优化AA风控制逻辑减少燃煤锅炉NOx排放

摘 要：燃煤燃烧过程中排放的NOx气体是危害大，且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。燃煤锅炉是NOx排放大户，环保排放标准越来越严格，同步或增设脱硝设备的锅炉也越来越多。最广泛的脱硝方式是采用向尾部烟气喷氨气进行化学反应，因会产生氨逃逸，较大幅度的脱硝往往导致设备的腐蚀老化严重，因此必须辅以炉内燃烧调整，降低NOx生成，从而减少锅炉NOx排放，本文重点介绍通过对锅炉AA风调整来降低NOx生成的方法，并使之有效推广。

关键词：NOx排放；AA风控制

0.前言

燃料燃烧过程中所生成的氮氧化物主要是NO和NO2，通常，把这两种氮氧化物合称NOx，而其中NO约占95%以上。控制燃料NOx生成的方法有：燃用燃料含N量低的燃料、采用燃料过浓燃烧、扩散燃烧时，抑制燃料与空气的混合等。

燃料的供给受市场限制，常用的调控NOx生成的手段为炉内分级燃烧，是通过调整炉内空气分布，实现低氧燃烧来降低NOx生成。分级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛，第一级的空气量大约为80%左右，从燃烧器的下部送入；第二级的空气量大约为20%左右，从燃烧器的上部AA风喷口送入，两级喷口之间的距离为1.5～2米。采用两级燃烧方式，主要用于降低NOx的生成量。

1、运行调整试验数据分析

通过在某锅炉运行调整试验得出，煤质一定时NOx排放主要受几个方面影响：

1） AA风开度过小

2） 氧量过大

3） 启停磨时通入大量一次风

4） 减负荷过程中变负荷前馈导致AA风快速关小

无论是以上哪种因素的影响，终其原因还是改变了炉内配风分布，使燃烧器着火区段的氧浓度升高，热负荷中心温度升高从而导致NOx生成量加大而排放超标。

以下是某锅炉生成实际数据，根据锅炉运行调整，记录试验数据如下：

根据上表显示，在煤质特性变化不大的情况下，锅炉NOx排放与AA风开度有非常大的关系，与氧量也密切相关。经试验在机组负荷550MW运行时，AA风自动开度为63%，NOx排放360mg/Nm3较稳定，当减负荷指令来后，AA风自动大幅减小，最小关至25.9%，然后慢慢回调至34%，其间2B磨因减负荷停运吹扫，NOx排放在AA风关至最小时达到417 mg/Nm3峰值（约延迟3min），当2B磨冷风门很快关闭时，由于AA风配比相对增大，NOx排放快速下降，当总风量回调后回弹至高值，再逐渐回到360 mg/Nm3左右。

此过程中AA风关闭过快，幅度过大，需要进行改善。当减负荷时将AA风切手动，控制风门开度较大，则NOx排放能得到明显改善。

机组负荷由530MW减至350MW过程中，AA风为手动控制，由100%阶梯减至最低29%，在380MW负荷以前，停磨操作引起了NOx排放有小幅上涨，但还不到350 mg/Nm3，当AA风开度由55%迅速关小至29%后，NOx排放迅速上涨至450 mg/Nm3，后因AA风逐渐开大而回落，至AA风开度70%时排放稳定在330 mg/Nm3，由此可见AA风开度自动逻辑需要改进。

2、AA风自动控制逻辑分析及建议

目前机组AA风控制逻辑示意图为：

当加减负荷时，由目标负荷计算出变负荷前馈，通过加法器与机组负荷对应AA风开度曲线值相加，从而得出AA风控制值。

机组负荷对于AA风开度F（x）函数为：

当加负荷时变负荷前馈使AA风指令快速加大，AA风快速开大，NOx排放也相对变化平缓达标（如图1中11：00曲线所示）。当减负荷时由于变负荷前馈为负值，则AA风快速关小（如图1中12：00曲线所示）。而低负荷运行时，由于氧量大，炉内燃烧器区域风量比例大，AA风开度过小加剧了NOx生产量，导致排放超标。

因此对F（x）函数优化如下表：

通过以上逻辑，首先去除锅炉变负荷前馈的负值修正，缓解减负荷时AA风控制关小趋势，然后通过锅炉氧量的余量系数对F（x）函数对应值进行±20%以内的修正，缓解低负荷氧量过高和启停磨时大量一次风直接进入炉膛时造成的过量配风，确保AA风开度控制值合理。

3、结论

调整AA风门效果是明显的，主要表现为：

1） 水冷壁温易超温 因上层风压火，导致分离器过热度高，水冷壁吸热加强，则部分温度高管屏易发生明显上涨，严重时导致超温；

2） 主/再热汽温调整难度加大 AA风使烟气分布发生改变，特别是加减负荷时汽温调整更加困难；

3） 炉膛/风箱差压低 影响二次风均匀分布，严重时会造成回火，危及设备安全。

不过通过其他运行调整，以上影响一定是可以控制的。随着环境压力剧增，燃煤电厂NOx排放控制标准越来越高，我们对锅炉运行调整必须有更高更严的要求，对AA风现行控制逻辑的优化不容延缓。炉内减少NOx生成是不能忽视的，定能减少我们对脱硝系统的依赖性和寿命损耗，带来经济环保效益。■

参考文献

[1] 600MW超超临界机组锅炉运行说明书.哈尔滨锅炉厂

[2] 华东六省一市电机工程学会编.锅炉设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2000

[3]电站锅炉原理.中国电力出版社 刘志敏