CN106801890A - 减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，属于火力发电技术领域。它解决了现有低氮燃烧器改造后的锅炉在升降负荷过程中主再热汽温的波动幅度大的问题。本减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，包括如下步骤：A、记录运行数据；B、动态试验摸底；C、获得理论值；D、理论值修正；E、参数值设置。本减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法能够减少低氮燃烧器改造后的锅炉在升降负荷过程中主再热汽温的波动幅度，保证火力发电机组的安全稳定运行。

Description

减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，涉及一种低氮燃烧器改造后减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法。

背景技术

为了响应国家的环保要求，达到超净排放的标准，我国的火力发电机组已大规模进行了相应的超净排放改造，目前超净改造的技术路线主要有：低氮燃烧器+SCR+低低温电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器；低氮燃烧器+SCR+高效除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器；低氮燃烧器+SCR+低低温电除尘器+优化后的湿法烟气脱硫工艺(含高效除雾器)。据统计在300MW以上的火力发电机组约有90％的机组采用了低氮燃烧器，由于低氮燃烧器改造后，燃烧区相对缺氧导致下部燃烧着火推迟，下部受热面的辐射换热和对流换热比锅炉最初设计值换热量减少，相反，上部及尾部受热面的换热量大幅提高，原有设计的过热度已经不能符合低氮改造后的锅炉各层的换热要求，导致低氮燃烧器改造后锅炉的主再热汽温在升降负荷的过程中波动幅度较大。同时，当前我国的火力发电机组装机容量过剩，清洁能源和新能源异军突起，使得更多的火力发电机组作为调峰机组，升降负荷的频率相对较大，上述两个原因相互耦合，加剧了低氮燃烧器改造后锅炉的主再热汽温在升降负荷的过程中波动幅度，主再热汽温的波动幅度较大，会引起汽轮机的振动，严重影响了机组的安全运行。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，该方法能够减少低氮燃烧器改造后的锅炉在升降负荷过程中主再热汽温的波动幅度，保证火力发电机组的安全稳定运行。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、记录运行数据：记录低氮燃烧器改造后的锅炉在不同且稳定负荷下工作时的运行数据，所述运行数据包括主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温、过热度、燃烧器摆角、总给煤量、给水量、二次风总风量和再热器烟气调节挡板开度；

B、动态试验摸底：使锅炉在连续升负荷过程中和连续降负荷过程中运行，并记录上述运行数据以及主再热汽温的波动差值；

C、获得理论值：根据步骤A中的运行数据和步骤B中的运行数据及主再热汽温的波动差值进行数据计算，从而获得理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，其中数据计算包括热量计算、截面积负荷和热容积负荷计算；

D、理论值修正：对锅炉设置理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，然后在升负荷和降负荷过程中运行，根据主再热汽温的波动变化对理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量进行修正，获得主再热汽温波动差值小时的过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值；

E、参数值设置：在升负荷过程中，根据过热度修正值对过热度原设定值进行正偏差增大，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向上放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行负偏置，在降负荷过程中，根据过热度修正值对过热度原设定值进行负偏差减小，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向下放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行正偏置。

在步骤C中热量计算获得理论过热度的公式为：T_S＝K_Sf(Q_a,Q_V,V,T)，式中，T_S为过热度(℃)，K_S为多因子修正经验值，Q_a为截面热负荷(kw/m2)，Q_V为容积热负荷(kw/m3)，V为升降负荷速率(MW/min)，T为当前压力下对应的温度(℃)；截面积负荷的计算公式为：式中，B为每小时燃料的消耗量(Kg/h)，Q_ar,net为燃料的收到基低位发热量(KJ/Kg)，A为燃烧器区域炉膛截面积(m²)；热容积负荷的计算公式为：式中，V1为炉膛容积(m³)；理论燃烧器摆角与主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温的温度有关，当燃烧器摆角向上摆动(开度θ₁)时，主蒸汽汽温或再热蒸汽汽温的温度升高(温度T₁)，燃烧器摆角向下摆动(开度θ₂)时，主蒸汽汽温或再热蒸汽汽温的温度降低(温度T₂)。理论燃烧器摆角是根据初始设定的燃烧器摆角值所对应主蒸汽汽温或者再热蒸汽汽温的温度区间进行差值计算得出：式中λ为计算比例系数；理论二次风总偏置量是在不影响锅炉正常燃烧的情况下所设定的经验值，初值为二次风总风量的％1，然后根据反馈值进行同增量1％的增加，得到最佳的理论二次风总偏置量，本方法通过步骤A和步骤B中记录的数据，在应用这些现有的数据计算方式以得出理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，这三个变量的改变均可能影响主再热汽温的波动幅度，然后将该理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量设置至锅炉的在线控制系统，并使该锅炉在升负荷和降负荷过程中运行，在运行过程中观察主再热汽温的波动幅度，当主再热汽温的波动幅度较大时则修改理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量中的一个或者多个，直到主再热汽温的波动幅度在合理范围内，此时获得过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值，当火力发电机组启动时锅炉按照过热度原设定值、燃烧器摆角原设定值和二次风总风量原设定值进行运行，其中过热度原设定值、燃烧器摆角原设定值和二次风总风量原设定值为锅炉制造时的初始设定值，然后在升降负荷过程中通过过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值分别对过热度原设定值、燃烧器摆角原设定值和二次风总风量原设定值为锅炉制造时的初始设定值进行修正，使得修正后的锅炉在升降负荷过程中主再热汽温的波动幅度在合适范围内，保证火力发电机组的安全稳定运行。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤D过程中，根据层次分析法计算多变量组合权重因子，从而获得对主再热汽温影响较大的权重因子，其中多变量组合权重因子包括过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量。由于过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量这三个权重因子均可能对主再热汽温的波动幅度产生影响，因此在步骤D中需要先确定在当前负荷下哪个权重因子对主再热汽温的波动幅度影响最大，具体的，通过层次分析法进行计算，该层次分析法是一种能够获得权重最大因子的方法，即将各个影响要素相对于其他的各要素进行逐次两两比较判断，得出相对重要程度的比较权，数字越大，证明行要素比列要素越重要，最大为9，表示极端重要；最小为1，表示同等重要，倒数表明相对不重要程度，1/9最不重要，建立判断矩阵，进行特征向量和特征值的计算，然后将本层次各要素的相对权重向量进行加权求和，最后进行层次排序，得出各应影响要素的权重因子，这是一种现有方法的应用，从而找出过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量中对主再热汽温波动幅度影响最大的变量，然后对该变量的理论值进行修正，直到主再热汽温的波动幅度在合适范围内时获得该变量的修正值。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤D过程中，将对主再热汽温影响较大的权重因子所关乎的变量在DCS的控制逻辑参数中进行修改。当确定对主再热汽温影响较大的权重因子后，在DCS的控制逻辑参数中对该权重因子所关乎的变量进行修改，其中DCS是一种现有的计算机控制系统，为本锅炉制造时自带的控制系统。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤B过程中，锅炉在升负荷动态试验中的负荷以5MW/min从500MW上升至600MW、以15MW/min从600MW上升至900MW、以5MW/min从900MW上升至940MW，锅炉在降负荷动态试验中的负荷以5MW/min从940MW下降至900MW、以15MW/min从900MW下降至600MW、以5MW/min从600MW下降至500MW。这是锅炉在升负荷动态试验及降负荷动态试验中的试验条件，在该试验条件下获得试验结果，在该试验过程中记录数据计算所需的运行数据。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤E的升负荷和降负荷运行过程中，锅炉的再热器烟气挡板投入自动控制，由再热蒸汽汽温进行动态反馈调节。根据负荷的升降变化，再热蒸汽汽温相适应的改变，并反馈调节再热器烟气挡板的开度。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤E的升负荷和降负荷运行过程中，燃烧器摆角在放大后投入自动控制，由当前负荷和目标负荷的差值进行动态反馈调节。在负荷变化过程中由当前负荷与目标负荷的差值动态输入反馈余量，该反馈余量自动控制放大后的燃烧器摆角。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，在步骤A过程中，记录至少三个月的锅炉运行数据。以获得准确、稳定的运行数据，确保通过数据计算获得的理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量的准确性。

在上述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法中，锅炉为1000MW火力发电机组双切圆锅炉。

与现有技术相比，本减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法具有以下优点：

1、由于本方法能够获得升降负荷过程中的过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值，通过该三个修正值能够原始值进行修正，使得修正后的锅炉在升降负荷过程中主再热汽温的波动幅度在合适范围内，保证火力发电机组的安全稳定运行。

2、由于在对理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量进行修正之前，预先通过层次分析法确定对主再热汽温影响较大的权重因子，避免盲目修正，使得理论值的修正更加有目的性和效率。

3、本方法不需要对现有的控制系统进行大幅度的修改或更换，只需要对权重因子占比较大的关联系数修改即可，可操作性强，适用性、实用性、经济性较好。

附图说明

图1是本减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其中锅炉为1000MW火力发电机组双切圆锅炉，包括如下步骤：

A、记录运行数据：记录锅炉在不同且稳定负荷下工作时的运行数据，包括主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温、过热度、燃烧器摆角、总给煤量、给水量、二次风总风量和再热器烟气调节挡板开度；在本实施例中分别记录锅炉在950MW、750MW和500MW三个不同负荷下运行三个月的运行数据，具体运行数据如下：

在上面的运行数据中，燃烧器摆角的最大开度为±20°，其中当燃烧器摆角为50％时燃烧器为水平位置，因此当燃烧器摆角为80％时燃烧器摆角的开度为+12°，当燃烧器摆角为75％时燃烧器摆角的开度为+10°，当燃烧器摆角为47％时燃烧器摆角的开度为-1.2°。而1000MW火力发电机组的过热度计算是以汽水分离器进口温度作为基础值。

B、动态试验摸底：使锅炉在连续升负荷过程中和连续降负荷过程中运行，并记录主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温、过热度、燃烧器摆角、总给煤量、给水量、二次风总风量和再热器烟气调节挡板开度的运行数据以及主再热汽温的波动差值；其中连续升负荷动态试验过程中，负荷以5MW/min从500MW上升至600MW、再以15MW/min从600MW上升至900MW、再以5MW/min从900MW上升至940MW，在该试验过程中主再热汽温超过610℃，事故喷水，当负荷上升到位后主蒸汽汽温下降10℃，主再热汽温下降15℃；连续降负荷动态试验过程中，负荷以5MW/min从940MW下降至900MW、再以15MW/min从900MW下降至600MW，再以5MW/min从600MW下降至500MW，在该试验过程中主蒸汽汽温超过605℃，主再热汽温超过609℃，且主再热汽温波动幅度较大，波动幅度最大差值在12℃～14℃，相关参数在升降负荷过程中的动态数据瞬时值如下：

C、获得理论值：根据步骤A中的运行数据和步骤B中的运行数据及主再热汽温的波动差值，通过热量计算、截面积负荷和热容积负荷计算，获得理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量。

D、理论值修正：对锅炉设定理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，然后在升负荷和降负荷过程中运行，由于过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量均可能对主再热汽温的波动幅度产生影响，因此先通过层次分析法计算多变量组合权重因子，从而获得在当前负荷下，过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量中对主再热汽温影响较大的权重因子，再将对主再热汽温影响较大的权重因子所关乎的变量在DCS的控制逻辑参数中进行修改，即对该权重因子所关乎的变量理论值进行修正，直到主再热汽温的波动幅度在合适范围内，此时获得过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值，具体的修正值如下所示：

当锅炉升负荷时，对二次风总风量进行3％～5％的负偏置，当锅炉降负荷时，对二次风总风量进行3％～4％的正偏置。

E、参数值设置：锅炉启动时过热度、燃烧器摆角及二次风总风量均以原设定值进行运行，当锅炉升负荷时，根据过热度修正值对过热度原设定值进行正偏差增大，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向上放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行负偏置；当锅炉降负荷时，根据过热度修正值对过热度原设定值进行负偏差减小，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向下放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行正偏置，同时在锅炉的升降负荷过程中将锅炉的再热器烟气挡板投入自动控制，由再热蒸汽汽温进行动态反馈调节，燃烧器摆角在放大后投入自动控制，由当前负荷和目标负荷的差值进行动态反馈调节，此时锅炉能够在升降负荷过程中保证主再热汽温的波动幅度在合适范围内，保证火力发电机组的安全稳定运行。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温、过热度、燃烧器摆角等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、记录运行数据：记录低氮燃烧器改造后的锅炉在不同且稳定负荷下工作时的运行数据，所述运行数据包括主蒸汽汽温、再热蒸汽汽温、过热度、燃烧器摆角、总给煤量、给水量、二次风总风量和再热器烟气调节挡板开度；

B、动态试验摸底：使锅炉在连续升负荷过程中和连续降负荷过程中运行，并记录上述运行数据以及主再热汽温的波动差值；

C、获得理论值：根据步骤A中的运行数据和步骤B中的运行数据及主再热汽温的波动差值进行数据计算，从而获得理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，其中数据计算包括热量计算、截面积负荷和热容积负荷计算；

D、理论值修正：对锅炉设置理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量，然后在升负荷和降负荷过程中运行，根据主再热汽温的波动变化对理论过热度、理论燃烧器摆角和理论二次风总风量偏置量进行修正，获得主再热汽温波动差值小时的过热度修正值、燃烧器摆角修正值和二次风总风量偏置量修正值；

E、参数值设置：在升负荷过程中，根据过热度修正值对过热度原设定值进行正偏差增大，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向上放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行负偏置，在降负荷过程中，根据过热度修正值对过热度原设定值进行负偏差减小，根据燃烧器摆角修正值对燃烧器摆角原设定值进行向下放大，根据二次风总风量偏置量修正值对二次风总风量原设定值进行正偏置。

2.根据权利要求1所述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，在步骤D过程中，根据层次分析法计算多变量组合权重因子，从而获得对主再热汽温影响较大的权重因子，其中多变量组合权重因子包括过热度、燃烧器摆角和二次风总风量偏置量。

3.根据权利要求2所述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，在步骤D过程中，将对主再热汽温影响较大的权重因子所关乎的变量在DCS的控制逻辑参数中进行修改。

4.根据权利要求1或2或3所述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，在步骤B过程中，锅炉在升负荷动态试验中的负荷以5MW/min从500MW上升至600MW、以15MW/min从600MW上升至900MW、以5MW/min从900MW上升至940MW，锅炉在降负荷动态试验中的负荷以5MW/min从940MW下降至900MW、以15MW/min从900MW下降至600MW、以5MW/min从600MW下降至500MW。

5.根据权利要求1或2或3所述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，在步骤E的升负荷和降负荷运行过程中，锅炉的再热器烟气挡板投入自动控制，由再热蒸汽汽温进行动态反馈调节。

6.根据权利要求5所述的减小锅炉在升降负荷过程中主再热汽温波动的方法，其特征在于，在步骤E的升负荷和降负荷运行过程中，燃烧器摆角在放大后投入自动控制，由当前负荷和目标负荷的差值进行动态反馈调节。