CN106352370B - 煤粉锅炉的配风控制方法和装置 - Google Patents

煤粉锅炉的配风控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤粉锅炉的配风控制方法和装置，该方法包括：确定每个燃烧器的总风量；根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。达到二次风精确配风的目的，使煤粉锅炉的燃烧效果更佳，提升煤粉燃烧的经济性和环保性。

Description

煤粉锅炉的配风控制方法和装置
技术领域
本发明属于锅炉节能环保技术领域，具体地说，涉及一种煤粉锅炉的配风控制方法和装置。
背景技术
煤粉锅炉是以煤粉为燃料的锅炉设备，该锅炉设备通常都配有十几只到二十几只煤粉燃烧器，并配有一次风和二次风配风装置。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；二次风的作用是补充燃烧所需空气量，保证煤粉燃烧完全。煤粉由一次风输送经燃烧器进入炉膛，二次风通过相邻于燃烧器喷口的二次风口引入炉膛，一、二次风一般间隔布置，煤粉在悬浮状态下燃烧，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或数组燃烧器提供二次风(一般为两组)，总风量按照炉膛出口烟气中的氧量比例为控制依据，没有考虑一次风中煤粉及空气含量的变化。众所周知，磨煤机的煤粉分配存在差异，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进一步发生改变，这样就需要根据煤粉量和空气量调整每一个相应燃烧器的二次风配风量，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针对每个燃烧器进行精确调整，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
有鉴于此，本申请提供了一种煤粉锅炉的配风控制方法和装置，用以解决现有技术中二次风配风系统无法针对每个燃烧器进行精确调整的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种煤粉锅炉的配风控制方法，包括：确定每个燃烧器的总风量；根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
为了解决上述技术问题，本申请还公开了一种煤粉锅炉的配风控制装置，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为：确定每个燃烧器的总风量；根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：根据燃烧器实时的煤粉量来调整每个燃烧器对应的二次风喷口的风门开度，达到二次风精确配风的目的，使煤粉锅炉的燃烧效果更佳，提升煤粉燃烧的经济性和环保性。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例的一种煤粉锅炉的配风控制方法的流程图；
图2是本申请实施例的一种煤粉锅炉的配风控制方法的流程图；
图3是本申请实施例的一种煤粉锅炉的配风控制方法的流程图；
图4是本申请实施例的一种煤粉锅炉的配风控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明实施例，根据燃烧器实时的煤粉量计算出完全燃烧所需要的总风量，计算出一次风风量后，根据总风量与一次风风量的差确定二次风风量，在根据二次风配口配风比例和喷口面积确定二次风喷口的热态风速，进一步确定与热态风速对应的风门开度并进行调整，从而实现对每个燃烧器的二次风风量的实时精确控制。
图1是本申请实施例提供的一种煤粉锅炉的配风控制方法，适用于煤粉锅炉的集散控制系统(Distributed Control System，DCS)，该煤粉锅炉的制粉系统类型可以是直吹式制粉系统(包含中速磨正(负)压直吹式制粉系统、风扇磨直吹式制粉系统、双进双出钢球磨直吹式制粉系统等)或者中储仓乏气送粉系统，燃烧器为直流燃烧器，该方法包括以下步骤。
在步骤S101中，根据磨煤机煤量确定每个燃烧器的总风量。
燃烧器的总风量＝(磨煤机煤量×理论空气量×过量空气系数)/燃烧器组数。
磨煤机煤量可通过DCS数据获得。
理论空气量Vk 0完全由煤质决定：
Vk 0＝0.0889×(Car+0.375×Sar)+0.265×Har-0.0333×Qar；
其中，Car代表煤的收到基含碳量，Sar代表煤的收到基含硫量，Har代表煤的收到基含氢量，Qar代表煤的收到基含氧量。
在没有煤的元素分析数据时，可以按照煤的低位发热量来计算理论空气量，此时Vk 0＝2.63×Qar,net,p/10000；Qar,net,p代表煤的收到基低位发热量。
过量空气系数a可根据炉膛出口平均氧量来计算：
a＝21/(21-O2)；O2代表炉膛出口平均氧量。
在步骤S102中，根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量。
燃烧器的一次风量＝煤粉管道面积×一次风风速×温度修正×压力修正。
其中，煤粉管道面积可根据煤粉管道的设计规格来确定，煤粉管道的设计规格为固定数值；一次风风速可以取煤粉锅炉的DCS数值，如果DCS没有对一次风风速和一次风风温进行监测，则可以根据冷态实验结果进行折算。
温度修正是将各燃烧器一次风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器一次风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
在步骤S103中，根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量。
周界风量＝周界风速×周界风喷口面积×温度修正×压力修正。
周界风速，先通过DCS获取周界风风门开度，再依据热态实验得出的锅炉热态周界风风门开度与周界风速的关系曲线或数据对应关系，最终得出周界风速。
周界风喷口面积是固定的设计数值。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器周界风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器周界风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
在步骤S104中，根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量。
二次风风量＝燃烧器的总风量-一次风风量-周界风量。
在步骤S105中，根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速。
二次风喷口的热态风速＝燃烧器的二次风风量×比例系数÷喷口面积。
各燃烧器所需的二次风由其相邻的两层二次风喷口提供，喷口面积为固定的设计值，比例系数可通过热态实验来确定。
在步骤S106中，根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
热态风速与风门开度的对应关系，可通过热态实验得到的风门开度与喷口风速的关系曲线或数据对应关系得出。
确定热态风速对应的风门开度之后，测量燃烧区域炉膛壁面的烟气成分，主要是O2、CO和NO，根据炉膛壁面烟气成分试验结论，当测得的O2、CO、NO达到烟气成分试验的合理值时，认为该二次风门开度为合理值；如果测得的O2、CO、NO不在烟气成分试验的合理值范围内，对二次风门开度进行适量调整，直到烟气成分达到合理值，认为该调整后的二次风门开度为合理值。
待煤粉锅炉的工况稳定后重复上述过程，最终得到该工况的最佳燃烧器配风方式。
本实施例中，实现了根据磨煤机煤量对每个燃烧器的二次风风量的实时精确控制，达到二次风精确配风的目的，使煤粉锅炉的燃烧效果更佳，提升煤粉燃烧的经济性和环保性。
在一个实施例中，如图2所示，如果上述煤粉锅炉还配置有燃尽风燃烧器组件，则在上述步骤S103之后，该方法进一步包括以下步骤。
在步骤S107中，确定各个燃烧器的燃尽风风量。
以分离燃尽风(Separated Overfire Air，SOFA)为例，
SOFA风量＝SOFA风速×SOFA喷口面积×温度修正×压力修正。
对于SOFA风速，可以先获取DCS的SOFA各风门开度，再依据锅炉热态SOFA风门开度与SOFA风速的对应关系，得出SOFA风速。
SOFA喷口面积为固定的设计值。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器SOFA风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器SOFA风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
相应的，步骤S104进一步包括步骤S104’，在步骤S104’中，根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
此时，二次风风量＝燃烧器的总风量-一次风风量-周界风量-燃尽风风量。
对于配置有燃尽风燃烧器组件的煤粉锅炉来说，也同样可以对每个燃烧器的二次风风量进行实时精确控制。
图3是本申请实施例提供的一种煤粉锅炉的配风控制方法，适用于煤粉锅炉的集散控制系统(Distributed Control System，DCS)，该煤粉锅炉的制粉系统类型可以是中储仓热风送风系统，这种煤粉锅炉通常具有三次风，燃烧器为直流燃烧器，该方法包括以下步骤。
在步骤S201中，根据各支燃烧器的带粉量确定完全燃烧所需的总风量。
带粉量，即为燃烧器所带的煤粉量，可根据给粉机转速出力曲线计算得到。
燃烧器所带煤粉完全燃烧所需的总风量＝带粉量×理论空气量×过量空气系数。
在步骤S202中，根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量。
燃烧器的一次风量＝煤粉管道面积×一次风风速×温度修正×压力修正。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器一次风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器一次风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
在步骤S203中，根据三次风管道面积、三次风速确定三次风风量。
三次风量＝三次风管道面积×三次风速×温度修正×压力修正。
三次风管道面积，可根据送粉管道规格确定，为固定的设计值。
三次风速可通过在三次风管道设置的监测点进行监测获得。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器三次风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器三次风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
在步骤S204中，根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量。
周界风量＝周界风速×周界风喷口面积×温度修正×压力修正。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器周界风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器周界风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
在步骤S205中，根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量。
二次风风量＝总风量-一次风风量-三次风风量-周界风量。
在步骤S206中，根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速。
二次风喷口的热态风速＝燃烧器的二次风风量×比例系数÷喷口面积。
在步骤S207中，根据二次风喷口的热态风速与二次风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
热态风速与风门开度的对应关系，可通过热态试验得到的风门开度与喷口风速的关系曲线或数据对应关系得出。
确定热态风速对应的风门开度之后，测量燃烧区域炉膛壁面的烟气成分，主要是O2、CO和NO，根据炉膛壁面烟气成分试验结论，当测得的O2、CO、NO达到烟气成分试验的合理值时，认为该二次风门开度为合理值；如果测得的O2、CO、NO不在烟气成分试验的合理值范围内，对二次风门开度进行适量调整，直到烟气成分达到合理值，认为该调整后的二次风门开度为合理值。
待煤粉锅炉的工况稳定后重复上述过程，最终得到该工况的最佳燃烧器配风方式。
本实施例中，对于具有三次风的煤粉锅炉，也能够实现每个燃烧器的二次风风量的实时精确控制，达到二次风精确配风的目的，使煤粉锅炉的燃烧效果更佳，提升煤粉燃烧的经济性和环保性。
在一个实施例中，如图4所示，如果上述煤粉锅炉还配置有燃尽风燃烧器组件，则在上述步骤S205之前，该方法进一步包括以下步骤。
在步骤S208中，确定各个燃烧器的燃尽风风量。
以分离燃尽风(Separated Overfire Air，SOFA)为例，
SOFA风量＝SOFA风速×SOFA喷口面积×温度修正×压力修正。
对于SOFA风速，可以先获取DCS的SOFA各风门开度，再依据锅炉热态SOFA风门开度与SOFA风速的对应关系，得出SOFA风速。
SOFA喷口面积为固定的设计值。
本步骤中的温度修正是将各燃烧器SOFA风量修正到同温条件下，压力修正是将各燃烧器SOFA风量修正到同压条件下，一般是修正到标态。
相应的，步骤S205进一步包括步骤S205’，在步骤S205’中，根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、三次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
此时，二次风风量＝燃烧器的总风量-一次风风量-三次风风量-周界风量-燃尽风风量。
对于配置有燃尽风燃烧器组件的上述煤粉锅炉来说，也同样可以对每个燃烧器的二次风风量进行实时精确控制。
本发明实例还提供了一种煤粉锅炉的配风控制装置，位于DCS侧，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，处理器被配置为：确定每个燃烧器的总风量；根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，处理器进一步被配置为：确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，处理器进一步被配置为：根据三次风管道面积、三次风速确定三次风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量。
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，处理器进一步被配置为：确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量进一步包括：根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、三次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤粉锅炉的配风控制方法，包括：确定每个燃烧器的总风量；
其特征在于，根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；
根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；
根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；
根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；
根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述方法还包括：
确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述方法还包括：
根据三次风管道面积、三次风速确定三次风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述方法还包括：
确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、三次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
5.一种煤粉锅炉的配风控制装置，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：
确定每个燃烧器的总风量；
根据煤粉管道面积和一次风风速确定每个燃烧器的一次风风量；
根据从DCS获取的周界风门开度，来确定各燃烧器周界风量；
根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量；
根据二次风风量、比例系数和二次风喷口面积确定二次风喷口的热态风速；
根据二次风喷口的热态风速与风门开度的对应关系，确定热态风速对应的风门开度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述处理器进一步被配置为：
确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述处理器进一步被配置为：
根据三次风管道面积、三次风速确定三次风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量和一次风风量计算出二次风风量之前，所述处理器进一步被配置为：
确定各个燃烧器的燃尽风风量；
所述根据每个燃烧器的总风量、周界风量、一次风风量和三次风风量计算出二次风风量进一步包括：
根据每个燃烧器的总风量、一次风风量、三次风风量、周界风量和燃尽风风量计算出二次风风量。
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