CN104848248A - 煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法 - Google Patents

煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法 Download PDF

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本发明涉及一种火力发电厂配备的锅炉燃用煤粉、高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）的煤粉燃烧配风控制技术。一种煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，根据锅炉蒸发量换算出所需能量，再根据燃油、BFG和COG热值、流量换算出所能产生的能量，然后用锅炉负荷所需能量减去BFG和COG产生的能量能计算出所需煤粉产生的能量，接下来根据磨煤机总煤量和所需煤粉产生的能量换算出煤粉热值，最后换算出的热值和每层磨煤机出力控制每层风门挡板开度。本发明的风门挡板开度的控制方法应用于电厂的DCS（分布式控制系统）控制系统中，能实现煤气混烧锅炉的良好燃烧控制，提高煤气混烧锅炉的运行经济性。

Description

煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法
技术领域
    本发明涉及一种火力发电厂锅炉燃烧控制技术，尤其涉及一种火力发电厂配备的锅炉燃用煤粉、高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）的煤粉燃烧配风控制技术。
背景技术
与燃烧单一燃料的锅炉不同，某企业的锅炉采用煤粉、高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）混和燃烧方式，其燃烧系统布置参见图1。如图1所示，燃烧系统自下而上分别为A、B、C三层BFG燃烧器喷口，E层燃油和COG燃烧器喷口，G、H、I、J、K层煤粉燃烧器喷口（又称一次风喷口），F层COG燃烧器，在每层燃烧器喷口之间为CE、GE、HG、IH、JI、KJ和KK共七层二次风喷口。每层煤粉燃烧器、BFG燃烧器和COG燃烧器喷口均设计有周界风，风量由周界风挡板开度控制，七层二次风喷口风量分别由各自的二次风挡板开度控制。现有的风门挡板投入自动控制后，其开度固定不变，其开度设定值通过调试确定。由于实际运行过程中，各层煤粉燃烧器投用的煤粉燃料量及煤质都是不断变化的，燃烧所需的空气量也是不同的。风门挡板固定开度的控制模式在燃烧工况发生变化时，导致锅炉燃烧不稳定，蒸汽温度和压力波动，影响机组的安全运行和经济运行。
   传统的锅炉燃烧器配风方式中的二次风门挡板开度受二次风风箱风压控制，热工逻辑中是维持风箱风压平衡即可。这种控制方式无法满足煤气混烧锅炉的配风要求，因为煤、COG、BFG的热值、密度（比重）、着火特性差异较大，单纯利用控制煤粉锅炉的二次风风门挡板开度控制方式同样会带来锅炉燃烧不稳定、蒸汽温度和压力波动的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，该控制方法是对煤粉燃烧器周界风挡板和二次风门挡板开度的控制技术。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，根据锅炉蒸发量换算出所需能量，再根据燃油、BFG和COG热值、流量换算出所能产生的能量，然后用锅炉负荷所需能量减去BFG和COG产生的能量能计算出所需煤粉产生的能量，接下来根据磨煤机总煤量和所需煤粉产生的能量换算出煤粉热值，最后换算出的热值和每层磨煤机出力控制每层风门挡板开度；具体为：
    1）根据锅炉运行中实际蒸发量、蒸汽压力和蒸汽温度换算出所需的能量：
Q1=M1[（P-P1）a1+（T1-T）a2+a3]b1
式中：Q1  所需能量；
M1  实际蒸汽蒸发量；
P  蒸汽压力基准值；
T  蒸汽温度基准值；
P1  蒸汽实际压力；
T1  蒸汽实际温度；
a1、a2、a3  常数，根据《水和水蒸气性质图表》对应T值和P值取值；
b1  修正系数，通过实验确定其取值；
2）燃油、BFG和COG热值稳定，能分别根据燃油、BFG和COG流量换算出所能产生的能量；
Q2=c1X1+c2X2+c3X3
式中：Q2  燃油、BFG和COG产生的能量；
      X1  BFG流量；
X2  COG流量；
X3  燃油流量；
      c1  BFG热值；
c2  COG热值；
c3  燃油热值； 
3）用锅炉蒸发量所需能量减去燃油、BFG和COG产生的能量能计算出煤粉产生的能量；
Q3=Q1-Q2
式中：Q3  煤粉产生的能量；
4）根据磨煤机总煤量和所需煤粉产生的能量换算出煤粉热值；
C=Q3/X4
式中：C  煤粉热值；
X4  总煤量；
5）根据换算出的煤粉热值和每层磨煤机煤量换算出每层煤粉燃烧器喷口（或称一次风喷口）所能产生的能量，
Qx=C*Xx
式中：Qx  每层煤粉燃烧器喷口产生的能量；
Xx  磨煤机煤量；
6）根据每层煤粉燃烧器喷口所能够产生的能量控制二次风门挡板开度和周界风门挡板开度；
风门挡板开度控制采用分段函数实现，每层煤粉燃烧器产生的能量Qx在不同分段的区间中对应着唯一风门挡板开度值Y值，Y值通过燃烧调整试验予以确定；风门挡板开度值Y值包括二次风门挡板开度和周界风门挡板开度。
所述风门挡板开度控制用分段函数的分段数量大于3段，小于10段。
所述风门挡板开度控制用分段函数的分段数量取8个分段，分段原则为：Qx1取值0，Qx2和Qx8 分别对应磨煤机最低出力和最大出力所能产生的能量，能通过磨煤机最低给煤量和最大给煤量分别乘以常用煤种热值予以确定；Qx2至Qx8数值为等差数列，公差为（Qx8-Qx2）/6，Qxn = Qx2+（n-2）（Qx8-Qx2）/6，式中：n=2、3、……8。
所述风门挡板开度值Y值确定原则：（1）蒸汽温度541℃±5℃；（2）飞灰含碳量小于2.5%；（3）烟气中CO含量小于100ppm。
本发明煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法通过对煤粉燃烧器周界风挡板和所有二次风挡板开度控制，突破了传统锅炉配风风门挡板开度根据风箱风压变化进行调整的模式。
本发明的风门挡板开度的控制方法应用于电厂的DCS（分布式控制系统）控制系统中，可对控制方法转化的控制模型中逻辑函数或系数进行标定或调整，对控制特性（调整幅度、速率、控制曲线形态等）进行优化、细化，使得二次风门挡板开度可以在任何工况下自动调整，从而实现煤气混烧锅炉的良好燃烧控制，不仅解决目前煤气混烧锅炉在不同静态工况下各自存在的主汽温、再热汽温偏低的问题，而且降低动态工况中存在的主参数波动剧烈、波动幅度较大的问题，使得煤气混烧锅炉的运行经济性得以提高。
附图说明
图1为现有的煤气混烧锅炉燃烧系统布置示意图；
图2为本发明的煤气混烧锅炉的每层煤粉燃烧器喷口所能够产生的能量Qx与风门挡板开度Y的控制逻辑图；
图3为本发明的煤气混烧锅炉的煤粉热值计算逻辑图；
图4为本发明的煤气混烧锅炉H层周界风挡板开度控制逻辑图；
图5为本发明的煤气混烧锅炉HG层二次风挡板开度控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
1、煤粉热值修正
由于某企业电厂锅炉燃料种类复杂，包括BFG、COG、燃油和煤，在燃烧控制过程中需要对不同的燃料分别进行计算从而达到精确控制的目的。以下是煤粉热值计算逻辑图，参见图3，每项计算结果均设置上下限，防止数据坏点使计算结果产生重大偏差。图中共由3个模块组成：
模块一：根据锅炉蒸发量、蒸汽压力和蒸汽温度换算出所需的能量。
Q1=M1[（P-P1）a1+（T1-T）a2+a3]b1
式中：Q1  所需能量；
M1  实际蒸汽蒸发量；
P   蒸汽压力基准值；
T   蒸汽温度基准值；
P1  蒸汽实际压力；
T1  蒸汽实际温度；
a1、a2、a3  常数，根据《水和水蒸气性质图表》对应T值和P值取值；
b1  修正系数，通过实验确定其取值。
P值和T值根据某企业的实际情况，分别取值15和540；常数a1、a2、a3通过查阅《水和水蒸气性质图表》分别取值10.8544、13.968、3213.22；修正系数b1通过实验确定为0.00082。
则Q1=M1[（15-P1）10.8544+（T1-540）13.968+3213.22]0.00082
若此时锅炉运行的实际蒸汽流量为1180t/h（M1），压力为16.6MPa（P1），温度为530度（T1），那么可以计算得到：
Q1=1180[（15-16.6）10.8544+（530-540）13.968+3213.22]0.00082
  =2957.2MJ
模块二：根据燃油、BFG和COG流量计算出三者所能产生的能量；
Q2=c1X1+c2X2+c3X3
式中：Q2  燃油、BFG和COG产生的能量；
      X1  BFG流量；
X2  COG流量；
X3  燃油流量；
      c1  BFG热值；
c2  COG热值；
c3  燃油热值；
某企业的BFG、COG和燃油热值分别为3.2MJ/Nm3、18.7MJ/Nm3和40.2MJ/kg；若此时BFG、COG和燃料流量分别为：100KNm3、10 KNm3和0kg。那么可以计算得到：
Q2=c1X1+c2X2+c3X3=３.２×１００＋１８.７×１０＋４０.２×０
　=507MJ
模块三：煤粉热值计算；
用锅炉所需能量减去燃油、BFG和COG产生的能量可以计算出煤粉产生的能量，除以总煤量即可换算出实际煤粉热值；
C =（Q1-Q2）/ X4
式中：C   煤粉热值；
X4  总煤量。
此时煤量105t/h，那么可以计算得到：
C =（Q1-Q2）/ X4=（2957.2-507）/105=23.3MJ
2、风门挡板开度控制
风门挡板开度控制主要是根据磨煤机出力进行调节，随着磨煤机出力增加逐渐开大。煤气混烧锅炉的每层煤粉燃烧器喷口所能够产生的能量Qx与风门挡板开度Y的控制逻辑图参见图2，其中风门挡板开度值Y值包括了二次风门挡板开度和周界风门挡板开度；风门挡板开度控制采用分段函数实现，每层煤粉燃烧器产生的能量Qx在不同分段的区间中对应着唯一风门挡板开度值Y值，Y值通过燃烧调整试验予以确定。 
通过煤粉热值和磨煤机煤量计算得出的煤粉热量设定为Qx值，试验得到的挡板开度设定为Y值。所述风门挡板开度值（Y值）确定原则：（1）蒸汽温度541℃±5℃；（2）飞灰含碳量小于2.5%；（3）烟气中CO含量小于100ppm。
本实施例以H层煤粉燃烧器的风门控制逻辑为例来说明。
通过煤粉热值和H磨煤机煤量计算得出的H层煤粉热量，设定为QH，试验得到的挡板开度设定为Y值，在逻辑中可以使用分段函数实现。这里建立8个分段，在不同分段的区间中对应着唯一的结果Y值。
QH1取值0， QH2和QH8 分别对应磨煤机最低出力和最大出力，可以通过磨煤机最低给煤量和最大给煤量分别乘以常用煤种热值予以确定。将QH2和QH8均分得到其他值。
H磨煤机最低给煤量为8t/h，最大出力为32t/h，常用煤种热值为27.66MJ/kg,那么对应的QH2和QH8分别为221.28和885.12。将QH2和QH8均分得到QH3，QH4，QH5，QH6，QH7，其中QH2至QH8数值为等差数列，公差d为（QH8- QH2）/6=（885.12-221.28）/6=110.64，QH3= QH2+（n-2）*d= 221.28+(3-2)*110.64=331.92，n=3、4、…7，QH3，QH4，QH5，QH6，QH7值分别为：331.92,442.56,553.21，663.85,774.49。
2.1  H层周界风挡板开度控制逻辑，参见图4，
通过试验确定H层周界风挡板开度对应的Y值（Y1-Y8）分别为：6，6，6，8，10，12,12,12。
引入主蒸汽流量的分段函数，也是8个分段，x1值取0，x2到x8分别取700，800,900,1000,1100,1200,1300，1400。不同分段区间对应唯一的结果y值对Y值进行修正。通过试验确定y值（y1-y8）分别为：6,6,6,3,3,0,0,0。
Y值和y值二者相加得到周界风挡板开度值。
如：此时H层磨煤机煤量为28t/h，煤粉热值为23.3MJ/kg则：
QH=C×XH=23.3×28=653MJ
根据分段函数对应Y值为10。
此时，蒸汽蒸发量为1180t/h，则：
根据分段函数对应y值为0。
          那么，H层周界风门挡板开度值为：
Y+y=10    
2.2  二次风门挡板开度控制逻辑，参见图5，
通过试验确定HG层二次风挡板开度对应的Y值（Y1-Y8）分别为：20，20，22，24，26，30,30,30。这里不需要引入修正函数。
同样，此时H层磨煤机煤量为28t/h，则：
QH=C×XH=23.3×28=653MJ
根据分段函数对应HG层二次风门开度值y值为26。
本发明的煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法通过对煤粉燃烧器周界风挡板和所有二次风挡板开度控制，能实现煤气混烧锅炉的良好燃烧控制。
将本发明的风门挡板开度的控制方法应用于电厂的DCS（分布式控制系统）控制系统中，可对控制方法转化的控制模型中逻辑函数或系数进行标定或调整，对控制特性（调整幅度、速率、控制曲线形态等）进行优化、细化，使得二次风门挡板开度可以在任何工况下自动调整，降低动态工况中存在的主参数波动剧烈、波动幅度较大的问题，使得煤气混烧锅炉的运行经济性得以提高。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，其特征是：根据锅炉蒸发量换算出所需能量，再根据燃油、BFG和COG热值、流量换算出所能产生的能量，然后用锅炉负荷所需能量减去BFG和COG产生的能量能计算出所需煤粉产生的能量，接下来根据磨煤机总煤量和所需煤粉产生的能量换算出煤粉热值，最后换算出的热值和每层磨煤机出力控制每层风门挡板开度；具体为：
根据锅炉运行中实际蒸发量、蒸汽压力和蒸汽温度换算出所需的能量：
Q1=M1[（P-P1）a1+（T1-T）a2+a3]b1
式中：Q1  所需能量；
M1  实际蒸汽蒸发量；
P  蒸汽压力基准值；
T  蒸汽温度基准值；
P1  蒸汽实际压力；
T1  蒸汽实际温度；
a1、a2、a3  常数，根据《水和水蒸气性质图表》对应T值和P值取值；
b1  修正系数，通过实验确定其取值；
燃油、BFG和COG热值稳定，能分别根据燃油、BFG和COG流量换算出所能产生的能量；
Q2=c1X1+c2X2+c3X3
式中：Q2  燃油、BFG和COG产生的能量；
      X1  BFG流量；
X2  COG流量；
X3  燃油流量；
      c1  BFG热值；
c2  COG热值；
c3  燃油热值； 
用锅炉蒸发量所需能量减去燃油、BFG和COG产生的能量能计算出煤粉产生的能量；
Q3=Q1-Q2
式中：Q3  煤粉产生的能量；
根据磨煤机总煤量和所需煤粉产生的能量换算出煤粉热值；
C=Q3/X4
式中：C  煤粉热值；
X4  总煤量；
根据换算出的煤粉热值和每层磨煤机煤量换算出每层煤粉燃烧器喷口（或称一次风喷口）所能产生的能量，
Qx=C*Xx
式中：Qx  每层煤粉燃烧器喷口产生的能量；
Xx  磨煤机煤量；
根据每层煤粉燃烧器喷口所能够产生的能量控制二次风门挡板开度和周界风门挡板开度；
风门挡板开度控制采用分段函数实现，每层煤粉燃烧器产生的能量Qx在不同分段的区间中对应着唯一风门挡板开度值Y值，Y值通过燃烧调整试验予以确定；风门挡板开度值Y值包括二次风门挡板开度和周界风门挡板开度。
2.根据权利要求1所述的煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，其特征是：所述风门挡板开度控制用分段函数的分段数量大于3段，小于10段。
3.根据权利要求2所述的煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，其特征是：所述风门挡板开度控制用分段函数的分段数量取8个分段，分段原则为：Qx1取值0，Qx2和Qx8 分别对应磨煤机最低出力和最大出力所能产生的能量，能通过磨煤机最低给煤量和最大给煤量分别乘以常用煤种热值予以确定；Qx2至Qx8数值为等差数列，公差为（Qx8-Qx2）/6，Qxn = Qx2+（n-2）（Qx8-Qx2）/6，式中：n=2、3、……8。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的煤气混烧锅炉风门挡板开度的控制方法，其特征是：所述风门挡板开度值Y值确定原则：（1）蒸汽温度541℃±5℃；（2）飞灰含碳量小于2.5%；（3）烟气中CO含量小于100ppm。
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