CN108019773B - 一种基于dcs系统的锅炉送风量优化调节技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，在DCS系统中建立锅炉燃煤热值软测量模型，基于燃煤热值软测量模型建立氧量软测量模型，通过氧量软测量模型控制漏风系数，获取二次风密度、烟气密度的DCS计算值，同时对锅炉残余氧量及烟气含碳量进行监测，其中，残余氧量包括未完全燃烧氧量和过量空气氧量，其可对氧量软测量模型形成反馈；通过漏风系数、二次风密度、烟气密度以及残余氧量获取氧量软测量模型的最终氧量软测量值，将最终氧量软测量值和省煤器出口两个氧量测点的测量值经过DCS时间处理后，最后选择最佳氧量输出值来修正锅炉送风量。本发明有效提高了锅炉燃烧效率，达到节能减排的目的。

Description

一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术
【技术领域】
本发明属于燃煤发电技术领域，具体涉及一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术。
【背景技术】
目前测量烟气含氧量的氧量分析仪维护费用高，使用寿命短，而且烟气中的氧量是沿烟气流动方向变化、分布很不均匀，氧化锆受取样位置及探头伸入长度不足、测温元件漂移、法兰盘变形漏风、锆头磨损及老化等影响导致测量不准确，国内大多数火电厂仅将氧量值作为运行监测参考，投入自动效果不好，难以实现风量优化控制，达不到节能减排目的。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，以解决上述问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，在DCS系统中建立锅炉燃煤热值软测量模型，基于燃煤热值软测量模型建立氧量软测量模型，通过氧量软测量模型控制漏风系数，获取二次风密度、烟气密度的DCS计算值，同时对锅炉残余氧量及烟气含碳量进行监测，其中，残余氧量包括未完全燃烧氧量和过量空气氧量，其可对氧量软测量模型形成反馈；通过漏风系数、二次风密度、烟气密度以及残余氧量获取氧量软测量模型的最终氧量软测量值，将最终氧量软测量值和省煤器出口两个氧量测点的测量值经过DCS时间处理后，选择最佳氧量输出值来修正送风量。
作为优选，在锅炉燃煤热值软测量模型以及氧量软测量模型中，锅炉每完全燃烧1kg煤所需的理论空气量Qr和理论烟气容积Qft为：
Qr＝0.0889(Cny+0.375Sny)+0.265Hny-0.0333Onym3/kg
Qft＝1.866(Cny/100)+0.7(Sny/100)+11.1(Hny/100)+1.24(Wny/100)+0.8(Nny/100)+0.79Qrm3/kg
式中，Cny、Hny、Ony、Nny、Sny、Any、Wny为煤的收到基元素含量。
作为优选，所述锅炉残余氧量O2的计算公式为
O2＝(Qv-Qr×By)×21/[Qv+(Qft-Qr)×Bv]m3
式中，Qv为进入炉膛的总风量；Bv为进入炉膛的总煤量。
作为优选，在控制漏风系数时，其原理公式为：式中，Ar为实际的漏风系数，A为给定的漏风系数，△P为锅炉风烟差压，k为常数。
作为优选，所述烟气含碳量测定是通过在锅炉烟道中安装并入氧量软测量模型的在线监测装置来实现。
作为优选，所述烟气含碳量可用于判断残余氧量中的主要成分，当烟气含碳量大于煤完全燃烧的烟气含碳量时，则残余氧量主要为未完全燃烧氧量，反之，则残余氧量主要为过量空气氧量。
作为优选，所述未完全燃烧氧量和过量空气氧量对氧量软测量模型的反馈为负反馈。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为最终氧量软测量值、省煤器出口两个氧量测点测量值这三者中数值大小居中的测量值。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为省煤器出口两个氧量测点测量均值与最终氧量软测量值的均值。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为最终氧量软测量值。
本发明通过依靠对现场收集到的试验和历史数据进行统计分析，发现数据间潜在的规律和关系，建立基于统计分析的锅炉烟气含氧量软测量模型，应用DCS系统计算技术，以软件来代替硬件功能，通过一些较易测量的辅助变量与主变量构成某种数学关系来计算出氧量值，再与实际检测值相互冗余、相互比对提高精度，不断修正软测量模型，最终用于锅炉风量优化调节，以指导锅炉燃烧调节，提高锅炉燃烧效率，达到节能减排目的。
【附图说明】
图1是本发明的锅炉烟气含氧量软测量值效果图；
图中，纵轴坐标从上到下前2条曲线为省煤器出口两个氧量测点测量值变化曲线，最下面的为氧量软测量值变化曲线。
图2是本发明的软测量氧量投入自动稳定性效果图。
图3是本发明的软测量氧量值未投入使用前锅炉出口的氮氧化合物含量图。
图4是本发明的软测量氧量值投入使用后锅炉出口的氮氧化合物含量图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，在DCS系统中建立锅炉燃煤热值软测量模型，基于燃煤热值软测量模型建立氧量软测量模型，在此过程中，锅炉每完全燃烧1kg煤所需的理论空气量Qr和理论烟气容积Qft为：
Qr＝0.0889(Cny+0.375Sny)+0.265Hny-0.0333Onym3/kg
Qft＝1.866(Cny/100)+0.7(Sny/100)+11.1(Hny/100)+1.24(Wny/100)+0.8(Nny/100)+0.79Qrm3/kg
式中，Cny、Hny、Ony、Nny、Sny、Any、Wny为煤的收到基元素含量。
通过氧量软测量模型控制漏风系数，获取二次风密度、烟气密度的DCS计算值，同时对锅炉残余氧量及烟气含碳量进行监测，所述锅炉残余氧量O2的计算公式为：
O2＝(Qv-Qr×By)×21/[Qv+(Qft-Qr)×Bv]m3
式中，Qv为进入炉膛的总风量；Bv为进入炉膛的总煤量。
其中，残余氧量包括未完全燃烧氧量和过量空气氧量，其可对氧量软测量模型形成负反馈，同时，烟气中的含碳量测定是通过在锅炉烟道中安装并入氧量软测量模型的在线监测装置来实现的，通过烟气含碳量可用于判断残余氧量中的主要成分，当烟气含碳量大于煤完全燃烧的烟气含碳量时，则残余氧量主要为未完全燃烧氧量，反之，则残余氧量主要为过量空气氧量。通过漏风系数、二次风密度、烟气密度以及残余氧量获取氧量软测量模型的最终氧量软测量值，其中，在控制漏风系数时，其原理公式为：
式中，Ar为实际的漏风系数，A为给定的漏风系数，△P为锅炉风烟差压，k为常数；
将最终氧量软测量值和省煤器出口两个氧量测点的测量值经过DCS时间处理后，选择最佳氧量输出值来修正送风量，如图1、图2，投入软测量值比省煤器出口两个氧量测点的测量值提前55秒，灵敏度和幅值更大，且稳定性也更高，最终优化调节锅炉送风量，提高锅炉燃烧效率，节约了能源。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为最终氧量软测量值、省煤器出口两个氧量测点测量值这三者中数值大小居中的测量值。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为省煤器出口两个氧量测点测量均值与最终氧量软测量值的均值。
在其中一个实施例中，所述最佳氧量输出值为最终氧量软测量值。
为了验证本发明的减排效果，发明人在同一台锅炉上检测使用和未使用本发明的优化调节技术状态下的锅炉烟气中氮氧化合物含量，结果如图3、图4所示，在未使用本发明的优化调节技术状态下的锅炉烟气中氮氧化合物含量能达到579mg/Nm3；在使用本发明的优化调节技术状态下的锅炉烟气中氮氧化合物含量能控制在445.87mg/Nm3之内，以上结果表明本发明具有明显的减排效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：在DCS系统中建立锅炉燃煤热值软测量模型，基于燃煤热值软测量模型建立氧量软测量模型，通过氧量软测量模型控制漏风系数，获取二次风密度、烟气密度的DCS计算值，同时对锅炉残余氧量及烟气含碳量进行监测，其中，残余氧量包括未完全燃烧氧量和过量空气氧量，其可对氧量软测量模型形成反馈；通过漏风系数、二次风密度、烟气密度以及残余氧量获取氧量软测量模型的最终氧量软测量值，将最终氧量软测量值和省煤器出口两个氧量测点的测量值经过DCS时间处理后，选择最佳氧量输出值来修正锅炉送风量；
在锅炉燃煤热值软测量模型以及氧量软测量模型中，锅炉每完全燃烧1kg煤所需的理论空气量Qr和理论烟气容积Qft为：
Qr＝0.0889(Cny+0.375Sny)+0.265Hny-0.0333Ony m3/kg
Qft＝1.866(Cny/100)+0.7(Sny/100)+11.1(Hny/100)+1.24(Wny/100)+0.8(Nny/100)+0.79Qr m3/kg
式中，Cny、Hny、Ony、Nny、Sny、Any、Wny为煤的收到基元素含量；
所述锅炉残余氧量O2的计算公式为：
O2＝(Qv-Qr×By)×21/[Qv+(Qft-Qr)×Bv]m3
式中，Qv为进入炉膛的总风量；Bv为进入炉膛的总煤量。
2.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：在控制漏风系数时，其原理公式为：式中，Ar为实际的漏风系数，A为给定的漏风系数，△P为锅炉风烟差压，k为常数。
3.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述烟气含碳量测定是通过在锅炉烟道中安装并入氧量软测量模型的在线监测装置来实现。
4.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述烟气含碳量可用于判断残余氧量中的主要成分，当烟气含碳量大于煤完全燃烧的烟气含碳量时，则残余氧量主要为未完全燃烧氧量，反之，则残余氧量主要为过量空气氧量。
5.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述未完全燃烧氧量和过量空气氧量对氧量软测量模型的反馈为负反馈。
6.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述最佳氧量输出值是最终氧量软测量值、省煤器出口两个氧量测点测量值这三者中数值大小居中的测量值。
7.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述最佳氧量输出值是省煤器出口两个氧量测点测量均值与最终氧量软测量值的均值。
8.根据权利要求1所述的基于DCS系统的锅炉送风量优化调节技术，其特征在于：所述最佳氧量输出值是最终氧量软测量值。
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