CN103267771A - 一种基于试验的临界着火温度确定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于试验的临界着火温度确定方法，在对电厂锅炉进行低负荷稳燃试验，在锅炉燃烧不同煤质的煤时，多次改变一次风速、二次风速、风粉浓度等运行参数，得到多种煤质在不同工况下的临界着火温度，记录上述数据，然后将其拟合，得到临界着火温度与各影响因素间的拟合公式。本方法可以实时计算临界着火温度，保证炉膛温度在临界着火温度之上，对锅炉安全运行，能源有效利用具有重要意义。

Description

一种基于试验的临界着火温度确定方法

技术领域

本发明属于节能减排领域，具体涉及一种基于试验的临界着火温度确定方法。

背景技术

我国现在已经成为全球第二大的能源消耗大国，能源的高消耗量带来了诸多问题，提高能源的利用率非常重要。我国在电力生成中使用的主要是煤炭，在煤质波动较大或锅炉低负荷运行时，如果燃烧调整不及时，有可能导致炉膛灭火，尤其是在低负荷时，运行人员担心温度过低导致炉膛灭火，往往较早地投油枪运行，造成能源浪费。所以需要实时掌握炉膛火焰温度安全裕度，保证炉膛温度在临界着火温度之上，因此实时计算临界着火温度对锅炉安全运行和提高电厂发电效率，以及节能减排有重要意义。

炉膛内的燃烧是一个复杂的化学反应过程，新鲜煤粉喷入炉膛后，经过与高温烟气对流、辐射换热，温度升高达到着火点，开始燃烧。影响着火的因素众多，总的来说，主要与燃料特性、运行因素和燃烧器特性有关。

（1）煤的可燃基挥发分越低，着火温度越高，煤中水分和灰分越大，需要的着火热也越大，不利于着火；

（2）运行因素对着火也有较大影响，比如一次风速太大会使着火点推迟；

（3）提高煤粉气流的初温和煤粉细度都有利于煤粉及时着火；

（4）二次风速适中，若过大，则破坏气流流场，不利于稳定着火；

（5）在最佳煤粉浓度，在最佳煤粉浓度下着火，炉膛温度较高。

火焰温度的测量方法有很多，主要有接触法和非接触测温两种方法。接触法使用热电偶或者光纤测温。非接触法分为成像法、激光光谱、辐射法和声波法。已经有很多人对火焰温度的测量进行了探索。

于洋等人（于洋,邹静,陈亮.基于神经网络的炉膛火焰温度的预测[J].计算机工程与科学,2009,(05):107-109.）通过matlab仿真证明BP网络应用在炉膛火焰温度的预测是可行的。

李莉（李莉,姜志伟,娄春,周怀春.煤粉燃烧一维温度分布可视化模拟研究[J].热能动力工程,2003,(05):445-449+539.）等人提出采用两只探头分别从其两炉壁开孔处拍摄火焰图像，运用图像处理技术和辐射传递原理重建出两探头之间的一维温度分布。对两种典型温度分布对象，采用两种火焰监测方式,分别进行了模拟研究，并给出了实验的初步结果。结果表明以适当的拍摄角度可获得良好的重现效果，说明其方法具有应用价值。

郭进（郭进.电站锅炉燃烧图像检测系统设计及应用工程研究[D]:上海交通大学,2010.）针对一600MW锅炉少油点火改造引起的启动期间熄火问题，设计出一种应用于锅炉少油点火的图像检测系统。该系统采用硬管工业内窥镜和CCD摄像机的火焰图像传感器，对传感器冷却系统部分进行了理论计算，为保障火焰图像传感器正常安全运行提供了科学依据。该系统使运行人员能及时根据燃烧图像进行配风调整，保证锅炉能正常的燃烧，大大缩短了锅炉启动时间，取得了非常好的经济效益和安全效益。

李小路等人公开了一种基于光学补偿设计的火焰温度场和燃烧中间产物浓度场监测系统（CN101625270），该系统通过火焰窥镜装置及其前端的探测广角镜收集火焰辐射光，处理结果传递后，CCD接收装置上得到同一清晰度的光强分布图像，再对比光信号的光强，由比色法得到火焰温度场分布。

可见，关于煤粉着火温度的计算一直是研究的热点，但很多人的做法比较复杂，操作起来成本较高，也不方便。因此寻找一种简单准确的临界着火温度的确定方法，即根据实际情况得出临界着火温度与各影响因素间的关系非常必要。

发明内容

本方法的目的在于提供一种简单准确的基于试验的临界着火温度确定方法。该方法能维持煤粉稳定着火，保证锅炉安全运行，提高能源利用效率，达到节能降耗的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在对电厂锅炉进行低负荷稳燃试验，在锅炉燃烧不同煤质的煤时，多次改变一次风速、二次风速、风粉浓度运行参数，得到多种煤质在不同工况下的临界着火温度，记录运行参数、煤质参数和临界着火温度，然后将其拟合，得到临界着火温度与各影响因素间的拟合公式。

拟合公式中包含有六个变量：一、二次风速，一次风温，风粉浓度，煤粉发热量，以及挥发分含量，该拟合公式如下，式中除挥发分与临界着火温度成反比例关系外，其余参数均与临界着火温度为线性关系：

$T_{\mathrm{cr}}={\mathrm{av}}_1+{\mathrm{bv}}_2+{\mathrm{ct}}_1+\mathrm{dc}+\mathrm{eQ}+\frac{f}{V_{\mathrm{hf}}}+g---\left(1\right)$

式中，T_cr——临界着火温度/℃。

v₁——一次风速/m·s^-1；

v₂——二次风速/m·s^-1；

t₁——一次风温/℃；

c——风粉浓度/kg·kg^-1；

Q——煤粉发热量/kJ·kg^-1；

V_hf——挥发分含量/%。

a,b,c,d,e,f,g——通过试验得到的系数。

所述煤质的发热量通过神经网络模型得到，该模型采用锅炉蒸发量和给粉机总转速作为输入参数。

所述的挥发分由以下公式得到，

V_hf=1933.23259-200.30152×C+7.11448×C²-0.08436×C³   （2）

式中C指煤粉含碳量，单位为%，采用静电法得出煤粉含碳量C，将它带入上式，即可得挥发分含量。

本发明通过实时计算临界着火温度，对保证炉膛温度在临界着火温度之上，锅炉安全运行，节能降耗提高能源利用效率有重要意义。

具体实施方式

下面对本方法及其应用做进一步详细说明。

本方法中，挥发分与临界着火温度为反比例关系，其余参数均与临界着火温度为线性关系，即

$T_{\mathrm{cr}}={\mathrm{av}}_1+{\mathrm{bv}}_2+{\mathrm{ct}}_1+\mathrm{dc}+\mathrm{eQ}+\frac{f}{V_{\mathrm{hf}}}+g---\left(1\right)$

式中，T_cr——临界着火温度/℃。

v₁——一次风速/m·s^-1；

v₂——二次风速/m·s^-1；

t₁——一次风温/℃；

c——风粉浓度/kg·kg^-1；

Q——煤粉发热量/kJ·kg^-1；

V_hf——挥发分含量/%。

a、b、c、d、e、f、g——通过本发明所述试验得到的系数。

公式拟合阶段T_cr、v₁、v₂、t₁、c、Q、V_hf具体的确定方法如下：

（1）临界着火温度Tcr、一次风速v1、二次风速v2、一次风温煤t1、粉浓度c

对电厂锅炉进行通过低负荷稳燃试验，以得到不同煤种在不同工况下的临界着火温度。譬如，对某一煤种，在确定的一次风速、二次风速、风粉浓度等运行参数下，负荷降低到某一值，当从看火孔观察到火焰呈淡黄色，并且火焰闪烁频率较高，说明燃烧处于临界熄火状态，用红外测温仪监测此时的火焰温度，该温度即为该煤种在该运行工况下的临界着火温度。实验过程中v1、v2、t1、c的数值可实时监测得到。

（2）煤质的发热量Q

通过神经网络模型可得到各个煤质发热量，该模型采用锅炉蒸发量和给粉机总转速作为输入参数。

对不同的输入参数进行敏感度分析发现，仅采用锅炉蒸发量和给粉机总转速这两个参数作为输入参数时，模型收敛速度快，预测相对误差小，网络具有良好的泛化能力。

（3）挥发分的含量Vhf

挥发分的含量对锅炉着火及燃烧影响很大。一般在实验室采用化学成分分析得到挥发分，但该方法不具有实时性，需要找到一个可以实时得到挥发分含量的方法。

挥发分的含量随着煤质的碳化程度的增加而减少，收集文献中数据后，得到两者的关系如下，

V_hf=1933.23259-200.30152×C+7.11448×C²-0.08436×C³   （2）

式中C指煤粉含碳量，单位为%。采用静电法可得出煤粉含碳量C，将其带入上式后，即可实时得到挥发分含量。

多次重复上述确定参数方法，改变煤种、一次风速、二次风速、风粉浓度等，降低负荷使其达到临界着火状态，就可获得多种煤质在不同工况下的临界着火温度，即可得到多组Tcr、v1、v2、t1、c、Q、Vhf数据，将其带入式（1）得到多个a、b、c、d、e、f、g的关系式，将这些关系式连立，计算出a、b、c、d、e、f、g的值，然后将它们带回式（1），所得公式即为临界着火温度的拟合公式。

每一个锅炉不同燃烧条件下临界着火温度不尽相同，利用上述方法可以得到任一锅炉不同条件下的临界着火温度的拟合公式。锅炉运行时，运行人员将实时得到的v1、v2、t1、c、Q、Vhf代入拟合公式，求出实时临界着火温度，以此实时判断煤粉着火状况，确保锅炉安全运行。

本发明的优点在于：

火焰温度过低会影响锅炉的安全运行，造成能源的浪费。本方法提供的临界着火温度确定方法，保证锅炉安全运行，提高能源利用效率。

与其他方式相比，本方法具有如下优点:

（1）得到拟合公式方法简单、容易实现。本方法不需要改造系统，进行低负荷稳燃试验，将试验数据进行拟合，就可得到临界着火温度的拟合公式。

（2）拟合公式使用方便、经济可行。使用时，只需要知道一、二次风速，一次风温，风粉浓度，煤粉发热量，挥发分含量，以及实时火焰温度，将这些参数带入拟合公式，即可得到临界着火温度。

（3）拟合公式的意义重大。通过该拟合公式计算得到的临界着火温度可以指导运行人员判断煤粉着火状况，保证锅炉安全稳定运行，提高能源利用率。

Claims (4)

1.一种基于试验的临界着火温度确定方法，其特征在于：在对电厂锅炉进行低负荷稳燃试验，在锅炉燃烧不同煤质的煤时，多次改变一次风速、二次风速、风粉浓度运行参数，得到多种煤质在不同工况下的临界着火温度，记录运行参数、煤质参数和临界着火温度，然后将其拟合，得到临界着火温度与各影响因素间的拟合公式。

2.根据权利要求1所述的基于试验的临界着火温度确定方法，其特征在于：拟合公式中包含有六个变量：一、二次风速，一次风温，风粉浓度，煤粉发热量，以及挥发分含量，该拟合公式如下，式中除挥发分与临界着火温度成反比例关系外，其余参数均与临界着火温度为线性关系：

$T_{\mathrm{cr}}={\mathrm{av}}_1+{\mathrm{bv}}_2+{\mathrm{ct}}_1+\mathrm{dc}+\mathrm{eQ}+\frac{f}{V_{\mathrm{hf}}}+g---\left(1\right)$

式中，T_cr——临界着火温度/℃；

v₁——一次风速/m·s^-1；

v₂——二次风速/m·s^-1；

t₁——一次风温/℃；

c——风粉浓度/kg·kg^-1；

Q——煤粉发热量/kJ·kg^-1；

V_hf——挥发分含量/%；

a,b,c,d,e,f,g——通过试验得到的系数。

3.根据权利要求1所述的基于试验的临界着火温度确定方法，其特征在于：所述煤质的发热量通过神经网络模型得到，该模型采用锅炉蒸发量和给粉机总转速作为输入参数。

4.根据权利要求1或2所述的基于试验的临界着火温度确定方法，其特征在于：所述的挥发分由以下公式得到，

V_hf=1933.23259-200.30152×C+7.11448×C²-0.08436×C³   （2）

式中C指煤粉含碳量，单位为%，采用静电法得出煤粉含碳量C，将它带入上式，即可得挥发分含量。