CN100412444C - 基于dcs的燃煤锅炉单耗测算方法 - Google Patents
基于dcs的燃煤锅炉单耗测算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于DCS的燃煤锅炉单耗测算方法，它借助于DCS的实时计算功能，利用主汽流量、汽包压力来计算热量信号，并通过烟气含氧量来计算锅炉热效率，然后确定出燃料释放的总能量，由此计算出燃料的平均低位发热量，最终测算出锅炉的单耗指标。本发明的有益效果是：它能够科学的评定燃煤锅炉的运行是否经济，是否存在进一步实施节能降耗技改的空间，有利于电力等行业的节能降耗工作。
Description
技术领域
本发明属于热能工程的锅炉领域，特别涉及一种基于DCS的燃煤锅炉单耗算方法。
背景技术
对于燃煤锅炉(包括电站锅炉)而言，测算其单耗一般通过以下试验步骤来实现：1)记录试验开始时的主汽流量、发电量、燃煤量的累积初始值；2)每隔一段时间，定时取入炉煤样，混合、封装；3)记录试验终止时的主气流量、发电量、燃煤量的累积值；4)化验所取煤样的低位发电量，并求取各煤样低位发热量的平均值；5)计算出试验阶段的主汽产量、耗煤量；6)通过平均低位发热量，将耗煤量折成标煤消耗量。用上述方法测算锅炉单耗，存在煤质测量误差较大的弊端，而且耗时间较长，要求出结果至少需要一个工作日才能完成，因此很多单位不搞上述严格意义上的单耗测算，而是不计较煤质好坏，直接计算每吨汽耗煤量，不可避免地存在误差，很难用科学数据指导锅炉经济运行，不利于节能降耗工作的开展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够科学的评定燃煤锅炉的运行是否经济，是否存在进一步实施节能降耗技改的空间，并且根据锅炉的运行参数实时进行计算的基于DCS的燃煤锅炉单耗测算方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种基于DCS的燃煤锅炉单耗测算方法，它借助于DCS的实时计算功能，利用主汽流量、汽包压力来计算热量信号，并通过烟气含氧量来计算锅炉热效率，然后确定出燃料释放的总能量，由此计算出燃料的平均低位发热量，最终测算出锅炉的单耗指标；其具体方法步骤如下：
(1)计算热量信号：
a.首先通过实验确定锅炉的蓄热系数Cb；
在锅炉正常运行中，保持燃料量与风量不变，在t＝t0时刻，快速增大锅炉向用户提供的蒸汽流量，操作站上的监控画面显示如下的变化规律：主汽流量逐步增大，增至最高点后，又缓慢下降，最终恢复至t＝t0时刻的流量值，与此同时，汽包压力一再下降，并最终稳定在某一数值，此时实验结束，记录起始、停止时间，并根据历史趋势记录曲线，结合有关工程手册，计算出蓄热系数Cb；
b.根据主汽流量D、汽包压力Pb、蓄热系数Cb，通过下述第一公式(1)求取热量信号：
DQ(实)＝D+(CbS/(1+TdS))Pb-(TdS/(1+TdS))D (1)
其中：
DQ(实)——采用实际微分求取的热量信号，Kg/s
D——主汽流量，Kg/s
Pb——汽包压力，MPa
Cb——蓄热系数，Kg/MPa
Td——取常数1
在DCS的图形化组态软件上，选择实际微分模块、乘法模块、加法模块、减法模块，先通过求取Pb的实际微分，再与Cb相乘，再与主汽流量D相加，最后减去D的实际微分值，即得到热量信号DQ(实)；
(2)计算锅炉的热效率：
a.查工程手册，确定在锅炉额定工况下，给水焓值hs与过热蒸汽焓值h′的数值，并手工计算出h＝h′-hs，并根据下述第二公式(2)计算出总吸热量Qr；
Qr＝DQ(实)(h′-hs)(2)
其中：
Qr——汽压生产过程的总吸热量，KJ/s
DQ(实)——采用实际微分求取的热量信号，Kg/s
h′——过热蒸汽焓值，KJ/Kg
hs——给水焓值，KJ/Kg
在DCS的图形化组态软件上，选择乘法模块，求取h′-hs与DQ(实)的乘积，即得到Qr的数值；
b.建立炉膛出口过量空气系数aL与热损失的关系曲线，并根据下述第三公式(3)求出aL；并进一步通过测试及查表得出锅炉三大热损失之和q2+q3+q4：
aL＝21/(21-O2) (3)
其中：
aL——炉膛出口空气过量系数
21——空气中含氧量，％
O2——烟气含氧量，％
对于上述第三公式(3)，在DCS的图形化组态软件上，选择减法模块，求出21与O2的差值，再用除法模块求21与上述差值的相除的结果，得到aL；
对锅炉进行反平衡效率测定，通过风煤比调整，分别测定出炉膛出口过量空气系数为1.1、1.15、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5时的锅炉三大热损失q2、q3、q4，并建立过量空气系数与q2+q3+q4的对应关系图表，并在DCS的组态界面上用折线表定义上述对应关系，用查表方式，通过DCS系统实时计算出特定空气过量系数所对应的q2+q3+q4；
c.根据下述第四公式(4)计算锅炉的热效率：
η＝100-q2-q3-q4-q5-q6 (4)
其中：
q2——排烟热损失占入炉热量的比率；
q3——化学不完全燃烧热损失占入炉热量的比率；
q4——机械不完全燃烧热损失占入炉热量的比率；
q5——散热热损失占入炉热量的比率；
q6——灰渣物理显热热损失及冷却水热损失占入炉热量的比率；
其中，q5由查表获得，为一已知常数，q6取0.5-1，为已知常数，在DCS的图形化组态软件中，将过量空气系数aL作为上述第b步所定义的折线表模块的输入，折线表模块输出q2+q3+q4的测算值，再用减法模块，计算出效率η的数值；(3)锅炉单耗Hd的计算：
a.按下述第五公式(5)计算锅炉输入的总热量QZ：
QZ＝MQar·net＝Qr/ηψ1 (5)
其中：
Qr——汽压生产过程的总吸热量，KJ/s
M——燃料流量，Kg/s
Qar·net——燃料收到基的低位发热量，KJ/Kg
η——锅炉热效率，％
ψ1——一次工质吸热量占锅炉总吸热量份额，％
在DCS的图形化组态软件上，首先定义ψ1为一个变量，并且人为赋值，然后用乘法模块求取ψ1与η的乘积，再用除法模块，求取Qr与ψ1×η相除结果，即得到QZ，并用累加模块求取QZ的累加值Q′Z，并做为某一段时间锅炉输入的总能量，并将Q′Z在流程图上显示出来；
b.根据下述第六公式(6)人工计算某一时间段内的平均低位发热量Q′ar·net：
Q′ar·net＝Q′Z/M′(6)
其中，
Q′ar·net——燃料收到基的平均低位发热量，KJ/Kg
M′——某一时间段内的入炉燃料量，Kg；M′通过测量手段得到；
Q′Z——同一时间段的锅炉输入的总能量，KJ；Q′Z通过操作站上观测得到；
c.根据下述第七公式(7)人工计算标煤耗量Mb：
Mb＝(Q′ar·net/Q标准煤)×M′(7)
其中：
Mb——某一段时间内的标准煤耗量，Kg
Q′ar·net——燃料收到基的平均低位发热量，KJ/Kg
M′——某一段时间内的入炉燃料量，Kg
Q标准煤——标准煤的发热量，KJ/Kg
d.根据下述第八公式(8)人工计算锅炉单耗Hd：
Hd＝Mb/DZ (8)
其中：
Hd——锅炉单耗，Kg/kg
Mb——某一段时间内的标煤耗量，Kg
DZ——某一段时间内的锅炉的产汽总量，Kg；
所述的ψ1的确定方法为：假定ψ1＝0.8，通过多次测算平均低位发热量Q′ar·net，并与实际化验室化验的燃煤发热量相比较，最终修正ψ1，使之合理取值。
本发明借助于DCS(集散控制系统)进行实时计算的，集散控制系统(DCS)集信息技术、微处理器技术、控制技术、网络技术于一体，是当今十分成熟的现代计算控制系统，在该系统上，可以进行系统组态、流程图制作、报表制作、控制方案设计以及系统调试、维护等工作，对锅炉的主汽流量、汽包压力、烟气含氧量通过在DCS上进行I/O点组态，并将相应的变送器输出线连接至相关I/O卡件；并在流程图上增加三种信号的显示模块，使主汽流量、汽包压力、烟气含氧量可以实时显示出来，同时在组态时，需注意将主汽流量进行累加处理，并在流程图上对主汽流量累加值显示出来。把主汽流量、汽包压力、烟气含氧量进行组态历史记录，这样就在操作站上监控三种信号的变化趋势曲线。
本发明的有益效果是：它能够科学的评定燃煤锅炉的运行是否经济，是否存在进一步实施节能降耗技改的空间，有利于电力与能源等行业的节能降耗工作。
具体实施方式
按照上述发明内容部分中的技术方案，结合具体锅炉的运行参数，借助于DCS可以方便地计算出燃煤锅炉的单耗Hd。
Claims (2)
1. 基于DCS的燃煤锅炉单耗测算方法，其特征在于：它借助于DCS的实时计算功能，利用主汽流量、汽包压力来计算热量信号，并通过烟气含氧量来计算锅炉热效率，然后确定出燃料释放的总能量，由此计算出燃料的平均低位发热量，最终测算出锅炉的单耗指标；其具体方法步骤如下：
(1)计算热量信号：
a.首先通过实验确定锅炉的蓄热系数Cb；
在锅炉正常运行中，保持燃料量与风量不变，在t＝tθ时刻，快速增大锅炉向用户提供的蒸汽流量，操作站上的监控画面显示如下的变化规律：主汽流量逐步增大，增至最高点后，又缓慢下降，最终恢复至t＝t0时刻的流量值，与此同时，汽包压力一再下降，并最终稳定在某一数值，此时实验结束，记录起始、停止时间，并根据历史趋势记录曲线，结合有关工程手册，计算出蓄热系数Cb；
b.根据主汽流量D、汽包压力Pb、蓄热系数Cb，通过下述第一公式(1)求取热量信号：
DQ(实)＝D+(Cbs/(1+Tds))Pb-(Tds/(1+Tds))D (1)
其中：
DQ(实)——采用实际微分求取的热量信号，Kg/s
D——主汽流量，Kg/s
Pb——汽包压力，MPa
Cb——蓄热系数，Kg/MPa
Td——取常数1
在DCS的图形化组态软件上，选择实际微分模块、乘法模块、加法模块、减法模块，先通过求取Pb的实际微分，再与Cb相乘，再与主汽流量D相加，最后减去D的实际微分值，即得到热量信号DQ(实)；
(2)计算锅炉的热效率：
a.查工程手册，确定在锅炉额定工况下，给水焓值hs与过热蒸汽焓值h′的数值，并手工计算出h＝h′-hs，并根据下述第二公式(2)计算出总吸热量Qr；
Qr＝DQ(实)(h′-hs) (2)
其中：
Qr——汽压生产过程的总吸热量，KJ/s
DQ(实)——采用实际微分求取的热量信号，Kg/s
h′——过热蒸汽焓值，KJ/Kg
hs——给水焓值，KJ/Kg
在DCS的图形化组态软件上，选择乘法模块，求取h′-hs与DQ(实)的乘积，即得到Qr的数值；
b.建立炉膛出口过量空气系数a1与热损失的关系曲线，并根据下述第三公式(3)求出aL；并进一步通过测试及查表得出锅炉三大热损失之和q2+q3+q4：
aL＝21/(21-O2) (3)
其中：
a1——炉膛出口空气过量系数
21——空气中含氧量，％
O2——烟气含氧量，％
对于上述第三公式(3)，在DCS的图形化组态软件上，选择减法模块，求出21与O2的差值，再用除法模块求21与上述差值的相除的结果，得到aL；
对锅炉进行反平衡效率测定，通过风煤比调整，分别测定出炉膛出口过量空气系数为1.1、1.15、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5时的锅炉三大热损失q2、q3、q4，并建立过量空气系数与q2+q3+q4的对应关系图表，并在DCS的组态界面上用折线表定义上述对应关系，用查表方式，通过DCS系统实时计算出特定空气过量系数所对应的q2+q3+q4；
c.根据下述第四公式(4)计算锅炉的热效率：
η＝100-q2-q3-q4-q5-q6 (4)
其中：
q2——排烟热损失占入炉热量的比率；
q3——化学不完全燃烧热损失占入炉热量的比率；
q4——机械不完全燃烧热损失占入炉热量的比率；
q5——散热热损失占入炉热量的比率；
q6——灰渣物理显热热损失及冷却水热损失占入炉热量的比率；
其中，q5由查表获得，为一已知常数，q6取0.5-1，为已知常数，在DCS的图形化组态软件中，将过量空气系数aL作为上述第b步所定义的折线表模块的输入，折线表模块输出q2+q3+q4的测算值，再用减法模块，计算出效率η的数值；
(3)锅炉单耗Hd的计算：
a.按下述第五公式(5)计算锅炉输入的总热量Qz：
QZ＝MQar·net＝Qr/ηψ1 (5)
其中：
Qr——汽压生产过程的总吸热量，KJ/s
M——燃料流量，Kg/s
Qar·net——燃料收到基的低位发热量，KJ/Kg
η——锅炉热效率，％
ψ1——一次工质吸热量占锅炉总吸热量份额，％
在DCS的图形化组态软件上，首先定义ψ1为一个变量，并且人为赋值，然后用乘法模块求取ψ1与η的乘积，再用除法模块，求取Qr与ψ1×η相除结果，即得到QZ，并用累加模块求取QZ的累加值Q′Z，并做为某一段时间锅炉输入的总能量，并将Q′Z在流程图上显示出来；
b.根据下述第六公式(6)人工计算某一时间段内的平均低位发热量Q′ar·net：
Q′ar·net＝Q′Z/M′ (6)
其中，
Q′ar·net——燃料收到基的平均低位发热量，KJ/Kg
M′——某一时间段内的入炉燃料量，Kg；M′通过测量手段得到；
Q′Z——同一时间段的锅炉输入的总能量，KJ；Q′Z通过操作站上观测得到；
c.根据下述第七公式(7)人工计算标煤耗量Mb：
Mb＝(Q′ar·net/Q标准煤)×M′ (7)
其中：
Mb——某一段时间内的标准煤耗量，Kg
Q′ar·net——燃料收到基的平均低位发热量，KJ/Kg
M′——某一段时间内的入炉燃料量，Kg
Q标准煤——标准煤的低位发热量，KJ/Kg
d.根据下述第八公式(8)人工计算锅炉单耗Hd：
Hd＝Mb/DZ (8)
其中：
Hd——锅炉单耗，Kg/Kg
Mb——某一段时间内的标煤耗量，Kg
DZ——某一段时间内的锅炉的产汽总量，Kg。
2. 根据权利要求1所述的基于DCS的燃煤锅炉单耗测算方法，其特征在于所述的ψ1的确定方法为：假定ψ1＝0.8，通过多次测算平均低位发热量Q′ar·net，并与实际化验室化验的燃煤发热量相比较，最终修正ψ1，使之合理取值。
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