert.It is known that nitrogen oxides are produced when the boiler is overstoichiometric, but carbon monoxide is produced with a correspondingly reduced amount of air. Both nitrogen oxides and carbon monoxide in the exhaust gas are not desirable.
Aus diesem Grund wird seit geraumer Zeit eine Luftregelung für Feuerungen mit gestufter Zugabe praktiziert, d. h. dass in einer in Rauchgasströmungsrichtung ersten Verbrennungszone etwas weniger Luft zugegeben wird, um die Stickoxidbildung zu verhindern. Hierdurch entstehendes Kohlenmonoxid wird durch die Zugabe von Verbrennungsluft in wenigstens einer nachgeschalteten Verbrennungszone nachverbrannt.For this reason, air regulation has been practiced for staged-addition stoves for quite some time; H. that a little less air is added in a first combustion zone in the flue gas flow direction to prevent the formation of nitrogen oxides. Resulting carbon monoxide is post-combusted by the addition of combustion air in at least one downstream combustion zone.
Bei mit Braunkohlenstaub betriebenen Dampferzeugern sind in der ersten Ausbrandebene des Kessels, der die erste Verbrennungszone darstellt, mehrere Stαubbrenner zumeist übereinander angeordnet. Die Nachverbrennung von Kohlenmonoxid erfolgt durch die Zugabe von sogenannten Ausbrandlüften in einer ersten und zweiten Ausbrandebene oberhalb der Brenneranordnung.In lignite-fired steam generators, there are several in the first combustion zone of the boiler, which is the first combustion zone Stαubbrenner usually arranged one above the other. The afterburning of carbon monoxide is carried out by the addition of so-called burnout in a first and second Ausbrandebene above the burner assembly.
Hinter dem Kessel werden sowohl der Sauerstoffanteil im Rauchgas als auch der Kohlenmonoxidanteil im Rauchgas gemessen. Der Sauerstoffgehalt im Rauchgas ist ein Maß für die Rauchgasmenge, der Kohlenmonoxidgehalt im Rauchgas soll gewisse Grenzwerte nicht überschreiten.Behind the boiler, both the oxygen content in the flue gas and the carbon monoxide in the flue gas are measured. The oxygen content in the flue gas is a measure of the amount of flue gas, the carbon monoxide content in the flue gas should not exceed certain limits.
Bei ansteigendem Kohlenmonoxidanteil im Rauchgas wird bisher üblicherweise so verfahren, dass die dem Kessel zugeführte Gesamtluftmenge erhöht wird. Dies erfolgte bisher gleichmäßig an allen Luftzuführungen, d. h. die Brennerluft und die Ausbrandlüfte wurden gleichmäßig erhöht. Hierdurch steigt die Rauchgasmenge, die von dem Dampferzeuger insgesamt emittiert wird, an. Dies ist insbesondere wegen des dadurch veränderten konvektiven Wärmeübergangs an den Nachschaltheizflächen nicht wünschenswert. Eine Veränderung der Rauchgasmenge zieht immer Wirkungsgradschwankungen nach sich.With increasing carbon monoxide content in the flue gas is usually so far procedure that the boiler supplied total amount of air is increased. This has hitherto been carried out uniformly at all air supply lines, d. H. the burner air and the burn-out air were increased evenly. This increases the amount of flue gas emitted by the steam generator as a whole. This is not desirable, in particular because of the resulting changed convective heat transfer to the Nachschaltheizflächen. A change in the amount of flue gas always results in fluctuations in efficiency.
Bei der bisher praktizierten Regelung der Verbrennungsluftzufuhr wurde jeder Lufteintrag in den Kessel über eine für den entsprechenden Lufteintrag in einerIn the hitherto practiced control of the combustion air supply, each air entry into the boiler via one for the corresponding air intake in a
Regelung hinterlegte Luftkurve gesteuert, wobei über die Luftkurve jeweils die benötigte Luftmenge bezogen auf die Feuerleistung des Kessels abgebildet war.Control deposited air curve controlled, with the required air volume was based on the fire performance of the boiler shown on the air curve.
Die Luftkurven standen zwar in einem verfahrenstechnischen Zusammenhang zueinander, wurden jedoch im Allgemeinen isoliert verarbeitet. Bei einer Anpassung der Luftkurven aufgrund von geänderten Feuerungsbedingungen mussten daher alle Einstellungen neu berechnet und eingegeben werden. Dies ist insbesondere regelungstechnisch aufwendig.Although the air curves were in a procedural context, they were generally processed in isolation. When adjusting the air curves due to changed firing conditions, all settings had to be recalculated and entered. This is particularly expensive control technology.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich der Regelstabilität zu verbessern. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren eine Fahrweise des Dampferzeugers mit einer möglichst konstanten Rauchgasmenge ermöglichen.The invention is therefore based on the object to improve a method of the type mentioned in terms of control stability. In particular, the method according to the invention is intended to enable a mode of operation of the steam generator with as constant a quantity of flue gas as possible.
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Regelung der Verbrennungsluftzufuhr in Abhängigkeit des NOx- und/oder CO-Gehalts im Rauchgas derart erfolgt, dass zunächst eine Variation der Luftzufuhr zwischen den verschiedenen Verbrennungszonen bei etwa konstanter Luftmenge vorgenommen wird.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc The object underlying the invention is achieved by a method of the type mentioned above, which is characterized in that a control of the combustion air supply in dependence of the NOx and / or CO content in the flue gas takes place such that initially a variation of the air supply between the different combustion zones is made at about constant air flow.
Die Erfindung lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass erfindungsgemäß eine innere Regelung sowie eine äußere Regelung von NOx und/oder CO vorgesehen sind, die so ineinander greifen, dass zunächst bei NOx/CO- Schwankungen/Abweichungen eine Variation der Luftzufuhr zwischen den einzelnen Verbrennungszonen bei weitestgehend konstanter Luftmenge vorgenommen wird.The invention can be summarized to the effect that according to the invention an inner control and an external control of NOx and / or CO are provided, which interlock so that initially in NOx / CO fluctuations / deviations a variation of the air supply between the individual combustion zones as far as possible constant amount of air is made.
Kann unter diesen Voraussetzungen ein maximal zulässiger CO-Wert beispielsweise nicht eingehalten werden, so greift eine äußere Regelung ein, die die Gesamtluftmenge des Dampferzeugers anpasst.If, under these conditions, a maximum permissible CO value, for example, can not be complied with, an external regulation that adjusts the total quantity of air of the steam generator intervenes.
Auf diese Art und Weise kann eine Regelung verwirklicht werden, die insbesondere unanfällig für Regelschwingungen ist.In this way, a control can be realized, which is particularly susceptible to control oscillations.
Selbstverständlich wird der Gesamtluftbedarf des Dampferzeugers auch anhand der benötigten Brennstoffmenge und des Heizwertes der Brennstoffe ermittelt.Of course, the total air requirement of the steam generator is also determined based on the required amount of fuel and the calorific value of the fuels.
Vorzugsweise erfolgt die Variation der Luftzufuhr über wenigstens drei in Rauchgasströmungsrichtung hintereinander geschaltete Verbrennungszonen.Preferably, the variation of the air supply via at least three combustion zones connected in series in the flue gas flow direction takes place.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Überschreiten eines NOx-Grenzwertes die Luftzufuhr einer in Strömungsrichtung des Rauchgases stromaufwärts ersten Verbrennungszone verringert wird und die Luftzufuhr der in Rauchgasströmungsrichtung letzten Verbrennungszone entsprechend erhöht wird.According to the invention, when an NOx limit value is exceeded, the air supply of a combustion zone upstream in the flow direction of the flue gas is reduced and the air supply of the last combustion zone in the flue gas flow direction is correspondingly increased.
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc Ausgehend von wenigstens drei Verbrennungszonen ergibt sich somit eine Art Kαskαdenregelung.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc Starting from at least three combustion zones thus results in a kind Kαskαdenregelung.
Bei Überschreiten eines CO-Grenzwertes wird vorzugsweise zunächst die Luftzufuhr der in Rauchgasströmungsrichtung ersten Verbrennungszone erhöht und die Luftzufuhr der in Rauchgasströmungsrichtung letzten Verbrennungszone entsprechend verringert.When a CO limit value is exceeded, the air supply of the first combustion zone in the first flue gas flow direction is preferably first increased and the air supply of the last combustion zone in the flue gas flow direction is correspondingly reduced.
Bei Überschreiten einer gegebenen Luftmenge der letzten Verbrennungszone kann die Luftzufuhr der nächsten stromaufwärts gelegenen Verbrennungszone erhöht werden. Umgekehrt kann bedarfsweise die Luftzufuhr der nächsten stromaufwärts gelegenen Verbrennungszone verringert werden.When a given amount of air of the last combustion zone is exceeded, the air supply of the next upstream combustion zone can be increased. Conversely, if necessary, the air supply of the next upstream combustion zone can be reduced.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die jeder Verbrennungszone zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit einer für jede Verbrennungszone vorgegebenen Luftzahl (λ-Zahl) ermittelt wird. Die Luftzahl jeder Verbrennungszone kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Feuerleistung/Last vorgegeben werden.In a preferred variant of the method according to the invention, it is provided that the quantity of air supplied to each combustion zone is determined as a function of an air ratio (λ number) predetermined for each combustion zone. The air ratio of each combustion zone can be specified, for example, as a function of the fire power / load.
Besonders bevorzugt ist eine Variante des Verfahrens, bei welcher für die letzte Verbrennungszone mittels der Luftzahl dieser Verbrennungszone mittels eines brennstoffspezifischen Luftbedarfs und dem Brennstoffmassenstrom der Gesamtluftbedarf der Feuerung ermittelt wird.Particularly preferred is a variant of the method in which for the last combustion zone by means of the air ratio of this combustion zone by means of a fuel-specific air requirement and the fuel mass flow of the total air demand of the furnace is determined.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der für die letzte Verbrennungszone vorgegebenen Luftzahl der Sauerstoffgehalt im Rauchgas hinter der Feuerung errechnet wird.In a particularly preferred variant of the method according to the invention, it is provided that the oxygen content in the flue gas behind the furnace is calculated on the basis of the air ratio predetermined for the last combustion zone.
Der so errechnete Sauerstoffgehalt kann als Sollwert für eine äußere Regelung der Gesamtluftmenge verwendet werden.The calculated oxygen content can be used as a setpoint for an external control of the total air volume.
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc Dies ist insbesondere deshalb besonders vorteilhaft, da so die Hinterlegung von Sollwertkurven für den Sauerstoffgehalt des Rauchgases über verschiedene Lastzustände der Feuerung entbehrlich ist. Die äußere Regelung der Gesamtluftmenge erfolgt über den Vergleich eines gemessenen Sauerstoffgehalts hinter dem Kessel mit einem errechneten Sauerstoffgehalt, der sich, wie nachstehend noch erläutert wird, ausschließlich aus der für die letzte Verbrennungszone vorgebebenen Luftzahl ergibt.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc This is particularly advantageous because the deposit of desired value curves for the oxygen content of the flue gas over different load states of the furnace is dispensable. The external control of the total amount of air is done by comparing a measured oxygen content behind the boiler with a calculated oxygen content, which, as will be explained below, results exclusively from the air ratio predefined for the last combustion zone.
Zweckmäßigerweise wird der brennstoffspezifische Luftbedarf durch fortlaufende Brennstoffanalyse ermittelt.The fuel-specific air requirement is expediently determined by continuous fuel analysis.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regelung an einem mit Braunkohle befeuerten Kessel nach Anspruch 1 , wobei der Brennstoff und wenigstens ein erster Teilstrom der Verbrennungsluft in einer Brennerebene als erste Ausbrandebene einer Brennkammer zugeführt werden und wenigstens ein weiterer Teilstrom der Verbrennungsluft als Ausbrandluft in Rauchgasströmungsrichtung stromabwärts in wenigstens einer nachgeschalteten Ausbrandebene zugegeben wird.The invention further relates to a method for controlling a lignite-fired boiler according to claim 1, wherein the fuel and at least a first partial flow of the combustion air are supplied in a burner level as a first Ausbrandebene a combustion chamber and at least one further partial flow of the combustion air as Ausbrandluft downstream in the flue gas flow direction is added in at least one downstream Ausbrandebene.
Jede der Ausbrandebenen einschließlich der Brennerebene bilden eineEach of the burnout levels including the burner level form one
Verbrennungszone, wobei eine Variation der Luftzufuhr über wenigstens drei Ausbrandebenen einschließlich der Brennerebene erfolgt. Die Brennerebene bildet die erste Ausbrandebene des Kessels, wobei dort mehrere Staubbrenner zumeist übereinander angeordnet sind. Der Einfachheit halber wird dieser Bereich des Kessels als Brennerebene oder erste Ausbrandebene bezeichnet, streng geometrisch betrachtet handelt es sich aber nicht um eine Ebene, sondern um den unteren Bereich des Feuerrands des Kessels.Combustion zone, wherein a variation of the air supply via at least three Ausbrandebenen including the burner level. The burner level forms the first Ausbrandebene of the boiler, where there are several dust burner mostly stacked. For the sake of simplicity, this area of the boiler is referred to as the burner level or first burn-out level, but strictly geometrically, it is not a level but the bottom of the fire rim of the boiler.
Die Erfindung ist für den Fachmann ohne Weiteres so zu verstehen, dass das erfindungsgemäße Regelschema auf jede Feuerung von fossilen Brennstoffen mit gestufter Luftzufuhr Anwendung finden kann und dass die Art des verfeuerten Brennstoffs für das Verfahren grundsätzlich nicht beschränkend ist. So ist esThe invention will be readily understood by those skilled in the art that the control scheme of the present invention may apply to any firing of fossil fuels with staged air supply, and that the type of fuel burned for the process is generally not limitative. That's the way it is
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc beispielsweise bei der Befeuerung von Dampferzeugern mit Steinkohle bekannt, eine Luftstufung bereits innerhalb der Brenner vorzunehmen. Auch bei einer solchen gestuften Luftzufuhr ist es Ziel, sowohl den NOx-Ausstoß als auch den CO- Ausstoß zu minimieren; auch dort gilt es, die Regelstabilität der gestuften Luftzugabe in Hinblick auf Wirkungsgradschwankungen des Dampferzeugers zu verbessern.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc For example, in the firing of steam generators with coal known to make an air grading already within the burner. Even with such a staged air supply, the goal is to minimize both NOx and CO emissions; there, too, it is important to improve the control stability of the staged addition of air in terms of efficiency fluctuations of the steam generator.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Darstellungen erläutert.The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 : eine graphische Veranschaulichung der Auswirkungen des der Erfindung zugrunde liegenden Regelschemas,FIG. 1 shows a graphic illustration of the effects of the control scheme on which the invention is based;
Figur 2: eine graphische Darstellung des dem Dampferzeuger zugeführtenFigure 2: a graphical representation of the steam generator supplied
Luftmassenstroms undAir mass flow and
Figur 3: ein Schaltbild einer Luftregelung an einem Dampferzeuger gemäß der Erfindung.Figure 3 is a circuit diagram of an air control on a steam generator according to the invention.
Nachstehend wird das Verfahren gemäß der Erfindung am Beispiel einer Regelung der Verbrennungsluftzufuhr eines mit Braunkohle befeuerten Dampferzeugers erläutert, wobei die Braunkohle über Staubbrenner mit der den Staubbrennern zugeführten Primärluft in der Brennerebene in den Kessel eingeblasen und dort verbrannt wird. Weiterhin wird dem Verbrennungsvorgang Luft über die Sekundärluftzuteilung der Brenner und über stromabwärts bezogen auf den Rauchgasstrom zugeführte Ausbrandlüfte zugeführt.The method according to the invention is explained below using the example of a control of the combustion air supply of a lignite-fired steam generator, wherein the lignite is blown into the boiler via dust burners with the primary air supplied to the dust burners in the burner level and burned there. Furthermore, air is supplied to the combustion process via the secondary air allocation of the burners and via burnout air supplied downstream of the flue gas flow.
In dem Kessel des Dampferzeugers sind üblicherweise mehrere Brenner gruppenweise, zumeist übereinander angeordnet. Die Verbrennung findet unmittelbar im Bereich der Brennerflammen sowie auch oberhalb der in den Kessel hineinreichenden Brennerflammen statt. Der Feuerraum des Kessels wird in dreiIn the boiler of the steam generator usually more burners in groups, usually arranged one above the other. The combustion takes place directly in the area of the burner flames as well as above the burner flames extending into the boiler. The firebox of the boiler will be in three
V:\PAWB_268_S07-003-0.doc Ausbrαndebenen unterteilt, wobei die Brennerebene eine erste Ausbrαndebene bildet, eine zweite Ausbrαndebene durch eine Ausbrαndluftzufuhr 1 (ABL 1) und eine dritte Ausbrαndebene durch eine Ausbrαndluftzufuhr 2 (ABL 2) definiert wird.V: \ PAWB_268_S07-003-0.doc Ausbrαndebenen divided, wherein the burner level forms a first Ausbrαndebene, a second Ausbrαndebene by a Ausbrαndluftzufuhr 1 (ABL 1) and a third Ausbrαndebene by a Ausbrαndluftzufuhr 2 (ABL 2) is defined.
Bei Dampferzeugern, die mit Braunkohlenstaub betrieben werden, unterliegt die Kohlenqualität häufig starken Schwankungen. Manche Kohlen sind alkalienreich, Alkalien sind bekanntlich Schlackebildner.For steam generators operated with lignite dust, coal quality often varies greatly. Some coals are rich in alkalis, alkalis are known to be slag formers.
In Versuchen hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung bestimmter Einsatzkohlen eine Anhebung der Luftzahl oberhalb der Brennerebene vorteilhaft für das Verschmutzungsverhalten in der Brennkammer und der heißliegenden Nachschaltheizflächen ist. Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Luftzahl von λ = 1 ,05 oberhalb der Brennerebene als günstig für das Verschmutzungsverhalten und die hieraus resultierende Reisezeit des Dampferzeugers erwiesen.In experiments it has been found that when using certain carburizing an increase in the air above the burner level is advantageous for the fouling behavior in the combustion chamber and the hot Nachschaltheizflächen. In the embodiment described below, an air ratio of λ = 1.05 above the burner level is found to be favorable for the pollution behavior and the resulting travel time of the steam generator.
Bekanntlich ist eine leicht überstöchiometrische Fahrweise der Brenner (λ = 1 ,05) in Bezug auf die Einhaltung der zulässigen N Ox- Grenzwerte kritisch. Eine unterstöchiometrische Fahrweise der Feuerung hingegen ist für die Einhaltung der CO-Grenzwerte kritisch und fördert zusätzlich die Bildung von festen anbackenden Verschmutzungen.As is known, a slightly over-stoichiometric mode of operation of the burners (λ = 1, 05) is critical with regard to compliance with the permissible N Ox limits. By contrast, a stoichiometric mode of operation of the furnace is critical for compliance with the CO limit values and additionally promotes the formation of solid caking contaminants.
Aus diesem Grunde ist es bekannt, wie eingangs bereits beschrieben, die für die Verbrennung benötigte Luftmenge gestuft zuzugeben, wobei ein Teilstrom der Verbrennungsluft mit der Primär- und Sekundärluft der Brenner der Feuerung zugeführt wird, ein weiterer Teilstrom der Verbrennungsluft als Ausbrandluft 1 in der oberhalb der Brennerebene angeordneten Ausbrandebene und ein weiterer Teilstrom stromabwärts der Rauchgasströmung als Ausbrandluft 2 in der dritten Ausbrandebene dem Verbrennungsraum zugeführt wird.For this reason, it is known, as already described, to add the amount of air required for the combustion stepwise, wherein a partial flow of the combustion air with the primary and secondary air of the burner is supplied to the furnace, a further partial flow of the combustion air as Ausbrandluft 1 in the above the burner level arranged Ausbrandebene and another partial stream downstream of the flue gas flow is supplied as combustion air 2 in the third Ausbrandebene the combustion chamber.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Gesamtmenge der dem Dampferzeuger zuzuführenden Luft einerseits in Abhängigkeit vonAccording to the invention it is now provided that the total amount of the air supplied to the steam generator on the one hand in dependence of
V:\PA\APB 268 S07-003-0.doc Brennstoffmαssenstrom und der eingesetzten Brennstoffquαlität ermittelt und anderseits in Abhängigkeit vom NOx- und CO-Ausstoß des Dampferzeugers geregelt wird. Dabei wird zunächst bei einer inneren Regelung, die nachstehend veranschaulicht wird, in Abhängigkeit der gemessenen NOx/CO-Emissionen eine Variation der Luftzufuhr innerhalb der verschiedenen Ausbrandebenen vorgenommen. Ziel dieser Regelung ist es, innerhalb gewisser Grenzen, die dem Dampferzeuger zugeführte Gesamtluftmenge bei einer bestimmten Feuerleistung möglichst konstant zu halten.V: \ PA \ APB 268 S07-003-0.doc Determined Brennstoffmαssenstrom and the Brennstoffquαlität used and on the other hand is controlled in dependence on the NOx and CO emissions of the steam generator. Initially, in an internal control, which is illustrated below, depending on the measured NOx / CO emissions, a variation of the air supply within the different burnout levels is made. The aim of this regulation is, within certain limits, to keep the total amount of air supplied to the steam generator as constant as possible for a given amount of fire.
In der Regelung wird dabei für jede Ausbrandebene (Bezugnahme auf das obere Diagramm in Figur 1 ) eine Luftzahlkurve hinterlegt, d. h. die gewünschte Luftzahl in Abhängigkeit der Feuerleistung festgelegt. Aus der Luftzahl bezogen auf die gefahrene Feuerleistung ergibt sich der Luftbedarf der einzelnen Ausbrandebene. Wie dies in Figur 2 andeutungsweise dargestellt ist, wird anhand der Luftzahl der letzten Ausbrandebene (Luftzahl ABL 2) und eines brennstoffspezifischenIn the scheme, an air-fuel ratio curve is stored for each burn-out level (reference to the upper diagram in FIG. H. set the desired air ratio as a function of the fire power. The air requirement of the individual burn-out level is calculated from the air ratio based on the amount of fire produced. As shown in Figure 2 suggestively, is based on the air ratio of the last Ausbrandebene (air ratio ABL 2) and a fuel-specific
Luftbetrages sowie dem Brennstoffmassenstrom eine Gesamtluftmenge Ende Feuerraum ermittelt.Air amount and the fuel mass flow a total amount of air end combustion chamber determined.
Erfindungsgemäß ist ein NOx-Regler hinter dem Kessel vorgesehen, der bei Überschreiten eines vorgegebenen NOx-Sollwertes die Sekundärluft an den Brennern verringert und die verringerte Sekundärluftmenge der Ausbrandluft 2 zuschlägt. Bei Überschreiten eines vorgegebenen CO-Sollwertes wird die Ausbrandluftmenge von ABL 2 in Richtung auf den Brenner stufenweise verringert, möglichst unter Einhaltung des NOx-Sollwertes, wobei die bei ABL 2 verringerte Luftmenge dem Sekundärluftstrom des Brenners zugegeben wird.According to the invention, a NOx regulator is provided behind the boiler, which reduces the secondary air at the burners when a predetermined NOx target value is exceeded and the reduced secondary air quantity of the burnout air 2 strikes. When a predetermined CO target value is exceeded, the amount of burnout air from ABL 2 is gradually reduced in the direction of the burner, possibly while maintaining the NOx target value, wherein the reduced amount of air in ABL 2 is added to the secondary air flow of the burner.
Bei der erfindungsgemäßen Regelung ist vorgesehen, dass die auf der jeweiligen Ausbrandebene ermittelte erforderliche Luftmenge jeweils als Gesamtluftmenge unter Abzug der bereits zugeführten Luftmenge ermittelt wird. Der Sollwert für die Ausbrandluft 1 ergibt sich dabei aus der hinterlegten Luftzahl für die Ausbrandluft 1 , wobei von dem errechneten Wert die bis zu dieser Ebene bereits zugeführte Luftmenge (im Wesentlichen die Brennerluftmenge) abgezogen wird. AhnlichIn the regulation according to the invention, it is provided that the required amount of air determined on the respective burn-out level is determined in each case as the total amount of air with deduction of the already supplied air quantity. The setpoint for the burnout air 1 results from the stored air ratio for the burnout air 1, wherein the amount of air already supplied up to this level (essentially the amount of burner air) is deducted from the calculated value. Similar
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc erfolgt die Berechnung für die Ausbrαndluft 2. Hier wird von der errechneten Gesαmtluftmenge die Ausbrαndluft 1 und die Brennerluftmenge abgezogen.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc the calculation for the Ausbrαndluft 2. Here, the Ausbrαndluft 1 and the amount of burner air is deducted from the calculated Gesαmtluftmenge.
Aus der für die letzte Ausbrandebene vorgegebenen Luftzahl wird anhand der Formel O2 = 21 -21 :λ der Sauerstoffgehalt berechnet. Der berechnete Wert wird als Sollwert für die äußere Regelung der Gesamtluftmenge hinter dem Kessel verwendet, wobei der Sauerstoffgehalt ein Maß für die insgesamt emittierte Rauchgasmenge ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, aus der errechneten Luftzahl für die letzte Ausbrandebene über die zuvor genannte Formel einen Sollwert für den Sauerstoffgehalt des Rauchgases zu ermitteln, wird dieFrom the air ratio given for the last burnout level, the oxygen content is calculated using the formula O 2 = 21 -21: λ. The calculated value is used as the setpoint for the external control of the total volume of air behind the boiler, the oxygen content being a measure of the total amount of flue gas emitted. By the inventive measure, from the calculated air ratio for the last Ausbrandebene over the aforementioned formula to determine a target value for the oxygen content of the flue gas, the
Hinterlegung von Sollwertkurven für den Sauerstoffgehalt des Rauchgases in Abhängigkeit von der Feuerungsleistung des Kessels entbehrlich. Der betreffende Wert ist in dem Regelschema in Figur 3 als Funktionsgeber f(x) dargestellt, welcher wiederum in der Formel 21 -21 :f(x) abgebildet ist. In dem in Figur 3 dargestellten Regelschema bedeuten: X = Multiplizierfunktion, Σ = Summierfunktion, f(x) = Funktionsgeber und PI = Pl-Regler (proportional/integrativ).Deposit of setpoint curves for the oxygen content of the flue gas depending on the firing capacity of the boiler dispensable. The relevant value is shown in the control diagram in FIG. 3 as a function generator f (x), which in turn is depicted in the formula 21 -21: f (x). In the control scheme shown in FIG. 3, X = multiplying function, Σ = summing function, f (x) = function generator and PI = Pl controller (proportional / integrative).
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Reglung der Verbrennungsluftzufuhr an einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger, wobei die Verbrennungsluft stufenweise in mehreren in Rauchgasströmungsrichtung hintereinander angeordneten Verbrennungszonen zugegeben wird und wobei die Verbrennungsluftzufuhr auch in Abhängigkeit der Brennstoffmenge bemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Verbrennungsluftzufuhr in Abhängigkeit des NOx- oder CO-Gehaltes im1. A method for controlling the combustion air supply to a fossil fuel-fired steam generator, wherein the combustion air is gradually added in a plurality of flue gas flow direction in succession combustion zones and wherein the combustion air supply is also measured in dependence on the amount of fuel, characterized in that a control of the combustion air supply in dependence the NOx or CO content in
Rauchgas derart erfolgt, dass zunächst eine Variation der Luftzufuhr zwischen den verschiedenen Verbrennungszonen bei etwa konstanter Luftmenge vorgenommen wird.Flue gas is carried out in such a way that initially a variation of the air supply between the different combustion zones is carried out at an approximately constant amount of air.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Luftzufuhr über wenigstens drei verschiedene Verbrennungszonen erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the variation of the air supply via at least three different combustion zones takes place.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines NOx-Grenzwertes die Luftzufuhr einer in Rauchgasströmungsrichtung ersten Verbrennungszone verringert wird und die Luftzufuhr der in Rauchgasströmungsrichtung letzten Verbrennungszone entsprechend erhöht wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that when exceeding a NOx limit value, the air supply of a first combustion in the flue gas flow direction combustion zone is reduced and the air supply is increased in the flue gas flow direction last combustion zone accordingly.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines CO-Grenzwertes die Luftzufuhr der in4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when a CO limit value is exceeded, the air supply of in
Rauchgasströmungsrichtung ersten Verbrennungszone erhöht wird und die Luftzufuhr der in Rauchgasströmungsrichtung letzten Verbrennungszone entsprechend verringert wird.Flue gas flow direction of the first combustion zone is increased and the air supply to the flue gas flow direction last combustion zone is reduced accordingly.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei5. The method according to claim 3, characterized in that at
Überschreiten einer gegebenen Luftmenge in der letzten VerbrennungszoneExceeding a given amount of air in the last combustion zone
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc die Luftzufuhr der nächsten stromaufwärts gelegenen Verbrennungszone erhöht wird.V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc the air supply of the next upstream combustion zone is increased.
6. Verfahren nach Anspruch A1 dadurch gekennzeichnet, dass bedarfsweise die Luftzufuhr in der nächsten stromaufwärts gelegenen Verbrennungszone verringert wird.6. The method of claim A 1, characterized in that, if necessary, the air supply is reduced in the next upstream combustion zone.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeder Verbrennungszone zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit einer für jede Verbrennungszone vorzugebende Luftzahl (λ-Zahl) ermittelt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the combustion quantity supplied to each combustion zone is determined as a function of a predetermined for each combustion zone air ratio (λ-number).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzahl jeder Verbrennungszone in Abhängigkeit der Feuerleistung vorgegeben wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the air ratio of each combustion zone is set in dependence of the fire power.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die letzte Verbrennungszone mittels der Luftzahl dieser Verbrennungszone, mittels einem brennstoffspezifischen Luftbedarf und mittels dem Brennstoffmassenstrom der Gesamtluftbedarf der Feuerung ermittelt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that is determined for the last combustion zone by means of the air ratio of this combustion zone, by means of a fuel-specific air requirement and by means of the fuel mass flow of the total air demand of the furnace.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der für die letzte Verbrennungszone vorgegebenen Luftzahl der Sauerstoffgehalt im Rauchgas hinter der Feuerung errechnet wird.10. The method according to claim 8, characterized in that based on the predetermined for the last combustion zone air ratio of the oxygen content in the flue gas is calculated behind the furnace.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der errechnete Sauerstoffgehalt des Rauchgases hinter der Feuerung als Sollwert für eine äußere Regelung der Gesamtluftmenge verwendet wird.1 1. A method according to claim 10, characterized in that the calculated oxygen content of the flue gas behind the furnace is used as a setpoint for an external control of the total amount of air.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Sauerstoffgehalt des Rauchgases als Istwert für die Regelung der Gesamtluftmenge verwendet wird.12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the measured oxygen content of the flue gas is used as an actual value for the control of the total amount of air.
V:\PA\APB_268_S07-003-0.doc V: \ PA \ APB_268_S07-003-0.doc
13. Verfahren zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr an einem mit13. A method for controlling the combustion air supply to a with
Braunkohle befeuerten Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff und wenigstens ein erster Teilstrom der Verbrennungsluft in einer Brennerebene als ersteLignite-fired steam generator according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fuel and at least a first partial flow of the combustion air in a burner level as the first
Ausbrandebene einer Brennkammer zugeführt werden und wenigstens ein weiterer Teilstrom der Verbrennungsluft als Ausbrandluft in Rauchgasströmungsrichtung stromabwärts in wenigstens einer, vorzugsweise zwei nachgeschalteten Ausbrandebenen, zugegeben wird.Ausbrandebene be supplied to a combustion chamber and at least one further partial stream of the combustion air as combustion air in the flue gas flow direction downstream in at least one, preferably two downstream Ausbrandebenen added.
V:\PA\APB 268 S07-003-0.doc V: \ PA \ APB 268 S07-003-0.doc
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