CN104214794B - 煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值确定方法及燃烧控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值确定方法和煤粉锅炉燃烧控制方法，该确定方法包括：对各煤种、各燃烧工况，分别设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，并分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；判断再热器左右侧热偏差、再热蒸汽温度偏差是否分别小于预设侧热偏差阈值、预设蒸汽温度偏差阈值；若否，返回设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值；若是，将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值。本发明使上摆角度值之间具有偏差值，提高机组运行效率、经济性和锅炉运行安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉燃烧技术领域，特别涉及一种煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值确定方法以及一种煤粉锅炉燃烧控制方法。
背景技术
随着我国国民经济的迅速发展，对电力的需求不断增长。为了更加有效地利用能源，火力发电机组正不断地向更高参数、更大容量发展。现役大型火电机组的煤粉电站锅炉大多采用四角布置、切圆燃烧方式。这种切圆燃烧方式的最主要特点是炉内气流旋转，燃料、空气和烟气的强烈混合，形成良好的燃烧条件。同时，由于气流的旋转，使火焰自上游点燃下游邻角气流，促使煤粉着火；而且这种旋转气流呈螺旋状上升直到炉膛出口，因而延长了煤粉颗粒在炉膛内的行程，有利于煤粉的燃尽。但同时，随着气流的旋转上升，旋转速度逐渐减弱并趋于均匀，但在炉膛出口折焰角下方仍然存在气流的旋转。正是由于“残余旋转”的存在，导致了炉膛出口两侧存在一定的速度及温度偏差，从而造成两侧对流传热系数及温压的不同，使水平烟道两侧再热器由于吸热不均而造成热偏差，这导致两侧再热蒸汽温度偏差较大，对机组的安全经济运行带来不利影响。
随着锅炉容量的增加，水平烟道中的速度偏差及烟温偏差有增大的趋势。再热器热偏差容易引起局部管壁超温，造成爆管。将一次风或部分二次风、燃尽风或分离燃尽风(SOFA)射流与主体旋转气流反切是削弱炉膛出口烟温偏差的一种有效手段，并且反切风采用集中布置的作用效果优于分散布置。理论分析和冷态模化试验研究表明，反切与正切射流的旋转动量流率矩之比是反映炉内流场分布和反切风作用效果的重要指标，应作为组织反切燃烧过程的基本判据。例如，采用同心反切圆燃烧系统，使二次风射流与一次风射流间有25°的夹角，二次风朝一次风相反的方向进入炉膛，使一次风与二次风2股气流作反向旋转，炉膛出口左、右侧的烟气偏差得到改善。除此之外，采用一次风对冲，二次风上、下反切的燃烧系统，一次风气流从炉膛对角线方向射出，启转二次风以偏向炉膛对角线左侧20°的方向射出使之形成顺时针方向的旋转气流；而位于顶部的上二次风(或称燃尽风)则以偏向对角线右侧20°的方向射出，形成旋转方向相反的消旋二次风。启转二次风和消旋二次风均可进行调节，最终形成的炉内气流的旋转强度具有一定的可调性，这也可以达到消除炉膛出口气流残余旋转、减小烟温偏差的目的。
这些方法均有通过控制部分气流水平摆角，使部分气流反切从而减少或消除炉膛出口的残余旋转，从而在一定程度上减小烟温偏差及汽温偏差。但这种方法对热偏差的减小的效果与反切气流的设置有很大关系，如果反切气流的动量和角度选择不当，不仅不会降低烟温偏差，反而还会造成炉内气流的混乱而加剧烟温的偏差。
随着机组容量的不断增大，锅炉运行可靠性和经济性已日益成为重要的研究课题之一。研究大型电站锅炉过热器与再热器系统的热偏差和蒸汽温度偏差，提出减小热偏差的改进措施，是解决锅炉汽温偏差以及过热器与再热器超温爆管的重要途径。这可完善锅炉的性能设计，提高锅炉运行的可靠性，对电厂的安全运行以及提高经济效益均具有重要意义。
发明内容
基于此，针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法和一种煤粉锅炉燃烧控制方法，其可以降低煤粉锅炉再热器热偏差及其蒸汽温度偏差，提高再热蒸汽的平均温度，提高机组运行效率和经济性，提高锅炉运行安全性。
为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一种煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，包括步骤：
对各煤种、各燃烧工况，分别设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，并分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值；
若否，返回所述设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值的步骤；
若是，将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值。
一种煤粉锅炉燃烧控制方法，包括步骤：
对各煤种、各燃烧工况，分别设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，并分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值；
若否，返回所述设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值的步骤；
若是，将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值；
在锅炉燃烧时，根据锅炉燃烧的煤种、燃烧工况，选择与所述锅炉燃烧的煤种、燃烧工况对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧控制。
如上所述的本发明实施例的方案，快捷有效，其通过对各燃烧器喷嘴上摆角度值进行设置，使各燃烧器喷嘴上摆角度值之间具有偏差值，可有效降低煤粉锅炉再热器左右两侧热偏差及其蒸汽温度偏差，提高再热蒸汽的平均温度，提高机组运行效率和经济性；同时，防止再热器局部金属超温，降低锅炉爆管的发生的频率，提高锅炉运行安全性。
附图说明
图1是本发明的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法实施例的流程示意图；
图2是本发明的煤粉锅炉燃烧控制方法实施例的流程示意图；
图3是本发明方法一个具体应用中的流程示意图；
图4是700MW四角切圆燃烧煤粉锅炉结构与燃烧器喷嘴示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1中示出了本发明的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例中的方法包括步骤：
步骤S101：针对各煤种、各燃烧工况，设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
步骤S102：判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值，若否，返回步骤S101，重新对当前进行试验的煤种、燃烧工况对对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行设置，若是，则进入步骤S103；
步骤S103：将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值。
根据如上所述的本发明实施例的方案，快捷有效，其通过对煤粉锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行设置，使各燃烧器喷嘴上摆角度值之间具有偏差值，可有效降低煤粉锅炉再热器左右两侧热偏差及其蒸汽温度偏差，提高再热蒸汽的平均温度，提高机组运行效率和经济性；同时，防止再热器局部金属超温，降低锅炉爆管的发生的频率，提高锅炉运行安全性。
其中，上述锅炉可以是四角切圆煤粉锅炉，上述各燃烧器喷嘴上摆角度值可以是互不相同，即任意两个燃烧器喷嘴上摆角度值之间均有偏差值。考虑到再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差一般是针对两侧来确定偏差，因此，也可以位于同一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，位于另一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同。
基于如上所述的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，本发明实施例还提供一种煤粉锅炉燃烧控制方法。
图2中示出了本发明的煤粉锅炉燃烧控制方法实施例的流程示意图。如图2所示，本实施例中的煤粉锅炉燃烧控制方法包括步骤：
步骤S201：针对各煤种、各燃烧工况，设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
步骤S202：判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值，若否，返回步骤S201，重新对当前进行试验的煤种、燃烧工况对对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行设置，若是，则进入步骤S203；
步骤S203：将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值；
步骤S204：在锅炉燃烧时，根据锅炉燃烧的煤种、燃烧工况，选择与所述锅炉燃烧的煤种、燃烧工况对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧控制。
需要说明的是，上述步骤S201至S203，是煤粉锅炉燃烧控制的准备步骤，用于确定各煤种、各燃烧工况下的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值，即锅炉运行优化控制模式。在具体的煤粉锅炉燃烧控制过程中，基于步骤S203中已经确定的各种锅炉运行优化控制模式，选择与当前的煤种、燃烧工况对应的锅炉运行优化控制模式对锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行控制即可。
其中，上述锅炉可以是四角切圆煤粉锅炉，上述各燃烧器喷嘴上摆角度值可以是互不相同，即任意两个燃烧器喷嘴上摆角度值之间均有偏差值。考虑到再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差一般是针对两侧来确定偏差，因此，也可以是位于同一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，位于另一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同。
图3中示出了本发明方法一个具体应用中的流程示意图。
如图3所示，首先进行锅炉燃烧调整试验，以确定煤粉锅炉各燃烧器喷嘴上摆角度值。试验时，可针对几种常用煤种展开试验，试验中，以锅炉为四角切圆燃烧煤粉锅炉为例，可以是设置四个燃烧器喷嘴上摆角度值，结合图4中所示的锅炉结构与燃烧器喷嘴的示意图，即设置1、2、3、4号角燃烧器喷嘴上摆角度值。其中1、2、3、4号角燃烧器喷嘴上摆角度值可以互不相同，即任意两个燃烧器喷嘴上摆角度之间都有偏差。也可以是其中一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，例如图4中的1、4号角的燃烧器喷嘴上摆角度，另一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，例如图4中的2、3号角的燃烧器喷嘴上摆角度，且两侧的燃烧器喷嘴上摆角度值之间有偏差值。从而据此消弱残余旋转，降低再热器左右侧热偏差以及由此引起的再热蒸汽温度偏差。通过试验可获得各煤种不同工况下的燃烧器喷嘴上摆角度偏差值的优化参数信息，该优化参数信息包括满足再热器左右侧热偏差以及由此引起的再热蒸汽温度偏差条件的燃烧器各喷嘴的上摆角度值。
将上述得到的优化参数信息固化到锅炉机组的分散控制系统(DCS，DistributedControl System)中，形成各煤种、各燃烧工况下的锅炉运行优化控制模式。
然后，在锅炉运行中，运行人员根据实际燃用的煤种信息，选择相对应的运行优化控制模式，DCS将自动控制1、4号角和2、3号角燃烧器喷嘴上摆角度值，以实现降低再热器左右两侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差。
结合上述本发明实施例的方案，以下以对一台700MW四角切圆煤粉燃烧锅炉进行调整为例，进行详细举例说明。该四角切圆锅炉额定再热蒸汽温度为568℃，锅炉三维结构如图4所示。
在该锅炉在运行中，存在再热器热偏差及其蒸汽温度偏差较大的问题。在燃用伊泰煤和伊泰煤掺烧印尼煤时，锅炉在100％负荷下常用燃烧器喷嘴上摆角度及再热蒸汽温度偏差状况如表1所示。
表1 燃烧调整前各煤种常用燃烧器喷嘴上摆角度参数
| 试验煤种. | / | 伊泰煤 | 伊泰煤掺烧印尼煤 |
| 燃烧器上摆角度(1号角) | deg | 10 | 9 |
| 燃烧器上摆角度(2号角) | deg | 10 | 9 |
| 燃烧器上摆角度(3号角) | deg | 10 | 9 |
| 燃烧器上摆角度(4号角) | deg | 10 | 9 |
| 紧凑燃尽风C挡板开度 | ％ | 15 | 15 |
| 紧凑燃尽风B挡板开度 | ％ | 15 | 15 |
| 紧凑燃尽风A挡板开度 | ％ | 15 | 15 |
| 一次风F周界风挡板开度 | ％ | 45 | 45 |
| 油枪风EF挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 一次风E周界风挡板开度 | ％ | 45 | 45 |
| 二次风DE挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 一次风D周界风挡板开度 | ％ | 45 | 45 |
| 油枪风CD挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 一次风C周界风挡板开度 | ％ | 45 | 45 |
| 二次风BC挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 一次风B周界风挡板开度 | ％ | 45 | 45 |
| 油枪风AB挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 一次风A周界风挡板开度 | ％ | 20 | 20 |
| 二次风AA挡板开度 | ％ | 75 | 75 |
| 过热汽温平均值 | ℃ | 540 | 541 |
| 再热汽温平均值 | ℃ | 560 | 562 |
| 左右侧再热蒸汽温度 | ℃ | 568/552 | 568/556 |
| 再热蒸汽温度偏差 | ℃ | 16 | 12 |
结合表1所示，燃烧伊泰煤100％负荷时左右两侧再热蒸汽温度分别为568℃、552℃，偏差16℃；伊泰煤掺烧印尼煤100％负荷时左右两侧再热蒸汽温度分别为568℃、556℃，偏差12℃。可以看出，不同负荷时，左右两侧再热器热偏差及其蒸汽温度均存在较大偏差，影响机组运行的安全性；同时，再热蒸汽平均温度也会由于偏差的存在而降低，影响汽轮机的做功效率。
针对上述问题，采用本发明提出的方法来降低再热蒸汽温度偏差，具体调整步骤如下：
步骤1:开展燃用伊泰煤和伊泰煤掺烧印尼煤100％负荷下详细的燃烧调整试验，试验中设置1、4号角和2、3号角燃烧器喷嘴上摆角度的偏差值，消减残余旋转，降低左右侧再热蒸汽温度偏差，并通过试验获得各负荷下的燃烧器喷嘴上摆角度偏差值的优化参数信息。燃烧调整后，燃用伊泰煤100％负荷时两侧再热蒸汽分别为568℃、566℃，偏差2℃；伊泰煤掺烧印尼煤100％负荷时两侧再热蒸汽分别为568℃、567℃，偏差1℃。通过优化调整，达到了减小两侧再热汽温偏差的目的，同时，平均温度也升高。优化后的燃烧器喷嘴上摆角度如下表2所示；
表2 燃烧调整后各优化工况参数
步骤2:将由燃烧调整试验获得的燃烧器喷嘴上摆角度优化参数固化到锅炉机组的分散控制系统(DCS,Distributed Control System)中，形成燃用伊泰煤种和伊泰煤掺烧印尼煤下的锅炉运行优化控制模式；
步骤3:当锅炉燃用伊泰煤或伊泰煤掺烧印尼煤运行时，运行人员选择相对应的运行优化控制模式，DCS将自动控制1、4号角和2、3号角SOFA挡板开度和喷嘴上摆角度偏差，以实现降低两侧再热蒸汽温度偏差。
如上所述的本发明方案，与经常采用的将一次风或部分二次风、燃尽风或SOFA射流与主体旋转气流反切来削弱或消除炉膛出口的残余旋转，达到降低两侧再热蒸汽温度偏差不同，本发明方案是采用燃烧器喷嘴上摆角度偏差设置的方式来削弱或消除炉膛出口的残余旋转，实现降低再热器左右两侧烟气温度和流量偏差引起的热偏差，均衡再热器左右两侧的吸热量，从而降低两侧再热蒸汽温度偏差。
四角切圆燃烧锅炉设计要求同一层的燃烧器喷嘴在同一个平面上(相同的燃烧器喷嘴上摆角度)相互撞击，形成一个强烈旋转的切圆，形成旋转上升的主气流；强烈旋转的主气流导致炉膛折焰角处的烟气存在残余旋转，使得再热器屏区左右两侧的烟气温度和流量偏差增加，导致其吸热量偏差增加，再热蒸汽温度偏差增加。这种热偏差的增加一方面会使平均再热蒸汽温度降低，影响机组效率；另一方面，在偏差严重的情况，导致一侧再热汽温超过设计运行温度，使得再热器局部金属温度超过设计的运行值，长时间的金属超温会导致金属疲劳，强度和寿命大大降低，发生爆管，降低锅炉运行安全性和经济性。
而本发明提出的方案，将四个角上燃烧器喷嘴上摆角度进行偏差设置，也就是不同角上的燃烧器喷嘴上摆角度不同；这使来自四个角同一层燃烧器喷嘴的气流相互错开，不能在同一个平面相互撞击形成一个旋转的切圆；这样，可减弱或消除主气流的旋转强度，从而减弱或消除炉膛折焰角处的烟气残余旋转，实现降低左右两侧烟气温度和流量偏差，均衡再热器左右两侧的吸热量，从而降低两侧再热蒸汽温度偏差。
因此，本方法快捷有效，可有效降低煤粉锅炉再热器左右两侧热偏差及其蒸汽温度偏差，提高再热蒸汽的平均温度，提高机组运行效率和经济性；同时，防止再热器局部金属超温，降低锅炉爆管的发生的频率，提高锅炉运行安全性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，其特征在于，包括步骤：
对各煤种、各燃烧工况，分别设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，并分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值；
若否，返回所述设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值的步骤；
若是，将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值。
2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，其特征在于，所述锅炉为四角切圆煤粉锅炉。
3.根据权利要求2所述的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，其特征在于，各燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同。
4.根据权利要求2所述的煤粉锅炉燃烧器喷嘴上摆角度值的确定方法，其特征在于，位于一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，位于相对的另一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，两侧的燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同。
5.一种煤粉锅炉燃烧控制方法，其特征在于，包括步骤：
对各煤种、各燃烧工况，分别设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值，至少两个燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同，并分别根据各煤种、对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧调整试验，检测再热器左右侧热偏差以及再热蒸汽温度偏差；
判断所述再热器左右侧热偏差是否小于预设侧热偏差阈值、且所述再热蒸汽温度偏差是否小于预设蒸汽温度偏差阈值；
若否，返回所述设置对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值的步骤；
若是，将当前的各燃烧器喷嘴上摆角度值确定为与当前煤种、燃烧工况对应的锅炉的各燃烧器喷嘴上摆角度值；
在锅炉燃烧时，根据锅炉燃烧的煤种、燃烧工况，选择与所述锅炉燃烧的煤种、燃烧工况对应的各燃烧器喷嘴上摆角度值进行锅炉燃烧控制。
6.根据权利要求5所述的煤粉锅炉燃烧控制方法，其特征在于，所述锅炉为四角切圆煤粉锅炉。
7.根据权利要求6所述的煤粉锅炉燃烧控制方法，其特征在于，各燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同。
8.根据权利要求6所述的煤粉锅炉燃烧控制方法，其特征在于，位于一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，位于相对的另一侧的两个燃烧器喷嘴上摆角度值相同，两侧的燃烧器喷嘴上摆角度值互不相同。
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