CN101329582B - 循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法 - Google Patents

Abstract

循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法采集、整理循环流化床锅炉的床温、床压、负荷、效率、给煤量、石灰石给料量、一次风量、一次风压、上二次风量与风压、下二次风量与风压、氧量、引风量、排渣量、NOx、SOx等运行数据，建立神经网络模型，作为优化调整和诊断的依据；利用循环流化床锅炉的设计值、运行实测值、燃料化学分析值等现场数据计算锅炉效率，作为优化调整和诊断的依据；建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案，可在循环流化床锅炉偏离最优燃烧工况时进行调整优化；建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，对优化调整后仍得不到解决的问题进行诊断分析；总结了常见的事故现象并提出其处理策略，进行事故处理指导。

Description

循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法

技术领域

本发明属于热能动力工程和自动控制领域，是实现电厂CFB锅炉的建模辨识、效率计算、燃烧优化、运行指导、异常诊断、事故指导的一整套方法，本发明可有效提高CFB锅炉运行的安全性、经济性及其控制品质。

背景技术

循环流化床燃烧技术是一种高效清洁的燃煤发电技术，以其燃烧技术成熟，燃料制备系统简单，燃料适应性好，燃烧效率高，负荷调节性能好，污染排放低的独特优势在我国电力工业中占有一席之地。

但是目前我国在循环流化床锅炉的设计、制造、安装、调试和运行等方面的技术还不成熟，设计中存在一定的缺陷，电厂的实际运行中存在的诸多问题如受热面磨损、四管泄漏、锅炉飞灰含碳高、排烟温度高甚至锅炉不能带至满负荷等长期得不到完满解决，而通常采用的常规锅炉调试方案和技术又未能针对循环流化床锅炉的新特点，不能很好的满足其特殊要求。现场运行人员虽有一定的实践经验和较强的操作能力，但往往理论水平不足。循环流化床锅炉相比于煤粉炉，相关的操作规程还很不完善，在这种情况下，一旦现场发生突发异常，运行人员就很难及时处理，必定造成一定的经济损失乃至生产事故。因此，如何把理论知识、运行调试的经验和现场应用紧密结合起来，切实解决实际中存在的问题，使循环流化床锅炉能安全、稳定、长期、满负荷和高效率运行就显得至关重要。

针对此种现状，本发明将CFB锅炉的相关理论、运行经验、控制策略及现场情况结合起来，加以梳理归纳总结提高，提出了一整套行之有效的循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法，实现了CFB锅炉更高层次的运行控制与优化调整，有助于其安全、经济、环保的生产运行。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法：

(1)采集、整理循环流化床锅炉的床温、床压、负荷、效率、给煤量、石灰石给料量、一次风量、一次风压、上二次风量与风压、下二次风量与风压、氧量、引风量、排渣量、NOx、SOx等运行数据，建立神经网络模型，作为优化调整和诊断的依据；

(2)利用循环流化床锅炉的设计值、运行实测值、燃料化学分析值等现场数据计算锅炉效率，作为优化调整和诊断的依据；

(3)建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案，可在循环流化床锅炉偏离最优燃烧工况时进行调整优化；

(4)建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，对优化调整后仍得不到解决的问题进行诊断分析；

(5)总结了常见的事故现象并提出其处理策略，进行事故处理指导。

技术方案：本方法建立在以下模块的基础上：

循环流化床锅炉建模辨识模块：采集、整理循环流化床锅炉系统的运行数据，建立所述运行数据之间相互制约的人工神经网络模型；

循环流化床锅炉炉效计算模块：利用现场数据，采用反平衡算法计算锅炉效率并作为重要的特征参数；

循环流化床锅炉燃烧优化调整模块：将循环流化床锅炉的数学模型、控制经验、运行数据结合起来，建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案；

循环流化床锅炉运行异常诊断模块：针对燃烧优化调整模块调整后仍得不到解决的问题，归纳相应的控制经验和调整策略，依据运行数据，建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，进行诊断分析；

循环流化床锅炉事故指导模块：总结事故现象及其处理策略，进行事故操作指导，对循环流化床锅炉系统运行中的常见事故工况给出应急处置方案；

本方法采集、整理循环流化床锅炉的床温、床压、负荷、效率、给煤量、石灰石给料量、一次风量、一次风压、上二次风量与风压、下二次风量与风压、氧量、引风量、排渣量、NOx、SOx等运行数据，建立神经网络模型，作为优化调整和诊断的依据；利用循环流化床锅炉的设计值、运行实测值、燃料化学分析值等现场数据计算锅炉效率，作为优化调整和诊断的依据；建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案，可在循环流化床锅炉偏离最优燃烧工况时进行调整优化；建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，对优化调整后仍得不到解决的问题进行诊断分析；总结了常见的事故现象并提出其处理策略，进行事故处理指导。

本方法中的燃烧优化调整模块的所提出的判断准则和解决方案如下：

负荷调整：

当锅炉负荷增加时，先增加风量，再增加给煤量；当锅炉降低负荷时，先减少煤量，再减少风量；锅炉尾部烟气中的含氧量维持在3.5％～4％范围内，锅炉床温维持在880℃～920℃范围内；

床温调整：

步骤A11：若床温上升未达到上限报警值950℃时，采取以下三项措施：①维持总风量不变，增大一次风量，相应减少二次风量，以此增加随一次风量带走的热量，降低床层温度；②加大石灰石给料量，增加床料的吸热量、改变床料粒度分布，使床温维持在正常运行值范围内；③减少排渣量，增加床料蓄热量；

步骤A12：若床温达到上限报警值950℃，且采取步骤A11不能控制床温升高时，必须降负荷、减少给煤量、风量；

步骤A13：当锅炉床温下降没达到800℃时，维持总风量不变，减少一次风量、增加二次风量，以此减少被一次风量带走的热量，维持床温；

步骤A14：当床温下降至800℃时，要迅速降低负荷运行，减少给煤量、风量、排渣量，以此减少床温的下降速度、使床温维持在对应的负荷水平上；

步骤A15：当床温下降至650℃时，需要继续降低负荷，减少给煤量、风量，同时投入床上启动燃烧器进行助燃、维持床温在对应负荷水平上；床上启动燃烧器的投运支数和油枪的出力根据床温下降速率确定；

床压调整：

启动后，当床压上升至5.0kPa时，投入床压控制系统，根据床压设定值自动调整排渣量，以维持床压在对应负荷范围内；在锅炉带负荷过程中，当床压较低时，应在运行中逐渐积攒床料；正常运行时床层压力测量值维持在7.5kPa～8.0kPa范围内；锅炉在80％额定负荷以下运行时，负荷增加，床压随之升高；负荷大幅度降低时，需要床压随之下降，即床压必须跟随锅炉负荷的变化而变化；

床压偏高时，加大排渣量；床压偏低时，减少排渣量；锅炉负荷正常波动时，维持床压不变，不改变排渣量；

风量调整：

锅炉整套启动、供风系统风机启动后，一次风量为一次总风量的50％且大于临界流化风量；

当锅炉负荷低于50％额定负荷时，启动两台一次风机中的一台，保证燃烧室内物料的流化质量，另一台一次风机处于备用；当负荷上升至50％额定负荷以上时，启动另一台一次风机，一次总风量随着锅炉负荷的增加而增加；

当锅炉负荷上升到50％额定负荷后，调节一、二次风量配比为45％∶55％，同时保证过量空气系数α＝1.2，维持密相区的燃烧份额；

当锅炉床温超过930℃并且呈现继续上升趋势时，维持总风量不变，增加一次风量，相应减少二次风量，在小范围内调节床温；

当给煤粒径偏大，阻碍物料正常流化时，需要增加一次风量；

当给煤粒径偏小时，维持总风量不变，减少一次风量，相应增加二次风量，降低烟气速度、增加燃煤在燃烧室中的停留时间；

当运行中物料流化质量恶化或者排渣口出现床料堆积时，通过脉动调节一次风量，增加物料流化时的扰动量，调整物料流化质量；

当运行中床料粒度偏大或者排渣口出现堵塞时，在维持上、下二次风总风量不变的前提下，增加下二次风量，相应减少上二次风量，增加床料在流化中的扰动能力，为排渣提供动力，同时相应维持密相区的燃烧份额，防止床层温度超温；

给煤粒度调整：

燃料破碎系统运行时，根据破碎煤种和入口粒度，调整锤击式碎煤机锤头与撞击板之间的间隙，调整滚轴筛的转速；控制碎煤机入口的粒度小于50mm，控制煤中水分小于8％；

当煤中水分超过8％时，加强对碎煤设备的维护，定期清理碎煤机内部和滚轴筛内部的杂物、滞煤；

当破碎煤种改变时，应根据煤种特性和出口粒径及分布，及时调整碎煤机的间隙和滚轴筛的转速，使煤种特性和碎煤机间隙、滚轴筛转速相匹配，控制出口粒度，使煤种出口粒径小于10mm、出口粒径分布达到设计值范围要求。

本方法中的运行异常诊断模块所提出的判断依据及其解决方案如下：

排烟温度长期偏高：

步骤B11：首先检查吹灰器运行和受热积灰，判断是，则检修吹灰器，否则转入步骤B12；

步骤B12：比较床温、炉膛出口温度、省煤器、空预器各段烟温、氧量、风量与其设计值，若偏离，采用调整上、下二次风门，同时提高二次风压，适当降低一次风量，氧量控制在3％～4％的范围内的调整策略，如存在床温偏差，则还应调整给煤机的给煤量；否则转入步骤B13；

步骤B13：若煤种挥发份高而发热量低，采用提高锅炉运行时床温床压的方案，否则转入步骤B14；

步骤B14：若燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径较粗，采用根据燃料调整燃煤粒径的方案，否则转入步骤B15；

步骤B15：若床压或床温水平低于正常范围，则提高床压或床温；

飞灰含碳量长期偏高：

步骤B21：若燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径偏细，或燃煤挥发份低而发热量高，则根据燃料调整燃煤粒径，提高粗煤比例，减小一次风量，提高二次风风压，含氧量控制在5％-7％范围内，否则转入步骤B22；

步骤B22：比较一、二次风量与其设计值，若偏离，或二次风压偏低，或一次风量偏高，则减小一次风量，提高二次风风压，同时氧量控制在5％-7％范围内，否则转入步骤B23；

步骤B23：若返料量低，则降低返料风量；

长期带不到满负荷：

步骤B31：若系统风量偏低，则转入步骤B311；

步骤B311：若挡板故障，检修挡板，否则转入B312；

步骤B312：若风管堵塞，疏通风管，否则转入B313；

步骤B313：若风道漏风，检修风道，否则转入B314；

步骤B314：若布风板堵，检修布风板，否则转入B315；

步骤B315：若空预器漏风，检修空预器，否则转入B316；

步骤B316：若风机出力不足，检修风机，否则转入B317；

步骤B317：若风机压力不正常，检修风机，否则转入B32；

步骤B32：若燃料粒径分布异常，或煤种发热量低且挥发份低，则加大细颗粒比例，否则转入步骤B33；

步骤B33：若床温偏高，则维持床温正常水平并提高一次风量，提高二次风压，否则转入步骤B34；

步骤B34：检查床层高度，若床压偏低，则提高锅炉床压，否则转入步骤B35；

步骤B35：检查返料状况，若返料量少，则降低返料风流量，或因返料风管堵塞造成返料不畅，则应疏通后提高返料风量；

返料压力大或床压波动大：

步骤B41：若粒径分布不合理，粗细差距大，或细颗粒比例过高，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，加大排渣量，如仍调整不到位，还可进一步向炉内补充粒径合格的床料或砂，否则转入步骤B42；

步骤B42：若一、二次风调整不合理，或床层太高，则降低床压、一次风量，提高二次风压，加大排渣量，如仍调整不到位，还可进一步停止石灰石给料系统运行，否则转入步骤B43；

步骤B43：若返料风调整不合理，则调整返料系统，使返料通畅，加大返料输送风量，减小松动风量；

锅炉结焦：

步骤B51：若入炉煤粒径不合理，粒径过大，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，同时加大排渣量并向炉内补充粒径合格的床料或砂，否则转入步骤B52；

步骤B52：若床温偏差过大，则调整给煤机给煤量，尽量使床温平均；否则转入步骤B53；

步骤B53：若来煤水份太大，则尽力降低来煤水份，否则转入步骤B54；

步骤B54：若返料系统返料不畅，则调整返料系统，使返料通畅，否则转入步骤B55；

步骤B55：若石灰石量太大，则可暂停石灰石给料系统运行，否则转入步骤B56；

步骤B56：若播煤风堵，入炉煤无法散开，则加大播煤风量，否则转入步骤B57；

步骤B57：若料层过高或过低，或者局部流化穿孔，则调整床压使其在合适的范围内，否则转入步骤B58；

步骤B58：若一次风量过低，则采用一次风脉动方式，短时间内迅速提高一次风量，再回至原风量，否则转入步骤B59；

步骤B59：若风帽变形、堵塞，或喷咀脱落，或炉内大块耐磨浇注脱落造成流化不畅，则检修。

本方法中的事故指导模块所提出的应急处置方案如下：

水冷壁爆管，应采用以下措施：

紧急停炉，停止向锅炉上水；维持引风机运行，排除炉内蒸汽；若床温下降率超过允许值，则停用引风机；停炉后，尽快清除炉内床料；

过热器爆管，应采取以下措施：

若爆管不严重，允许运行一段时间，适当降负荷，同时准备停炉；

若爆管严重，引风机运行，床温下降速率不超过规定值，维持少量上水，保持正常水位；其余操作按正常停炉进行；

启动爆管的预防措施：

点火时注意炉内受热均匀；严格控制升温升压速度，平缓带负荷；升压过程中确保足够的工质冷却过热器及尾部受热面；升压阶段严禁关小过热器对空排气门及疏水门赶火升压；严密监视受热面各段管壁温度，及时发现异常；保持减温水装置正常投用；平时搞好化水监督，保证给水和蒸汽品质，防止管壁腐蚀结垢；

系统紧急停电，应采取以下措施：

关闭主汽阀，打开过热器对空排汽阀，避免安全阀起跳，控制蒸汽流量在2kg/s；打开省煤器疏水与集中下降管的连接管，使省煤器水补充至水冷壁；

由于炉内蓄热量较大，打开各风道挡板，以最大速率降低炉内的温度水平；

一旦外部电源恢复，给汽包上水时，若省煤器出口水温与汽包壁温差超过112℃时，停止向省煤器和汽包供水；

缺水事故时应采取以下措施：

将所有水位计指示情况相互对照，判断缺水事故的真假和缺水程度；

较严重的缺水是电器设备重大故障造成，应迅速判断请示实行紧急停炉；

不严重缺水，尚不影响运行，应手动加强给水，使水位恢复正常；

满水事故时应采取以下措施：

对照水位计的指示情况，判断满水的真假及程度；

将自动给水调节改为手动给水调节，轻微满水可手动调节，加大排污、疏水；

严重满水，调节又无效时，应立即请示紧急停炉；

运行中应严密监视汽包水位，保持给水流量和蒸汽流量匹配，防止给大幅度增减，造成水位波动；

发现给水流量和蒸汽流量相差太大时，及时汇报并进行分析处理；

排渣异常

通过控制锅炉排渣来控制锅炉的排渣量，建立并维持好冷渣器的进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。

有益效果：

(1)计算循环流化床锅炉的效率，作为重要的特征参数，评价锅炉的运行状况；

(2)针对CFB锅炉实际运行中出现的常见问题，如负荷、床温、床压、风量、给煤粒度调整等给出优化调整意见，可以很好的提高CFB锅炉燃烧的经济性；

(3)针对CFB锅炉运行中出现的异常提出解决方案，如排烟温度长期偏高、飞灰含碳量长期偏高、负荷长期带不上等，很好的解决了CFB锅炉运行中的安全性和经济性问题；

(4)针对CFB锅炉系统中常见的水冷壁爆管、过热器爆管、系统停电、缺水、满水、排渣异常等事故给出应急处置方案，提高运行人员的事故处理能力；

(5)本方法着力于CFB锅炉辨识建模、效率计算、燃烧优化、运行指导、异常诊断和事故指导的系统化，可以实现CFB锅炉更高层次的运行控制与优化调整，有助于其安全、经济、环保的生产运行。

附图说明

图1本发明总体结构图，

图2燃烧优化调整模块结构图，

图3运行异常诊断模块结构图，

图4事故指导模块结构图，

图5效率计算流程图，

图6燃烧优化调整流程图。

具体实施方式

本发明首先要采集、整理循环流化床锅炉系统的运行数据，建立所述运行数据之间相互制约的人工神经网络模型。

其次，本发明采用GB10184-88的反平衡算法计算炉效，数据来源是化验值手输、现场实测值和锅炉设计值等，作为重要的特征参数，评价锅炉的运行状况。

本发明主要采用的控制原理和策略具体阐述如下：

本发明的燃烧优化模块根据已建立的循环流化床锅炉系统的数学模型，概括总结了循环流化床锅炉实际运行与控制中的各种经验和数据，得出燃烧工况偏离正常工况的判断准则，提出对于不同偏离情况燃烧调整的方向和数值，指导现场运行人员更加科学、快速、有效的进行调整，该模块设有循环流化床锅炉实际运行中常见问题的解决方案，包括负荷、床温、床压、风量、给煤粒度的优化调整措施。

负荷调整是CFB锅炉的基本调整项目，基本任务是当锅炉负荷变化时，调节与之对应的风量、给煤量，保持最佳的风煤比，维持锅炉床温在880～920℃范围内，在进行负荷调整的风煤调节时必须进行“风煤交叉限制”，即增加负荷时，先增加风量，再增加给煤量；降低负荷时，先减少煤量，再减少风量，以维持锅炉尾部烟气中的含氧量在3.5～4％的合理范围内，改变量的具体数值则由现场试验和专家经验取得。

床温调整是燃烧优化调整的另一重要项目，循环流化床锅炉运行时，热物料充满整个炉膛空间，湍流强烈，相互传热传质，沿纵向高度方向和横向水平方面的温度梯度较小，偏差较小，因而床层温度实际就反映了密相区和稀相区的燃烧份额分布，代表了整个炉膛的温度分布水平；而在一定的床层物料高度下，床层温度的高低也代表了锅炉的带负荷能力，床温过高或者过低时，都会影响循环流化床锅炉的安全运行，床温调整的主要任务就是维持在880～920℃范围内，使床温与锅炉负荷相适应，系统中影响床温的主要因素是：锅炉负荷、给煤煤质和床层压力，床温的调整主要通过改变负荷调给煤量和控制给煤煤质及粒度分布来实现；其次是通过调整一次风量和石灰石量在小范围内调整床温，锅炉额定负荷时的床温设计值为890℃，锅炉在80％额定负荷以下，当负荷增加时，床温随着呈增加趋势、能够维持在880℃以下；当锅在80％额定负荷以上运行，床温通常可以控制在850～920℃范围内。

实际运行中若床温升高，但床温上升率不大时，可采取以下三种措施：第一，维持总风量不变，增大一次风量，相应减少二次风量，以此增加随一次风量带走的热量，在一定范围内降低床层温度；第二，加大石灰石给料量，增加床料的吸热量、改变床料粒度分布，使床温维持在正常运行值范围内；第三，减少排渣量，增加床料蓄热量。这三种床温调整方法只能作短时调整，不能作为长期运行床温的调整方法，当床温继续上升、达到上限报警值950℃、采取上述三种措施都不能控制床温升高时，必须采取降负荷、减少给煤量、风量的措施，防止床温进一步升高、达到保护动作值，当锅炉运行异常、床温下降，下降速率不大时，可维持总风量不变，减少一次风量、相应增加二次风量，以此减少被一次风量带走的热量，维持床温；当床温下降速率较大、降至800℃时，要迅速降低负荷运行，减少给煤量、风量、排渣量，以此减少床温的下降速度、使床温维持在对应的负荷水平上，当床温继续下降至650℃时，需要继续降低负荷，减少给煤量、风量，同时投入床上启动燃烧器进行助燃、维持床温在对应负荷水平上；床上启动燃烧器的投运支数和油枪的出力要根据床温下降速率确定。

本发明的另一重要部分是床压调整，CFB锅炉的床温主要与热量的平衡有关，而床压主要与物料的平衡相关，热量和物料的平衡是紧密相关的，床压与床温的调节也有一定的相互影响，床压调整的主要任务是排出密相区内的大颗粒物料，使床压维持在设计值范围内，保证炉膛内的物料颗粒粒径和物料浓度分布符合设计要求，满足密相区、稀相区的燃烧份额分布，循环流化床锅炉运行时，在煤种一定的条件下，燃烧产生的底灰密度基本不变，床层物料的高度与测量床压值成正比，因而床压测量值反映了燃烧室内床层物料的高度，同时也反应了炉膛内部的物料浓度分布，锅炉运行中床温一定时，床压代表了热物料的蓄热量、炉内的热量水平和锅炉带负荷的能力，所以运行时要将床压控制在与负荷对应的范围内，正常运行时床层压力测量值通常维持在7.5～8.0kPa范围内，锅炉在80％额定负荷以下运行时，负荷增加，需要床压随之升高；负荷大幅度降低时，需要床压随之下降，床压随着锅炉负荷的变化而变化；锅炉负荷在小范围内波动时，可维持床压不变，不改变排渣量，在锅炉带负荷过程中，当床压较低时需要在运行中逐渐积攒床料，防止锅炉高负荷、低床压长期运行造成燃烧不充分引起床料结焦，床压的控制主要通过改变底渣排放量来实现，床压偏高时，加大排渣量；床压降低时，减少排渣量，维持床压在对应负荷范围内，床压上升至5.0kPa时，可以投入床压控制系统，根据床压设定值进行自动调整排渣量，维持床压在设定值范围内。

为了防止锅炉运行中出现排渣口堵塞或者排渣管堵塞，通常采取连续排渣方式，防止因断续排而导致大颗粒物堵塞排渣口；当床压较低时，可控制钢带冷渣器变频器转速在较低频率、使排渣量最小，当煤质变化而造成床压偏低时，为了积攒床料可采取短期断续排渣方式，但需要加强对现场排渣管的温度监测，防止长时间停运时导致排渣管热胀冷缩造成排渣管堵塞，当床压测量元件出现故障，导致床压测量值偏离正常运行值范围，此时应加强对床压计算值的监视，参考冷态试验时的布风板阻力特性和床层物料阻力特性曲线，通过调整水冷风室压力来控制床压，维持锅炉继续运行。

本发明关于风量调整的原则是，锅炉整套启动、供风系统风机启动后，一次风量要大于临界流化风量，约为一次总风量的50％；当锅炉负荷低于50％额定负荷时，可以启动一台一次风机，此时一次风量可以满足床料流化的需要、保证燃烧室内物料的流化质量，另一台一次风机处于备用，当负荷上升至50％额定负荷以上时，启动另一台一次风机，一次总风量随着锅炉负荷的增加而增加。

当锅炉床温超过930℃并且呈现继续上升趋势时，维持总风量不变，增加一次风量，相应减少二次风量，在小范围内调节床温。当给煤粒径及分布超出设计值范围时，在相同的一次风量下，内外循环倍率会发生变化，需要调整一次风量，同时及时调整给煤粒度及分布，给煤粒径偏大时，需要增加一次风量、保证物料正常流化；当运行中物料流化质量恶化或者排渣口出现床料堆积时，可通过脉动调节一次风量增加物料流化时的扰动量，调整物料流化质量，防止流化质量不好继续恶化；当给煤粒径偏小时，维持总风量不变，减少一次风量，相应增加二次风量，降低烟气速度、增加燃煤在燃烧室中的停留时间，当锅炉负荷上升到50％额定负荷后，调节一、二次风量配比，维持上、下二次风的比例大约为45％：55％，同时保证空气过剩系数α＝1.2，维持密相区的燃烧份额，当运行中床料粒度偏大或者排渣口出现堵塞时，维持上、下二次风总风量不变，增加下二次风量，相应减少上二次风量，增加床料在流化中的扰动能力，为排渣提供动力；同时相应维持密相区的燃烧份额，防止床层温度超温。当燃煤煤质发生变化，特别是煤中挥发分变化时，要及时调整上、下二次风配比，维持密相区的燃烧份额，保证燃烧室的温度分布水平。

循环流化床锅炉的给煤粒度是影响锅炉稳定燃烧的关键因素，也是本发明燃烧调整的重要方面，它不但影响锅炉的燃烧工况，而且还影响锅炉的内外循环效率，是一个主要的控制指标，锅炉运行时要加强对给煤粒度及其分布的控制与监测，燃料破碎系统运行时，一方面要根据破碎煤种和入口粒度，调整锤击式碎煤机锤头与撞击板之间的间隙，调整滚轴筛的转速；另一方面要严格控制碎煤机入口的粒度小于50mm，控制煤中水分小于8％；第三，当煤中水分超过8％时，要加强对碎煤设备的维护，定期清理碎煤机内部和滚轴筛内部的杂物和滞煤，防止运行时产生堵塞，使设备运行时流量均匀；第四，当破碎煤种改变时，要根据煤种特性和出口粒径及分布，及时调整碎煤机的间隙和滚轴筛的转速，使其煤种特性和碎煤机间隙、滚轴筛转速相匹配，从而较好地控制出口粒度，使其出口粒径小于10mm、出口粒径分布基本达到设计值范围要求。

本发明的运行异常诊断模块根据已建立的数学模型并吸收归纳了大量实际运行数据和调整策略，特别针对燃烧优化模块经多次优化调整后仍得不到解决的问题，提出解决方案，本模块着力解决的是运行中出现的顽固问题，包括：(1)排烟温度长期偏高诊断方案(2)飞灰含碳量长期偏高诊断方案(3)负荷长期带不上的诊断方案(4)返料压力大或床压波动大(5)锅炉结焦的诊断方案等。

运行异常诊断的步骤包括：当出现排烟温度长期偏高时，A.检查吹灰器运行和受热积灰，判断是，则检修吹灰器，判断否，转入B.比较床温、炉膛出口温度、省煤器和空预器各段烟温与设计值是否偏离或比较氧量、风量与设计值之差，判断是，采用调整上下二次风门，同时提高二次风压，适当降低一次风量，氧量控制在3～4％左右，如有床温偏差，还可调整各台给煤机的给煤量的方案调整，判断否，则转入C.判断是否煤种挥发份高而发热量低，判断是，采用提高锅炉运行时床温床压的方案，判断否，转入D.判断燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径是否较粗，判断是，采用根据燃料调整燃煤粒径的方案，判断否，则转入E，判断是否床温水平，床压水平偏低，判断是，则提高床温床压。

当出现飞灰含碳量长期偏高时，A.判断燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径是否偏细，或燃煤是否挥发份低而发热量高，判断是，根据燃料调整燃煤粒径，提高粗煤比例，减小一次风量，提高二次风风压，氧量必须控制在5-7％，判断否，转入步骤B.比较各风量与其设计值是否偏离或是否二次风压偏低，一次风量偏高，判断是，减小一次风量，提高二次风风压，同时氧量控制在5-7％，判断否，转入步骤C，判断返料情况，是否返料量低，判断是，则降低返料风量。

当长期带不到满负荷时，A.首先检查是不是系统风量低，判断是，检查是否为以下原因：1)挡板故障；2)风管堵塞；3)风道漏风；4)布风板堵；5)空预器漏风；6)风机出力不足；7)风机压力不正常，判断否，转入步骤B.先检查燃料粒径分布情况是否异常或检查煤种，是否发热量低，且挥发份低，判断是，则加大细颗粒比例，判断否，则转入步骤C.检查床温状况，是否床温偏高，判断是，则维持床温正常水平并提高一次风量，提高二次风压，判断否，则转入步骤D.检查床层高度，是否床压偏低，判断是，则提高锅炉床压，判断否，则转入步骤E.检查返料状况，是否返料量少，判断是，则降低返料风流量，若因返料风管堵塞造成返料不畅，则应疏通后提高返料风量。

当返料压力大或床压波动大时，A.判断是否粒径分布不合理，粗细差距大，或是否细颗粒比例过高，判断是，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，加大排渣量，必要时可向炉内补充粒径合格的床料或砂，判断否，转入B.判断是否一二次风调整不合理，或是否床层太高，判断是，则降低床压、一次风量，提高二次风压，加大排渣量，必要时可停止石灰石给料系统运行，判断否，则转入C.判断是否返料风调整不合理，判断是，则调整返料系统，使返料通畅，加大返料输送风量，减小松动风量。

当出现锅炉结焦时，A首先判断是否入炉煤粒径不合理，粒径过大，判断是，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，同时可加大排渣量并向炉内补充粒径合格的床料或砂，判断否转入B.判断是否床温偏差过大，判断是，则调整给煤机给煤量，尽量使床温平均；判断否，则转入C.是否来煤水份太大，判断是，则尽力降低来煤水份，判断否，转入D.是否返料系统返料不畅，判断是，则调整返料系统，使返料通畅，判断否，则转入E.是否石灰石量太大，判断是，则可暂停石灰石给料系统运行，判断否，则转入F.是否播煤风堵，入炉煤无法散开，判断是，则加大播煤风量，判断否，则转入G.是否料层过高或过低，局部流化穿孔，判断是，则调整床压使其在合适的范围内，判断否，则转入H.是否一次风量过低，判断是，则采用一次风脉动方式，短时间内迅速提高一次风量，再回至原风量，判断否，则转入I.是否部分风帽变形、堵塞或喷咀脱落或炉内大块耐磨浇注脱落造成流化不畅，判断是，则检修。

本发明事故指导模块采用的指导方案为，针对水冷壁爆管，采用以下措施：

1)紧急停炉，停止向锅炉上水；2)维持引风机运行，排除炉内蒸汽；3)若床温下降率超过允许值，则停用引风机；4)停炉后，尽快清除炉内床料。

针对过热器爆管，采用以下措施：1)若爆管不严重，允许运行一段时间，但应适当降负荷，同时准备停炉；2)若爆管严重，引风机运行，床温下降速率不超过规定值，维持少量上水，保持正常水位；3)其余操作按正常停炉进行。同时针对锅炉启动时易发爆管事故的现状，可采用以下措施：1)点火时注意炉内各部受热均匀；2)严格控制升温升压速度，平缓带负荷；3)升压过程中确保足够的工质冷却过热器及尾部受热面；4)升压阶段严禁关小过热器对空排气门及疏水门赶火升压；5)严密监视受热面各段管壁温度，及时发现异常；6)保持减温水装置正常投用；7)平时搞好化水监督，保证给水和蒸汽品质，防止管壁腐蚀结垢。

针对系统紧急停电应采取以下措施：1)关闭主汽阀，打开过热器对空排汽阀，尽量避免安全阀起跳，控制蒸汽流量在2kg/s左右；打开省煤器疏水与集中下降管的连接管，使省煤器水补充至水冷壁；2)由于炉内蓄热量较大，打开各风道挡板，以最大速率降低炉内的温度水平；3)一旦外部电源恢复，给汽包上水时，若省煤器出口水温与汽包壁温差超过112℃时，停止向省煤器和汽包供水。

缺水事故时应采取以下措施：1)将所有水位计指示情况相互对照，判断缺水事故的真假和缺水程度；2)较严重的缺水是电器设备重大故障造成，应迅速判断请示实行紧急停炉；3)不严重缺水(尚不影响运行的故障)，多半因运行不当，应手动加强给水，使水位恢复正常.。

满水事故时应采取以下措施：1)对照多个水位计的指示情况，判断满水的真假及程度；2)将自动给水调节改为手动给水调节；轻微满水可手动调节，加大排污、疏水；3)严重满水，调节又无效时，应立即请示紧急停炉；4)运行中应严密监视汽包水位，保持给水流量和蒸汽流量匹配，防止给水大幅度增减，造成水位波动；5)发现给水流量和蒸汽流量相差太大时，应及时汇报并进行分析处理。

排渣异常时，通过控制锅炉排渣来控制锅炉的排渣量，建立并维持好冷渣器的进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。

(4)本发明所需的现场数据点汇总：

主蒸汽流量、主汽温度、给水流量、给水温度、汽包压力、饱和汽温度、床压、水冷风室压力、一次风流量、一次风压力、二次风流量、二次风压、一次风温、二次风温、上一次风量，下一次风量，播煤风量返料风压力、返料量、床温、炉膛出口温度、分离器进出口温度、返料腿温度、顶棚管烟温、高过入口烟温、低过入口烟温、高省入口烟温、高预入口烟温、排烟温度、给煤量(给煤机转速)发热量、挥发份、灰份、水份、含硫量、煤粒径分析、飞灰含碳量，低渣含碳量、炉膛出口氧量、SO₂含量、NO_X含量。

(5)本发明的主要调整目标：

针对挥发份大于等于25％，发热量4600-5500Kcal/Kg的煤种：

燃煤粒径分布的调整

＜15mm      100％

＜10mm      94％

＜7mm       85％

＜4mm       72％

＜1mm       40-60％

炉膛出口氧量4-6％

炉膛负压    ±50Pa

床温        870--920℃

一次风量    Q_正常*(0.85-0.95)

二次风压    P_正常*(1.1-1.5)

上二次风    50-80％(开度)

下二次风    40％(开度)

床压        P_正常*(0.9-0.98)

返料风压    P_正常*(0.9-0.95)

针对挥发份小于等于25％，发热量2000--4500Kcal/Kg的煤种：

＜13mm  100％

＜7mm   90％

＜4mm   80％

＜1mm   50-70％

炉膛出口氧量4-8％

炉膛负压    -50--80Pa

床温        890--950℃

一次风量    Q_正常*(0.75-0.90)

二次风压    P_正常*(1.1-1.5)

上二次风    50-80％(开度)

下二次风    40％(开度)

床压        P_正常*(1.1-1.5)

返料风压    P_正常*(1.1-1.4)

Claims (1)

1.一种循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法，其特征在于：该方法建立在以下模块的基础上：

循环流化床锅炉建模辨识模块：采集、整理循环流化床锅炉系统的运行数据，建立所述运行数据之间相互制约的人工神经网络模型；

循环流化床锅炉炉效计算模块：利用现场数据，采用反平衡算法计算锅炉效率并作为重要的特征参数；

循环流化床锅炉燃烧优化调整模块：将循环流化床锅炉的数学模型、控制经验、运行数据结合起来，建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案；

循环流化床锅炉运行异常诊断模块：针对燃烧优化调整模块调整后仍得不到解决的问题，归纳相应的控制经验和调整策略，依据运行数据，建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，以进行诊断分析；

循环流化床锅炉事故指导模块：总结事故现象及其处理策略，进行事故操作指导，对循环流化床锅炉系统运行中的常见事故工况给出应急处置方案；

本方法采集、整理循环流化床锅炉的床温、床压、负荷、效率、给煤量、石灰石给料量、一次风量、一次风压、上二次风量与风压、下二次风量与风压、氧量、引风量、排渣量、NOx、SOx运行数据，建立神经网络模型，作为优化调整和诊断的依据；利用循环流化床锅炉的设计值、运行实测值、燃料化学分析值现场数据计算锅炉效率，作为优化调整和诊断的依据；建立燃烧工况优化调整的判断准则并提出相应的解决方案，可在循环流化床锅炉偏离最优燃烧工况时进行调整优化；建立运行异常的判断准则并提出其解决方案，对优化调整后仍得不到解决的问题进行诊断分析；总结了常见的事故现象并提出其处理策略，进行事故处理指导；

循环流化床锅炉燃烧优化调整模块的所提出的判断准则和解决方案如下：

负荷调整：

当锅炉负荷增加时，先增加风量，再增加给煤量；当锅炉降低负荷时，先减少煤量，再减少风量；锅炉尾部烟气中的含氧量维持在3.5％～4％范围内，锅炉床温维持在880℃～920℃范围内；

床温调整：

步骤A11：若床温上升未达到上限报警值950℃时，采取以下三项措施：①维持总风量不变，增大一次风量，相应减少二次风量，以此增加随一次风量带走的热量，降低床层温度；②加大石灰石给料量，增加床料的吸热量、改变床料粒度分布，使床温维持在正常运行值范围内；③减少排渣量，增加床料蓄热量；

步骤A12：若床温达到上限报警值950℃，且采取步骤A11不能控制床温升高时，必须降负荷、减少给煤量、风量；

步骤A13：当锅炉床温下降没达到800℃时，维持总风量不变，减少一次风量、增加二次风量，以此减少被一次风量带走的热量，维持床温；

步骤A14：当床温下降至800℃时，要迅速降低负荷运行，减少给煤量、风量、排渣量，以此减少床温的下降速度、使床温维持在对应的负荷水平上；

步骤A15：当床温下降至650℃时，需要继续降低负荷，减少给煤量、风量，同时投入床上启动燃烧器进行助燃、维持床温在对应负荷水平上；床上启动燃烧器的投运支数和油枪的出力根据床温下降速率确定；

床压调整：

启动后，当床压上升至5.0kPa时，投入床压控制系统，根据床压设定值自动调整排渣量，以维持床压在对应负荷范围内；在锅炉带负荷过程中，当床压较低时，应在运行中逐渐积攒床料；正常运行时床层压力测量值维持在7.5kPa～8.0kPa范围内；锅炉在80％额定负荷以下运行时，负荷增加，床压随之升高；负荷大幅度降低时，需要床压随之下降，即床压必须跟随锅炉负荷的变化而变化；床压偏高时，加大排渣量；床压偏低时，减少排渣量；锅炉负荷正常波动时，维持床压不变，不改变排渣量；

风量调整：

锅炉整套启动、供风系统风机启动后，一次风量为一次总风量的50％且大于临界流化风量；

当锅炉负荷低于50％额定负荷时，启动两台一次风机中的一台，保证燃烧室内物料的流化质量，另一台一次风机处于备用；当负荷上升至50％额定负荷以上时，启动另一台一次风机，一次总风量随着锅炉负荷的增加而增加；

当锅炉负荷上升到50％额定负荷后，调节一、二次风量配比为45％∶55％，同时保证过量空气系数α＝1.2，维持密相区的燃烧份额；

当锅炉床温超过930℃并且呈现继续上升趋势时，维持总风量不变，增加一次风量，相应减少二次风量，在小范围内调节床温；

当给煤粒径偏大，阻碍物料正常流化时，需要增加一次风量；

当给煤粒径偏小时，维持总风量不变，减少一次风量，相应增加二次风量，降低烟气速度、增加燃煤在燃烧室中的停留时间；

当运行中物料流化质量恶化或者排渣口出现床料堆积时，通过脉动调节一次风量，增加物料流化时的扰动量，调整物料流化质量；

当运行中床料粒度偏大或者排渣口出现堵塞时，在维持上、下二次风总风量不变的前提下，增加下二次风量，相应减少上二次风量，增加床料在流化中的扰动能力，为排渣提供动力，同时相应维持密相区的燃烧份额，防止床层温度超温；

给煤粒度调整：

燃料破碎系统运行时，根据破碎煤种和入口粒度，调整锤击式碎煤机锤头与撞击板之间的间隙，调整滚轴筛的转速；控制碎煤机入口的粒度小于50mm，控制煤中水分小于8％；

当煤中水分超过8％时，加强对碎煤设备的维护，定期清理碎煤机内部和滚轴筛内部的杂物、滞煤；

当破碎煤种改变时，应根据煤种特性和出口粒径及分布，及时调整碎煤机的间隙和滚轴筛的转速，使煤种特性和碎煤机间隙、滚轴筛转速相匹配，控制出口粒度，使煤种出口粒径小于10mm、出口粒径分布达到设计值范围要求；

循环流化床锅炉运行异常诊断模块所提出的判断依据及其解决方案如下：

排烟温度长期偏高：

步骤B11：首先检查吹灰器运行和受热积灰，判断是，则检修吹灰器，否则转入步骤B12；

步骤B12：比较床温、炉膛出口温度、省煤器、空预器各段烟温、氧量、风量与其设计值，若偏离，采用调整上、下二次风门，同时提高二次风压，适当降低一次风量，氧量控制在3％～4％的范围内的调整策略，如存在床温偏差，则还应调整给煤机的给煤量；否则转入步骤B13；

步骤B13：若煤种挥发份高而发热量低，采用提高锅炉运行时床温床压的方案，否则转入步骤B14；

步骤B14：若燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径较粗，采用根据燃料调整燃煤粒径的方案，否则转入步骤B15；

步骤B15：若床压或床温水平低于正常范围，则提高床压或床温；

飞灰含碳量长期偏高：

步骤B21：若燃煤粒径、排渣粒径、飞灰粒径偏细，或燃煤挥发份低而发热量高，则根据燃料调整燃煤粒径，提高粗煤比例，减小一次风量，提高二次风风压，含氧量控制在5％-7％范围内，否则转入步骤B22；

步骤B22：比较一、二次风量与其设计值，若偏离，或二次风压偏低，或一次风量偏高，则减小一次风量，提高二次风风压，同时氧量控制在5％-7％范围内，否则转入步骤B23；

步骤B23：若返料量低，则降低返料风量；

长期带不到满负荷：

步骤B31：若系统风量偏低，则转入步骤B311；

步骤B311：若挡板故障，检修挡板，否则转入B312；

步骤B312：若风管堵塞，疏通风管，否则转入B313；

步骤B313：若风道漏风，检修风道，否则转入B314；

步骤B314：若布风板堵，检修布风板，否则转入B315；

步骤B315：若空预器漏风，检修空预器，否则转入B316；

步骤B316：若风机出力不足，检修风机，否则转入B317；

步骤B317：若风机压力不正常，检修风机，否则转入B32；

步骤B32：若燃料粒径分布异常，或煤种发热量低且挥发份低，则加大细颗粒比例，否则转入步骤B33；

步骤B33：若床温偏高，则维持床温正常水平并提高一次风量，提高二次风压，否则转入步骤B34；

步骤B34：检查床层高度，若床压偏低，则提高锅炉床压，否则转入步骤B35；

步骤B35：检查返料状况，若返料量少，则降低返料风流量，或因返料风管堵塞造成返料不畅，则应疏通后提高返料风量；

返料压力大或床压波动大：

步骤B41：若粒径分布不合理，粗细差距大，或细颗粒比例过高，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，加大排渣量，如仍调整不到位，还可进一步向炉内补充粒径合格的床料或砂，否则转入步骤B42；

步骤B42：若一、二次风调整不合理，或床层太高，则降低床压、一次风量，提高二次风压，加大排渣量，如仍调整不到位，还可进一步停止石灰石给料系统运行，否则转入步骤B43；

步骤B43：若返料风调整不合理，则调整返料系统，使返料通畅，加大返料输送风量，减小松动风量；

锅炉结焦：

步骤B51：若入炉煤粒径不合理，粒径过大，则调整入炉煤粒径在合理的范围内，同时加大排渣量并向炉内补充粒径合格的床料或砂，否则转入步骤B52；

步骤B52：若床温偏差过大，则调整给煤机给煤量，尽量使床温平均；否则转入步骤B53；

步骤B53：若来煤水份太大，则尽力降低来煤水份，否则转入步骤B54；

步骤B54：若返料系统返料不畅，则调整返料系统，使返料通畅，否则转入步骤B55；

步骤B55：若石灰石量太大，则可暂停石灰石给料系统运行，否则转入步骤B56；

步骤B56：若播煤风堵，入炉煤无法散开，则加大播煤风量，否则转入步骤B57；

步骤B57：若料层过高或过低，或者局部流化穿孔，则调整床压使其在合适的范围内，否则转入步骤B58；

步骤B58：若一次风量过低，则采用一次风脉动方式，短时间内迅速提高一次风量，再回至原风量，否则转入步骤B59；

步骤B59：若风帽变形、堵塞，或喷咀脱落，或炉内大块耐磨浇注脱落造成流化不畅，则检修；

事故指导模块所提出的应急处置方案如下：

水冷壁爆管，应采用以下措施：

紧急停炉，停止向锅炉上水；维持引风机运行，排除炉内蒸汽；若床温下降率超过允许值，则停用引风机；停炉后，尽快清除炉内床料；

过热器爆管，应采取以下措施：

若爆管不严重，允许运行一段时间，适当降负荷，同时准备停炉；

若爆管严重，引风机运行，床温下降速率不超过规定值，维持少量上水，保持正常水位；其余操作按正常停炉进行；

启动爆管的预防措施：

点火时注意炉内受热均匀；严格控制升温升压速度，平缓带负荷；升压过程中确保足够的工质冷却过热器及尾部受热面；升压阶段严禁关小过热器对空排气门及疏水门赶火升压；严密监视受热面各段管壁温度，及时发现异常；保持减温水装置正常投用；平时搞好化水监督，保证给水和蒸汽品质，防止管壁腐蚀结垢；

系统紧急停电，应采取以下措施：

关闭主汽阀，打开过热器对空排汽阀，避免安全阀起跳，控制蒸汽流量在2kg/s；打开省煤器疏水与集中下降管的连接管，使省煤器水补充至水冷壁；

由于炉内蓄热量较大，打开各风道挡板，以最大速率降低炉内的温度水平；

一旦外部电源恢复，给汽包上水时，若省煤器出口水温与汽包壁温差超过112℃时，停止向省煤器和汽包供水；

缺水事故时应采取以下措施：

将所有水位计指示情况相互对照，判断缺水事故的真假和缺水程度；

较严重的缺水是电器设备重大故障造成，应迅速判断请示实行紧急停炉；

不严重缺水，尚不影响运行，应手动加强给水，使水位恢复正常；

满水事故时应采取以下措施：

对照水位计的指示情况，判断满水的真假及程度；

将自动给水调节改为手动给水调节，轻微满水可手动调节，加大排污、疏水；

严重满水，调节又无效时，应立即请示紧急停炉；

运行中应严密监视汽包水位，保持给水流量和蒸汽流量匹配，防止给大幅度增减，造成水位波动；

发现给水流量和蒸汽流量相差太大时，及时汇报并进行分析处理；

排渣异常应采取以下措施：

通过控制锅炉排渣来控制锅炉的排渣量，建立并维持好冷渣器的进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。

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