CN103807852B - 煤粉锅炉的二次风配风装置及二次风配风方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉锅炉的二次风配风装置及调整方法，配风装置包括风源、多根送风管、二次风测量装置、煤粉浓度和流速测量装置以及PLC控制器。每根送风管连接风源和一个对应的燃烧器，均设有一个二次风调节门；PLC控制器根据每个煤粉管内的煤粉含量、空气含量以及每个送风管内的二次风量计算出每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数，调整二次风调节门使各燃烧器之间的空燃比偏差小于±10%或达到最佳值。本发明，因为PLC控制器可依据每个燃烧器的空燃比或过量空气系数实际测量结果对二次风门的开度进行调整，增加或减小每根送风管的送风量，从而优化每个燃烧器的空燃比或过量空气系数，实现最佳的燃烧效果，提升煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。

Description

煤粉锅炉的二次风配风装置及二次风配风方法

技术领域

本发明涉及燃煤发热，具体涉及煤粉锅炉的二次风配风装置及二次风配风方法。

背景技术

煤粉锅炉是以煤粉为燃料的锅炉设备，该锅炉设备的通常都配有几十只煤粉燃烧器，并配有一、二次风配风装置，其中，一次风的主要作用是输送煤粉到炉膛并保证挥发分的着火燃烧。二次风的作用补充燃烧所需空气量，保证燃料燃烧完全。煤粉由一次风输送经燃烧器进入炉膛，二次风通过燃烧器的二次风环形风道或相邻于燃烧器喷口的二次风口引入炉膛，燃料在悬浮状态下燃烧，因此具有燃烧迅速、完全、容量大、效率高、适应煤种广，便于控制调节等优点。

煤粉锅炉中，由于煤粉在炉膛内停留的时间很短，仅有1～2秒的时间，在这样短的时间内要保证煤粉在炉内燃尽，必须合理调整一、二次风的配比，以创造良好的燃烧条件，保证锅炉可靠地安全经济运行。

现有的煤粉锅炉，二次风一般都采用一个大风箱向一组燃烧器提供二次风，总风量按照锅炉尾部烟气中的氧量浓度为控制依据，没有涉及煤粉管内一次风中煤粉及空气含量的变化。众所周知，当煤粉锅炉启动、增减负荷或者煤种变化时，燃烧器之间的煤粉分配偏差会发生改变，这样就需要根据每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数调整相应的二次风配风量，以实现最佳的燃烧效果。然而，现有的煤粉锅炉的二次风配风系统无法依据每个燃烧器的空燃比或过量空气系数进行精确燃烧调整，因此煤粉燃烧的效率较低，进而影响煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决传统的煤粉锅炉无法依据每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数进行燃烧调整，难以实现最佳的燃烧效果，进而影响锅炉的安全性、经济性和环保性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种煤粉锅炉的二次风配风装置，包括风源、多根送风管、二次风测量装置、煤粉浓度、流速测量装置和PLC控制器。每根送风管一端连接风源，另一端连接一个对应的燃烧器，每根所述送风管上均设有一个二次风调节门，用于调节所述送风管的送气量的大小；煤粉浓度、流速测量装置用于测量煤粉管中煤粉的浓度和流速；二次风测量装置用于测量每根所述送风管的二次风流速；PLC控制器根据每个燃烧器煤粉管内的煤粉含量、空气含量以及对应送风管内的二次风量得到每个燃烧器的空燃比或过量空气系数，通过控制所述二次风调节门的开度，增加或减小每根送风管的送风量，使每组燃烧器之间的空燃比偏差小于±10%；根据锅炉尾部烟道内的氧量、一氧化碳含量、飞灰含碳量调整二次风调节门的开度，使每个燃烧器的空燃比达到最佳值；燃烧器煤粉管内的煤粉含量和空气含量通过煤粉的浓度和流速的测量值计算得出，二次风量通过二次风的流速得测量值计算得出。

在上述方案中，还包括用于测量煤粉管中煤粉的浓度和流速的煤粉浓度、流速测量装置，所述PLC控制器根据煤粉管内煤粉的浓度和流速计算得出煤粉管内的煤粉含量和空气含量。

在上述方案中，所述煤粉浓度、流速测量装置包括煤粉浓度测量单元和煤粉流速测量单元，所述煤粉浓度测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器，所述煤粉流速测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的上游流速传感器和下游流速传感器。

在上述方案中，所述风源为风箱或鼓风机。

在上述方案中，所述二次风调节门包括调节挡板，所述调节挡板设置于所述送风管内，所述PLC控制器通过控制所述调节挡板的旋转角度改变所述送风管的流道面积，从而调节所述送风管送风量的大小。

本发明还提供了一种煤粉锅炉的二次风配风方法，包括以下步骤：

检测得到每个燃烧器煤粉输送管内一次风中的煤粉含量和空气含量；

根据煤粉管内一次风中的煤粉含量和空气含量以及每个送风管内的二次风量调整每根送风管的送风量，使每组燃烧器之间的空燃比或过量空气系数偏差小于±10%，使每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数达到最佳设定值。

在上述方案中，煤粉管内一次风中的煤粉含量和空气含量通过煤粉输送管中的煤粉浓度和煤粉流速计算得出，所述煤粉浓度通过煤粉浓度测量单元测得，所述煤粉浓度测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器；所述煤粉流速通过煤粉流速测量单元测得，所述煤粉流速测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的上游流速传感器和下游流速传感器。

在上述方案中，每根所述送风管内设有二次风调节门和二次风测量装置，所述二次风调节风门包括沿垂直于所述送风管流道方向设置的若干个调节挡板，所述调节挡板设置于所述送风管内，通过控制所述调节挡板的转动角度改变所述送风管的流道面积，从而调节所述送风管送风量的大小。

本发明，因为在与每个燃烧器连接的送风管内均设有二次风测量装置和调节风门，PLC控制器可调整二次风调节门的开度，通过增加或减小每根送风管的送风量对燃烧器内的空燃比或过量空气系数进行调整，并以此为依据进行燃烧调整，实现最佳的燃烧效果，提升煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明中二次风调节阀门的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的煤粉锅炉的二次风装置，包括风源1、多根送风管2、PLC控制器和用于测量煤粉管内一次风中煤粉的浓度和流速的煤粉浓度、流速测量装置以及设置在每根送风管内的二次风测量装置。

风源1可选用风箱或鼓风机。

每根送风管2一端连接风源1，另一端连接一个燃烧器3，每根送风管2上均设有一个二次风调节门4，用于调节送风管2内的送风量的大小。

二次风测量装置用于测量每根送风管2的二次风流速。

煤粉浓度、流速测量装置设置于煤粉管5内，用于测量煤粉管5内的煤粉的浓度和流速。煤粉浓度、流速测量装置包括煤粉浓度测量单元和煤粉流速测量单元。

PLC控制器，根据煤粉管内一次风中煤粉的浓度和流速计算得出煤粉管内一次风中的煤粉含量和空气含量，根据送风管内二次风的流速计算出二次风量，根据每个燃烧器煤粉管内的煤粉含量、空气含量以及送风管内的二次风量计算出每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数，通过控制二次风调节门4的开度，以增加或减小每根送风管2的送风量，使每组燃烧器内的空燃比偏差小于±10%，根据锅炉尾部烟道内的氧量、一氧化碳含量、飞灰含碳量调整二次风调节门的开度，使每个燃烧器的空燃比达到最佳值。

煤粉浓度测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管5内的微波发射传感器和微波接收传感器。煤粉浓度测量原理如下：煤粉浓度采用微波谐振测量原理，微波信号通过安装在煤粉输送管5内的微波发射传感器和微波接收传感器进行发射和接收。接收的微波信号的谐振频率大小与煤粉输送管内的煤粉浓度成正比，煤粉浓度越高，谐振频率越低。用空管的谐振频率f₀减去输送煤粉的煤粉输送管的谐振频率f_ε就可以计算出由煤粉浓度导致的谐振频率变化量。这个变化量乘以频率浓度因子k就是浓度（ρ）：

ρ＝(f₀-f_ε)·k

式中：f₀为空管状态时的微波谐振频率；f_ε为有煤粉负载时的微波谐振频率；k为频率浓度因子，根据每个磨煤机的原煤输入量、各根煤粉输送管内的煤粉流速、煤粉浓度以及f₀和f₁进行标定获得。

标定频率浓度因子k的方法如下：

（1）通过皮带输送机均匀向磨煤机供煤，并通过皮带输送机上的皮带称测量一段时间（如10分钟）内第i台磨煤机的原煤输入量M_i；

（2）测量该磨煤机每根煤粉输送管的煤粉流速V_ji和相应的谐振频率f1_ji、谐振频率f2_ji；

根据公式：计算得到k值，S_ji为煤粉输送管的截面积。

煤粉流速测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管5内的上游流速传感器和下游流速传感器。煤粉流速的测量采用交相关计算方法：煤粉在流动过程中将产生静电信号，得到上游流速传感器及下游流速传感器接收到的静电信号X(t)与Y(t)，把X(t)与Y(t)两个信号进行交相关计算，得到两个信号之间的时差Tm，然后用两个传感器之间的距离L除以这个时差Tm就可得到煤粉的流速。

如图2所示，二次风调节门4设置于送风管2内，用于调节送风管2的送风量的大小。二次风调节门4包括沿垂直于送风管流道方向设置的若干个调节挡板，PLC控制器通过控制调节挡板转角改变送风管的流道面积，从而调节送风管2送风量的大小。

PLC控制器根据每根煤粉管内的煤粉浓度和流速以及每根送风管内测得的二次风量计算出每个燃烧器内的空燃比，通过控制二次风调节门4来增加或减小每根送风管2内的送风量，从而使各燃烧器3之间的空燃比偏差小于±10%，根据锅炉尾部烟道内的氧量、一氧化碳含量、飞灰含碳量调整二次风调节门的开度，使每个燃烧器的空燃比达到最佳值。

每个燃烧器3内的二次风量的计算过程如下：

每个燃烧器3内空气总量=每个燃烧器煤粉管5内的一次风量与密封风量之和＋每个燃烧器3内的二次风量；

每个燃烧器3煤粉管内的一次风量及密封风量之和=（每个燃烧器煤粉输送管5内煤粉流速/（每台磨煤机6的每组煤粉输送管5内煤粉流速之和））×（每台磨煤机6入口一次风量与每台磨煤机密封风量之和）；

每个燃烧器3内的燃料量=每个煤粉管内的煤粉质量流量；

每个燃烧器3的空燃比=（每个燃烧器煤粉管5内的一次风量与密封风量之和＋每个燃烧器3内的二次风量）/每个煤粉管内的煤粉质量流量。

由上述各式导出：

每个送风管2内的二次风量＝每个燃烧器3内的空燃比×每个燃烧器煤粉管内煤粉质量流量-（每个燃烧器煤粉输送管5内煤粉流速/（每台磨煤机6的每组煤粉输送管5内煤粉流速之和））×（每台磨煤机6入口一次风量与每台磨煤机密封风量之和）。

本发明，因为在与每个燃烧器3连接的送风管2内均设有二次风调节门4，PLC控制器可根据各燃烧器之间的空燃比偏差值或每个燃烧器空燃比的最佳设定值控制二次风调节门4的开度，通过增加或减小每根送风管2的送风量，以每个燃烧器3内的空燃比为燃烧调整依据，实现最佳的燃烧效果，提升煤粉锅炉的安全性、经济性和环保性。

本发明还提供了一种煤粉锅炉的二次风配风方法，包括以下步骤：

步骤1、检测得到每个燃烧器煤粉输送管内的煤粉含量和空气含量；

步骤2、根据煤粉管内的煤粉含量和空气含量以及送风管内的二次风量调整每根送风管的送风量，使每组燃烧器之间的空燃比偏差小于±10%，使每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数达到最佳设定值。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.煤粉锅炉的二次风配风装置，其特征在于，包括：

风源；

多根送风管，每根所述送风管一端连接风源，另一端连接一个对应的燃烧器，每根所述送风管上均设有一个二次风调节门，用于调节所述送风管的送气量的大小；

煤粉浓度、流速测量装置，用于测量燃烧器的煤粉管风中的煤粉浓度和流速，并换算出煤粉含量和空气含量；

二次风测量装置，用于测量每根所述送风管的二次风流速；

PLC控制器，根据每个燃烧器煤粉管内的煤粉含量、空气含量以及对应送风管内的二次风量计算出每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数，通过控制所述二次风调节门的开度，增加或减小每根送风管的送风量，使每组燃烧器之间的空燃比偏差小于±10％；根据锅炉尾部烟道内的氧量、一氧化碳含量、飞灰含碳量调整二次风调节门的开度，使每个燃烧器的空燃比达到最佳值；燃烧器煤粉管内的煤粉含量和空气含量通过煤粉的浓度和流速的测量值计算得出，送风管内的二次风量通过二次风流速计算得出。

2.如权利要求1所述的煤粉锅炉的二次风配风装置，其特征在于，所述煤粉浓度、流速测量装置包括煤粉浓度测量单元和煤粉流速测量单元，所述煤粉浓度测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器，所述煤粉流速测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的上游流速传感器和下游流速传感器。

3.如权利要求1所述的煤粉锅炉的二次风配风装置，其特征在于，所述风源为风箱或鼓风机。

4.如权利要求1所述的煤粉锅炉的二次风配风装置，其特征在于，所述二次风调节门包括调节挡板，所述调节挡板设置于所述送风管内，所述PLC控制器通过控制所述调节挡板转动的角度改变所述送风口的流道面积，从而调节所述送风管送风量的大小。

5.煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测得到每个燃烧器煤粉输送管内的煤粉含量和空气含量；

根据煤粉管内的煤粉含量和空气含量以及送风管内的二次风量调整每根送风管的送风量，使每组燃烧器之间的空燃比偏差小于±10％，使每个燃烧器内的空燃比或过量空气系数达到最佳设定值。

6.如权利要求5所述的煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，煤粉管内的煤粉含量和空气含量通过煤粉输送管中的煤粉浓度和煤粉流速计算得出，所述煤粉浓度通过煤粉浓度测量单元测得，所述煤粉浓度测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的微波发射传感器和微波接收传感器；所述煤粉流速通过煤粉流速测量单元测得，所述煤粉流速测量单元包括沿煤粉流向前后依次设置于煤粉输送管内的上游流速传感器和下游流速传感器。

7.如权利要求5所述的煤粉锅炉的二次风配风方法，其特征在于，每根所述送风管内设有二次风调节门，所述二次风调节门包括垂直于送风管流道方向的若干个调节挡板，通过控制所述调节挡板转动的角度改变所述送风管的流道面积，从而调节所述送风管送风量的大小。