CN100526868C - 大型锅炉排烟含氧量软测量方法 - Google Patents

大型锅炉排烟含氧量软测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锅炉热工参数测量领域，特别涉及一种实时测量大型锅炉排烟中含氧量的方法。它包括以下步骤：A、核准原始信号的准确性；B、核实煤空气热量比；C、计算燃料燃烧产生的热量；D、计算动态热量；E、计算锅炉排烟氧量。本发明具有不增加硬件设备，可靠性好，精度足够等优点。

Description

大型锅炉排烟含氧量软测量方法
技术领域
本发明属于锅炉热工参数测量领域，特别涉及一种实时测量大型锅炉排烟中含氧量的方法。
背景技术
锅炉烟气含氧量直接反映锅炉燃烧过程的风煤配比，是关系燃烧经济性的一个重要指标，也是锅炉热工自动化中重要的被控参数。目前大型锅炉大多采用内置式氧化锆氧量计测量锅炉排烟氧量，但使用情况并不太理想，存在的主要问题是：
(1)故障率高。主要故障包括：飞灰磨损、堵灰、铂电极中毒或剥离脱落、电加热器损坏等。
(2)测量精度低。受传感器本身精度、烟气氧量分布不均匀、安装处漏风的影响，测量精度不易保证，综合误差在2％O2左右。
(3)动态特性差。氧化锆氧量计是利用浓差电池的原理工作的，氧分子在氧化锆电介质内有一个渗透的过程，造成测量滞后大。为了减少飞灰磨损，许多氧量计探头上加装陶瓷保护套管，但这样有增加了堵灰的可能性和增加了测量滞后。
(4)检修、维护、校验困难。
发明内容
本发明的目的是：提供一种成本低、精度高、动态特性好、可靠性高的大型锅炉排烟含氧量的测量方法。
本发明的技术方案是：一种大型锅炉排烟含氧量软测量方法，它包括以下步骤：
A、核准原始信号的准确性
对大型锅炉各测点采集并送入其分散控制系统的下述实时信号，核实其准确性和工程单位：
 
序号 信号名称 单位 符号
1 主蒸汽温度 ℃ t<sub>s</sub>
2 主蒸汽压力 Mpa p<sub>s</sub>
 
3 给水温度 ℃ t<sub>w</sub>
4 主蒸汽流量 Kg/s q<sub>s</sub>
5 再热蒸汽温度 ℃ t<sub>r</sub>
6 再热蒸汽压力 Mpa p<sub>r</sub>
7 高压缸排汽温度 ℃ t<sub>l</sub>
8 排烟温度 ℃ t<sub>p</sub>
9 冷风温度 ℃ t<sub>0</sub>
10 锅炉总风量 m<sup>3</sup>/s V<sub>a</sub>
11 汽包压力 Mpa p<sub>d</sub>
12 燃油流量 Kg/s q<sub>o</sub>
其中锅炉总风量应该修正成为标准状态下风量，即0℃、一个大气压下的风量；
B、核实煤空气热量比
对于国内大多数煤种，煤空气热量比Kvq可采用0.27(m3/MJ)，对特殊煤种用(1)式计算其空气热量：
K vq = 0.0889 ( C ar + 0.375 S ar ) + 0.265 ( H ar - 0.125 O ar ) 0.339 ( C ar + 0.322 S ar ) + 1.257 ( H ar - 0.0867 O ar ) - - - ( 1 )
其中：Car、Sar、Har、Oar分别为煤的应用基碳、硫、氢、氧百分含量；
C、计算燃料燃烧产生的热量
燃料在锅炉内燃烧产生的总热量Qc(MW)为：
Qc＝Q1+Q2+Q5          (2)
(2)式中：Q1为锅炉有效吸热量(MW)；Q2为排烟焓(MW)；Q5为散热损失焓和锅炉其它损失焓(MW)；其中：
Q1＝0.001((qs(hs-hw)+qr(hr-hl))      (3)
(3)式中：qs、qr为过热蒸汽流量和再热蒸汽流量(kg/s)，qs＝Kgqr，Kg可以从汽轮机设计说明中查到，一般为在0.82～0.92之间；hw为给水焓(kJ/kg)；hs为过热蒸汽焓(kJ/kg)；hr为再热蒸汽焓(kJ/kg)；hl高压缸排汽焓(kJ/kg)，以上水和水蒸气的焓值可以利用IAPWS-IF97公式通过对应的水和水蒸气的温度、压力计算得到；
Q2＝KlVaCg(tp-t0)          (4)
(4)式中：Kl为炉膛和空预漏风系数，可采用设计值；Cg为烟气平均定压比热(MJ/m3℃)，计算公式为Cg＝1.039+0.00029tp；Va为总风量(m3/s)；tp为排烟温度(℃)；t0为冷风温度(℃)；
Q5从锅炉设计说明中得到，一般为Q1的1％左右；
D、计算动态热量
Q d = Q c + C b dp d dt - - - ( 5 )
(5)式中：pd是汽包压力(Mpa)；Cb是锅炉蓄热系数(MJ/Mpa)，此系数是锅炉协调控制系统中使用的信号；
E、计算锅炉排烟氧量
O 2 = 20.8 ( V a - ( K o q o + ( Q d - R o q o ) K vq ) ) V a - - - ( 6 )
(6)式中：Ko为油的空气热量比(m3/MJ)；Ro为油发热量(MJ/kg)；qo为油质量流量(kg/s)，电站锅炉一般采用0号轻柴油，其空气热量比Ko为0.244(m3/MJ)、发热量Ro为45.69(MJ/kg)。
本发明具有以下优点：不增加硬件设备，完全可以在电站过程自动控制中广泛使用的DCS(分散控制系统)中通过组态的方式实现，设计、调试、维护都很方便。软测量中所涉及的信号，都是机组过程监控系统中已经具有的信号，不需要增加新的信号测点。可靠性好，本发明省去了昂贵、脆弱的氧化锆探头，而采用其它信号计算得到氧量。这些信号都为热工测量中常见的温度、压力、流量信号，并且许多信号还具有冗余，具有很高的可靠性。精度足够，目前氧化锆氧量计的基本误差为±2％～3％FS(满量程)，重复性±1％FS，稳定性±1～2％％FS/月。由于大型锅炉尾部烟道截面积很大，氧化锆氧量计单点测量由于取样造成的绝对误差为：1％～2％O2；综合测量误差为2％O2。而本发明不存在取样的问题。通过对100～660MW多台机组的实验数据进行分析，在机组正常运行情况下，本发明测量误差完全能够达到并超过以上指标。
附图说明
无。
具体实施方式
实施例：一种大型锅炉排烟含氧量软测量方法，它包括以下步骤：
A、核准原始信号的准确性
对大型锅炉各测点采集并送入其分散控制系统的下述实时信号，核实其准确性和工程单位：
 
序号 信号名称 单位 符号
1 主蒸汽温度 ℃ t<sub>s</sub>
2 主蒸汽压力 Mpa p<sub>s</sub>
3 给水温度 ℃ t<sub>w</sub>
4 主蒸汽流量 Kg/s q<sub>s</sub>
5 再热蒸汽温度 ℃ t<sub>r</sub>
6 再热蒸汽压力 Mpa p<sub>r</sub>
7 高压缸排汽温度 ℃ t<sub>l</sub>
8 排烟温度 ℃ t<sub>p</sub>
9 冷风温度 ℃ t<sub>0</sub>
10 锅炉总风量 m<sup>3</sup>/s V<sub>a</sub>
11 汽包压力 Mpa p<sub>d</sub>
12 燃油流量 Kg/s q<sub>o</sub>
其中锅炉总风量应该修正成为标准状态下风量，即0℃、一个大气压下的风量；
B、核实煤空气热量比
对于国内大多数煤种，煤空气热量比Kvq可采用0.27(m3/MJ)，对特殊煤种用(1)式计算其空气热量：
K vq = 0.0889 ( C ar + 0.375 S ar ) + 0.265 ( H ar - 0.125 O ar ) 0.339 ( C ar + 0.322 S ar ) + 1.257 ( H ar - 0.0867 O ar ) - - - ( 1 )
其中：Car、Sar、Har、Oar分别为煤的应用基碳、硫、氢、氧百分含量；
C、计算燃料燃烧产生的热量
燃料在锅炉内燃烧产生的总热量Qc(MW)为：
Qc＝Q1+Q2+Q5               (2)
(2)式中：Q1为锅炉有效吸热量(MW)；Q2为排烟焓(MW)；Q5为散热损失焓和锅炉其它损失焓(MW)；其中：
Q1＝0.001((qs(hs-hw)+qr(hr-hl))         (3)
(3)式中：qs、qr为过热蒸汽流量和再热蒸汽流量(kg/s)，qs＝Kgqr，Kg可以从汽轮机设计说明中查到，一般为在0.82～0.92之间；hw为给水焓(kJ/kg)；hs为过热蒸汽焓(kJ/kg)；hr为再热蒸汽焓(kJ/kg)；hl高压缸排汽焓(kJ/kg)，以上水和水蒸气的焓值可以利用IAPWS-IF97公式通过对应的水和水蒸气的温度、压力计算得到；
Q2＝KlVaCg(tp-t0)           (4)
(4)式中：Kl为炉膛和空预漏风系数，可采用设计值；Cg为烟气平均定压比热(MJ/m3℃)，计算公式为Cg＝1.039+0.00029tp；Va为总风量(m3/s)；tp为排烟温度(℃)；t0为冷风温度(℃)；
Q5从锅炉设计说明中得到，一般为Q1的1％左右；
I、计算动态热量
Q d = Q c + C b dp d dt - - - ( 5 )
(5)式中：pd是汽包压力(Mpa)；Cb是锅炉蓄热系数(MJ/Mpa)，此系数是锅炉协调控制系统中使用的信号；
J、计算锅炉排烟氧量
O 2 = 20.8 ( V a - ( K o q o + ( Q d - R o q o ) K vq ) ) V a - - - ( 6 )
(6)式中：Ko为油的空气热量比(m3/MJ)；Ro为油发热量(MJ/kg)；qo为油质量流量(kg/s)，电站锅炉一般采用0号轻柴油，其空气热量比Ko为0.244(m3/MJ)、发热量Ro为45.69(MJ/kg)。

Claims (1)

1.一种大型锅炉排烟含氧量软测量方法，其特征是：它包括以下步骤：
A、核准原始信号的准确性
对大型锅炉各测点采集并送入其分散控制系统的下述实时信号，核实其准确性和工程单位：
主蒸汽温度，单位为℃，符号为ts；
主蒸汽压力，单位为Mpa，符号为ps；
给水温度，单位为℃，符号为tw；
主蒸汽流量，单位为Kg/s，符号为qs；
再热蒸汽温度，单位为℃，符号为tr；
再热蒸汽压力，单位为Mpa，符号为pr；
高压缸排汽温度，单位为℃，符号为tl；
排烟温度，单位为℃，符号为tp；
冷风温度，单位为℃，符号为t0；
锅炉总风量，单位为m3/s，符号为Va；
汽包压力，单位为Mpa，符号为pd；
燃油流量，单位为Kg/s，符号为qo；
其中锅炉总风量应该修正成为标准状态下风量，即0℃、一个大气压下的风量；
B、核实煤空气热量比
对于国内大多数煤种，煤空气热量比Kvq可采用0.27，单位为m3/MJ，对特殊煤种用(1)式计算其空气热量：
K vq = 0.0889 ( C ar + 0.375 S ar ) + 0.265 ( H ar - 0.125 O ar ) 0.339 ( C ar + 0.322 S ar ) + 1.257 ( H ar - 0.0867 O ar ) - - - ( 1 )
其中：Car、Sar、Har、Oar分别为煤的应用基碳、硫、氢、氧百分含量；
C、计算燃料燃烧产生的热量
燃料在锅炉内燃烧产生的总热量Qc，单位为MW，为：
Qc＝Q1+Q2+Q5                    (2)
(2)式中：Q1为锅炉有效吸热量，单位为MW；Q2为排烟焓，单位为MW；Q5为散热损失焓和锅炉其它损失焓，单位为MW；其中：
Q1＝0.001((qs(hs-hw)+qr(hr-hl))  (3)
(3)式中：qs、qr为过热蒸汽流量和再热蒸汽流量，单位为kg/s，qs＝Kgqr，Kg可以从汽轮机设计说明中查到，在0.82～0.92之间；hw为给水焓，单位为kJ/kg；hs为过热蒸汽焓，单位为kJ/kg；hr为再热蒸汽焓，单位为kJ/kg；hl高压缸排汽焓，单位为kJ/kg，以上水和水蒸气的焓值可以利用IAPWS-IF97公式通过对应的水和水蒸气的温度、压力计算得到；
Q2＝KlVaCg(tp-t0)    (4)
(4)式中：Kl为炉膛和空预漏风系数，可采用设计值；Cg为烟气平均定压比热，单位为MJ/m3℃，计算公式为Cg＝1.039+0.00029tp；Va为总风量单位为m3/s；tp为排烟温度，单位为℃；t0为冷风温度，单位为℃；
Q5从锅炉设计说明中得到，为Q1的1％左右；
D、计算动态热量
Q d = Q c + C b dp d dt - - - ( 5 )
(5)式中：pd是汽包压力，单位为Mpa；Cb是锅炉蓄热系数，单位为MJ/Mpa，此系数是锅炉协调控制系统中使用的信号；
E、计算锅炉排烟氧量
O 2 = 20.8 ( V a - ( K o q o + ( Q d - R o q o ) K vq ) ) V a - - - ( 6 )
(6)式中：Ko为油的空气热量比，单位为m3/MJ；Ro为油发热量，单位为MJ/kg；qo为油质量流量，单位为kg/s，电站锅炉采用0号轻柴油，其空气热量比Ko为0.244，单位为m3/MJ、发热量Ro为45.69，单位为MJ/kg。
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