CN105509035A - 一种确定对冲燃烧进风量的方法、装置及自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定对冲燃烧进风量的方法、装置及自动控制系统，属于燃烧器运行风量控制技术领域。所述方法包括：确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。本发明通过燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量，实现了在锅炉运行过程中自动控制低NO_x对冲燃烧过程中的进风量，在保证高效燃烧的同时又能维持低水平的炉膛出口NO_x浓度。

Description

一种确定对冲燃烧进风量的方法、装置及自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种确定对冲燃烧进风量的方法、装置及自动控制系统，属于燃烧器运行风量控制技术领域。

背景技术

目前，大型煤粉燃烧锅炉中的燃烧方式主要包括四角切圆燃烧和前后墙对冲燃烧。前后墙对冲燃烧锅炉因其在燃烧稳定性和受热面布置方面的优势，已经成为超临界锅炉采用的主要燃烧方式。在前后墙对冲燃烧方式中，旋流燃烧器布置在炉膛前墙和后墙水冷壁上，每个燃烧器单独组织配风、火焰相对独立；同一面墙上的各支燃烧器的火焰之间互不干扰，前后墙上的燃烧器火焰尾部在炉膛中部对冲后折向向上流动。这种燃烧方式具有炉膛断面上热负荷分布较为均匀的优点，但与同样的炉膛燃尽高度下的四角切圆燃烧方式相比，该方式的后期炉内烟气混合较差、烟气行程相对较短，若燃烧用空气不能及时给入并与燃料充分混合，则会延迟燃料的燃烧过程并影响炉膛吸热。

为降低NO_x排放浓度，现有的大型煤粉锅炉通常采用低NO_x燃烧技术，结合图1所示，现有的低NO_x燃烧技术通过分离的燃尽风，在主燃区与燃尽区之间构建了一个还原区，利用主燃区欠氧燃烧产生的还原性气体对主燃区中燃烧生成的少量NO_x进行还原，从而进一步减少NO_x排放量。

针对上述问题，现有技术采用的解决方案主要包括：前后墙对冲燃烧型式的锅炉以锅炉长边对称中心线为界将燃尽风分为两组，每组设有4-5只燃尽风喷嘴；每组燃尽风喷嘴射出燃尽风中心线与同一个假想椭圆相切，且两组椭圆的旋转方向相反，一个为逆时针旋转，另一个为顺时针旋转。由于燃尽风采用切圆燃烧方式，在炉膛出口存在烟气旋转残余，造成烟气温度和成分分布不均，不利于受热面布置和烟气脱硝。

另外，还有一种防止对冲锅炉结渣的燃尽风调整结构，其中的燃尽风结构为中间直流、外部旋流结构，六个以上的煤粉燃烧器和燃尽风以炉膛中心为对称面对称且均匀的连接在锅炉炉膛的前墙和后墙上，根据所安装位置的不同，位于两侧的燃尽风为侧边燃尽风，位于中间的燃尽风为中间燃尽风，侧边燃尽风的中间直流和外部旋流的调节板开度均为100％，中间燃尽风的中间流的调节板开度为80％，外部旋流的调节板开度为10％。但是，为了防止侧墙结渣，人为设置了中间小两侧大的同层燃尽风开度，属于经验调节方法，缺乏理论依据和按照实际情况再优化的空间。

发明内容

本发明为解决现有的低NO_x对冲燃烧技术存在的无法根据炉墙给入的总燃料量确定低NO_x对冲燃烧锅炉的燃尽风量的问题，进而提出了一种确定对冲燃烧进风量的方法、装置及自动控制系统，具体包括如下的技术方案：

一种确定对冲燃烧进风量的方法，包括：

确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；

根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。

一种确定对冲燃烧进风量的装置，包括：

运行氧量及系数确定单元，用于确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；

进风量确定单元，用于根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。

一种对冲燃烧进风量自动控制系统，包括：进风量检测装置、进风量控制装置以及确定对冲燃烧进风量的装置；所述进风量检测装置设置在所述燃尽风箱的入口处，所述进风量控制装置用于根据所述进风量检测装置检测获得的实际进风量和所述确定对冲燃烧进风量的装置中的进风量确定单元确定的对冲燃烧进风量对所述燃尽风箱的入口处的风量进行控制。

本发明的有益效果是：通过燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量，实现了在锅炉运行过程中自动控制低NO_x对冲燃烧过程中的进风量，在保证高效燃烧的同时又能维持低水平的炉膛出口NO_x浓度。

附图说明

图1为现有技术中采用低NO_x燃烧技术的锅炉炉膛结构图。

图2以示例的方式示出了确定对冲燃烧进风量的方法的流程图。

图3以示例的方式示出了确定对冲燃烧运行氧量的流程图。

图4以示例的方式示出了确定对冲燃烧进风量的装置的结构图。

图5以示例的方式示出了对冲燃烧进风量自动控制系统的结构图。

图6以示例的方式示出了燃尽风箱的安装位置示意图。

图7以示例的方式示出了对冲燃烧进风量自动控制系统自动控制燃尽风箱的进风量的流程图。

具体实施方式

本具体实施方式提出了一种确定对冲燃烧进风量的方法，结合图2所示，包括：

步骤21，确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数。

其中，燃尽风量分配系数一般可在0～1的范围内取值，其具体数值可通过燃烧调整试验确定，或者也可通过以下公式确定：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_j=1$

式中的x_j表示第j层燃尽风箱的燃尽风量分配系数，n表示燃尽风箱的总层数。

另外，主燃区过量空气系数一般可在0.8～0.95的范围内取值，其具体数值可通过燃烧调整试验确定。

可选的，若确定的对冲燃烧进风量小于燃尽风箱的设计最小通风量，则可将对冲燃烧进风量确定为该燃尽风箱的设计最小通风量。

可选的，结合图3所示，确定对冲燃烧运行氧量的过程可以包括：

步骤211，获得预定工况点的脱硝入口烟气中的CO浓度以及NO_x浓度。

其中，在锅炉稳定负荷的状态下，可选取运行氧量在1.5～7.0范围内设置4～10个工况点。在每个工况点下稳定运行时，获得在脱硝系统的入口烟道测试脱硝入口烟气中的NO_x浓度以及CO浓度。该NO_x浓度以及CO浓度可通过MRU4000或TESTO系列烟气分析仪检测获得。

步骤212，确定当脱硝入口烟气中的CO浓度小于预定值时的NO_x浓度的曲线斜率。

其中，曲线斜率可通过以下公式确定：

$k_j=\left\{\begin{array}{cc}\frac{C_{j+1}-C_j}{O_{2,j+1}-O_{2,j}}& j=1\\ \frac{1}{2}(\frac{C_j-C_{j-1}}{O_{2,j}-O_{2,j-1}}+\frac{C_{j+1}-C_j}{O_{2,j+1}-O_{2,j}})& j=2,...,n-1\\ \frac{C_j-C_{j-1}}{O_{2,j}-O_{2,j-1}}& j=n\end{array}\right.$

式中的j表示按照运行氧量从小到大排列的工况点序号；n表示工况点的总数；k_j表示第j个工况点对应烟气中的NO_x浓度随运行氧量变化的曲线斜率；O_2,j表示第j个工况点对应烟气中氧量；C_j表示第j个工况点对应烟气中的NO_x浓度折算到6％含氧量下的数值。

步骤213，根据曲线斜率达到最小值时对应的运行氧量值确定对冲燃烧运行氧量。

其中，通过确定3个稳定负荷下的对冲燃烧运行氧量，即可获得该对冲燃烧运行氧量与锅炉负荷之间的对应关系，从而确定对冲燃烧运行氧量。

步骤22，根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量。

其中，入炉煤质的分析数据可以包括：入炉煤质的收到基碳元素质量分数、收到基硫元素质量分数、收到基氢元素质量分数和收到基氧元素质量分数。

可选的，该对冲燃烧进风量可通过以下公式确定：

$V_{i,j}=x_j\·(\frac{21}{21-O_2}-{\mathrm{\α}}_c)\·\[0.089(C+0.375S)+0.265H-0.0333O\]\·M_i$

式中的V_i,j表示第i号炉墙的第j层燃尽风箱的对冲燃烧进风量，x_j表示第j层燃尽风箱的燃尽风量分配系数，O₂表示对冲燃烧运行氧量，α_c表示过量空气系数，C表示入炉煤质的收到基碳元素质量分数，S表示入炉煤质的收到基硫元素质量分数，H表示入炉煤质的收到基氢元素质量分数，O表示入炉煤质的收到基氧元素质量分数，M_i表示燃尽风箱所在第i个炉墙给入的总燃料量。

采用本具体实施方式提供技术方案，通过燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量，在保证高效燃烧的同时又能维持低水平的炉膛出口NO_x浓度。

本具体实施方式还提出了一种确定对冲燃烧进风量的装置，结合图4所示，包括：

运行氧量及系数确定单元41，用于确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；

进风量确定单元42，用于根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。

其中，运行氧量及系数确定单元41可通过燃尽风箱的总层数确定每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数，以及根据当脱硝入口烟气中的CO浓度小于预定值时的NO_x浓度的曲线斜率确定对冲燃烧运行氧量。进风量确定单元42可根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数计算获得对冲燃烧进风量。若确定的对冲燃烧进风量小于燃尽风箱的设计最小通风量，则可将对冲燃烧进风量确定为该燃尽风箱的设计最小通风量。

采用本具体实施方式提供技术方案，通过燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量，在保证高效燃烧的同时又能维持低水平的炉膛出口NO_x浓度。

本具体实施方式还提出了一种对冲燃烧进风量自动控制系统，结合图5所示，包括：进风量检测装置51、进风量控制装置52以及如上述具体实施方式所述的确定对冲燃烧进风量的装置53；进风量检测装置51设置在燃尽风箱的入口处，进风量控制装置52用于根据进风量检测装置51检测获得的实际进风量和确定对冲燃烧进风量的装置53中的进风量确定单元42确定的对冲燃烧进风量对燃尽风箱的入口处的风量进行控制。

可选的，在进风量控制装置52中包括：

进风量输入模块，用于检测燃尽风箱的入口处的实际进风量；

比较模块，用于确定实际进风量与进风量确定单元确定的对冲燃烧进风量的比较结果；

风量控制模块，用于根据比较结果调整所述实际进风量。

可选的，在风量控制模块中包括：

风量调整子模块，用于当比较结果大于预设的风量偏差值时减小实际进风量，当比较结果小于预设的风量偏差值的负值时增大实际进风量。

根据上述具体实施方式提出的确定对冲燃烧进风量的方法，本具体实施方式提出了一种对冲燃烧进风量自动控制系统，该系统设置在如图6所示的对冲燃烧锅炉中。该对冲燃烧锅炉包括第1号炉墙和第2号炉墙，在第1号炉墙上设置有C层磨煤机、D层磨煤机、E层磨煤机、第1层燃尽风箱x_1,1和第2层燃尽风箱x_1,2，在第2号炉墙上设置有A层磨煤机、B层磨煤机、F层磨煤机、第1层燃尽风箱x_2,1和第2层燃尽风箱x_2,2。

其中，燃尽风可在还原区上方的燃尽区送入，以保证炉膛出口存在一定的过量空气，使炉膛内剩余的可燃物完全燃尽。燃尽风的给入可遵循及时、高效的原则，即在还原区内完成主要还原后，在炉膛高温区及时将燃尽风送入，燃尽风送入的位置、风速和方式可有利于还原区送来的可燃气体和燃尽风的充分混合，以提高燃烧效率。

在通过确定对冲燃烧进风量的装置53确定对冲燃烧进风量的过程中，燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量M_i可为第1号炉墙的磨煤机给煤量与的第2号炉墙的磨煤机给煤量总和，即M₁为C、D和E层磨煤机给煤量的总和，M₂为A、B和F层磨煤机给煤量的总和。燃尽风箱入口处的实际进风量V可由设置在风箱入口的燃尽风挡板控制，并通过设置在入口处的进风量检测装置51检测获得实际进风量V。

图7所示的是本具体实施方式提出的对冲燃烧进风量自动控制系统的对冲燃烧进风自动控制流程，首先根据通过燃烧调整试验确定对冲燃烧运行氧量O₂、主燃区过量空气系数α_c以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数M_i，并输入入炉煤质的分析数据，该分析数据可以包括收到基碳元素质量分数C、收到基硫元素质量分数S、收到基氢元素质量分数H和收到基氧元素质量分数O。最后输入第i号炉墙给入的总燃料量即可计算获得对冲燃烧进风量V_i,j。

若此时计算获得的对冲燃烧进风量V_i,j大于燃尽风箱的设计最小通风量V₀，则不改变对冲燃烧进风量V_i,j的取值；若此时计算获得的对冲燃烧进风量V_i,j小于燃尽风箱的设计最小通风量V₀，则将对冲燃烧进风量V_i,j确定为燃尽风箱的设计最小通风量V₀。

最后由进风量输入模块获取燃尽风箱入口处的实际进风量V，再由比较模块确定实际进风量V与对冲燃烧进风量V_i,j的比较结果。若比较结果大于预设的风量偏差Δ(即V-V_i,j>Δ)，则由风量控制模块控制燃尽风挡板关小以减小实际进风量V；若比较结果小于预设的风量偏差的负值-Δ(即V-V_i,j<-Δ)，则由风量控制模块控制燃尽风挡板开大以增加实际进风量V；若比较结果在预设的风量偏差Δ和预设的风量偏差的负值-Δ之间(即Δ>V-V_i,j>-Δ)，则无需对燃尽风挡板进行调整。

其中，预设的风量偏差Δ可根据实际进风量V测点示数的实际波动幅度确定，燃尽风箱的设计最小通风量V₀可由锅炉或燃烧器设计资料提供。

采用本具体实施方式提供技术方案，通过燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据、对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数和燃尽风量分配系数确定对冲燃烧进风量，实现了在锅炉运行过程中自动控制低NO_x对冲燃烧过程中的进风量，在保证高效燃烧的同时又能维持低水平的炉膛出口NO_x浓度。

本具体实施方式是对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，其中的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有经过创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施方式都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种确定对冲燃烧进风量的方法，其特征在于，包括：

确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；

根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述入炉煤质的分析数据包括：入炉煤质的收到基碳元素质量分数、收到基硫元素质量分数、收到基氢元素质量分数和收到基氧元素质量分数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述对冲燃烧进风量包括：

若确定的对冲燃烧进风量小于所述燃尽风箱的设计最小通风量，则将所述对冲燃烧进风量确定为所述燃尽风箱的设计最小通风量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃尽风量分配系数通过以下公式确定：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_j=1$

其中，x_j表示第j层燃尽风箱的燃尽风量分配系数，n表示所述燃尽风箱的总层数。

5.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述对冲燃烧进风量通过以下公式确定：

$V_{i,j}=x_j\&CenterDot;(\frac{21}{21-O_2}-{\mathrm{\&alpha;}}_c)\&CenterDot;\&lsqb;0.089(C+0.375S)+0.265H-0.0333O\&rsqb;\&CenterDot;M_i$

其中，V_i,j表示第i个炉墙的第j层燃尽风箱的对冲燃烧进风量，x_j表示第j层燃尽风箱的燃尽风量分配系数，O₂表示对冲燃烧运行氧量，α_c表示过量空气系数，C表示入炉煤质的收到基碳元素质量分数，S表示入炉煤质的收到基硫元素质量分数，H表示入炉煤质的收到基氢元素质量分数，O表示入炉煤质的收到基氧元素质量分数，M_i表示燃尽风箱所在第i个炉墙给入的总燃料量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定对冲燃烧运行氧量包括：

获得预定工况点的脱硝入口烟气中的CO浓度以及NO_x浓度；

确定当所述脱硝入口烟气中的CO浓度小于预定值时的NO_x浓度的曲线斜率；

根据所述曲线斜率达到最小值时对应的运行氧量值确定所述对冲燃烧运行氧量。

7.一种确定对冲燃烧进风量的装置，其特征在于，包括：

运行氧量及系数确定单元，用于确定对冲燃烧运行氧量、主燃区过量空气系数以及每层燃尽风箱的燃尽风量分配系数；

进风量确定单元，用于根据燃尽风箱所在炉墙给入的总燃料量、入炉煤质的分析数据以及所述对冲燃烧运行氧量、所述主燃区过量空气系数和所述燃尽风量分配系数确定所述对冲燃烧进风量。

8.一种对冲燃烧进风量自动控制系统，其特征在于，包括：进风量检测装置、进风量控制装置以及如权利要求7所述的确定对冲燃烧进风量的装置；所述进风量检测装置设置在所述燃尽风箱的入口处，所述进风量控制装置用于根据所述进风量检测装置检测获得的实际进风量和所述确定对冲燃烧进风量的装置中的进风量确定单元确定的对冲燃烧进风量对所述燃尽风箱的入口处的风量进行控制。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述进风量控制装置中包括：

进风量输入模块，用于检测所述燃尽风箱的入口处的实际进风量；

比较模块，用于确定所述实际进风量与所述进风量确定单元确定的对冲燃烧进风量的比较结果；

风量控制模块，用于根据所述比较结果调整所述实际进风量。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述风量控制模块中包括：

风量调整子模块，用于当所述比较结果大于预设的风量偏差值时减小所述实际进风量，当所述比较结果小于预设的风量偏差值的负值时增大所述实际进风量。