CN108800191A - 一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，传统炉内二次风配风优化主要针对煤的燃烧效率和烟气氮氧化物含量，而忽略了炉膛送风的动力消耗，本发明提供了一种在二次风传统配风优化的基础上，进行炉膛送风动力优化的方法，所确定的喷口二次风挡板的最佳开度能够使风箱到炉膛出口的压降最小，在燃烧效率和氮氧化物排放量达到最佳的情况下，尽可能降低送风机的电耗。一台300MW锅炉上的应用表明，对喷口二次风挡板进行动力优化后，风箱到炉膛出口的压降最大可降低198Pa，节约送风机功率67kW。

Description

一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法

技术领域

本发明属于锅炉燃烧器运行监测和控制领域，尤其涉及一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法。

背景技术

切向燃煤锅炉在炉膛不同高度布置了大量燃烧器喷口，向炉内输送燃料和空气，这些喷口通常包括一次风喷口和二次风喷口。一次风喷口是燃料喷口：原煤在磨煤机内磨制成煤粉后，被一次风气流干燥并携带，通过一次风喷口送入炉膛。二次风喷口是空气喷口：这些喷口提供煤粉燃尽所需要的空气。二次风喷口一般包括周界风、辅助二次风、紧凑燃尽风、分离燃尽风以及最底层的“火下风”等，它们在煤粉不同燃烧阶段送入适量空气，以提高燃料燃烧效率，并控制氮氧化物生成；现有技术对各种二次风风量的优化，即平常所说的二次风配风优化，均是围绕着提高煤粉燃烧效率和降低氮氧化物排放量这两个目标进行，申请号为201310094709.8、201310108894.1、201410093109.4、201410339494.6、201510005586.5、201510176385.1、201510836677.3、201610022193.X、201610793265.0的中国专利分别采用最小二乘支持向量机模型、燃烧数学模型法、空气-燃料比的偏差法、氮氧化物排放浓度-二次风门校正方案、燃烧器局部热负荷法、粒子群优化算法求解预非线性优化模型、热态调整试验、基于粒子群优化的多目标优化算法、改进的BP神经网络算法等方法，通过锅炉二次风配风的调整，对燃烧效率(或锅炉效率)和氮氧化物排放量进行优化，提升了运行经济性和环保性；申请号为201710622992.5的中国专利综合减温水流量、烟气中一氧化碳浓度、飞灰含碳量以及氮氧化物排放量等更多因素，根据机组运行成本变化，对运行中各种二次风挡板开度进行优化。

现有技术进行二次风配风优化时，忽略了向炉膛送风的动力消耗问题。二次风的输送动力来自送风机，而送风机是锅炉的耗电大户，送风机出口的二次风被加热后进入风箱，经调节挡板从喷口送入炉膛内，二次风喷口挡板承担着风量分配任务，挡板开度配比决定了炉内不同位置送入空气量的相对比例，而燃烧所需要的总空气量则是通过调节风箱-炉膛出口差压以保证合理的烟气含氧量来实现，因此，炉内燃烧所需的总空气量和二次挡板开度决定了风箱-炉膛出口的压降，这是送风阻力的主要来源之一，是决定送风机电耗的重要因素。二次风配风调整首先要满足燃烧效率和NOx排放的要求，其次还应该考虑输送系统的动力消耗最低，即在挡板开度满足炉内风粉分布的条件下，尽可能降低风箱-炉膛出口压降，节约送风电耗。目前，炉内二次风配风优化都是针对提高煤粉燃烧效率，或降低氮氧化物排放量，并在这方面取得大量研究成果，但在二次风配风的动力优化方法方面，还未见相关技术。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，传统炉内二次风配风优化主要针对煤的燃烧效率和烟气氮氧化物含量，而忽略了炉膛送风的动力消耗，本发明公开了一种在二次风传统配风优化的基础上，进行炉膛送风动力优化的方法，所确定的喷口二次风挡板的最佳开度能够使风箱到炉膛出口的压降最小，在燃烧效率和氮氧化物排放量达到最佳的情况下，尽可能降低送风机的电耗。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，具体步骤为：

步骤一、在炉膛冷态条件下，对二次风挡板进行不同开度下的通风试验，得到二次风挡板阻力系数随开度的变化曲线；

步骤二、通过燃烧调整试验，对二次风配风进行传统的优化，在锅炉正常运行状态下，调整二次风喷口挡板开度和炉膛出口烟气含氧量，改变各种二次风风量配比，测量排烟烟气中氮氧化物排放量，并采集灰渣样，化验灰渣可燃物含量，以氮氧化物排放量和灰渣可燃物含量作为优化目标，对不同配风状态下优化目标的试验结果进行比对，确定最合理的二次风挡板开度和炉膛出口烟气含氧量，作为二次风配风的传统优化状态，记录传统优化状态下锅炉主要的运行参数；

步骤三、根据二次风挡板阻力系数冷态试验结果，并结合锅炉二次风配风传统优化状态中二次风挡板开度、磨煤机运行参数和炉膛出口烟气含氧量等数据，计算传统优化状态下炉内不同高度区域的局部过剩空气系数，作为二次风配风动力优化时炉内风粉分布的约束条件；

步骤四、根据二次风挡板阻力系数随开度变化曲线，采用锅炉传统优化状态的磨煤机给煤量、通风量和炉膛出口烟气含氧量等运行参数，对二次风箱到炉膛出口压降进行计算模拟，在保证传统优化状态炉内各个局部区域的过剩空气系数的情况下，得到不同二次风挡板开度下二次风箱到炉膛出口的压降，寻找使该压降最小时的二次风挡板开度；为提高搜索效率，可以采用求约束条件下目标函数最小值的方法，其中约束条件为炉内各个局部区域的过剩空气系数等于传统优化状态值，目标函数为二次风箱到炉膛出口压降；能够满足各个局部区域过剩空气系数等于传统优化值，且使二次风箱到炉膛出口压降达到最小时的挡板开度，作为二次风挡板动力优化开度；

步骤五、二次风配风动力优化状态的试验验证：保持传统优化状态的磨煤机给煤量、一次风量以及炉膛出口烟气含氧量等运行参数不变，将二次风挡板开度置于步骤四得到的动力优化开度，测量烟气中氮氧化物排放量和二次风箱到炉膛出口压降，并采集灰渣样，化验灰渣可燃物含量，若灰渣可燃物含量，氮氧化物排放量和步骤二中测量值的偏差小于给定相对偏差，且二次风箱到炉膛出口压降小于传统优化状态下的相应数值，则将步骤四中确定的二次风挡板动力优化开度作为最终优化开度；在实际生产中，采用二次风挡板动力优化开度控制锅炉运行；

所述步骤一中，在炉膛进行通风试验时，测量不同二次风挡板开度下的喷口风速、挡板压降、风温和风压，根据阻力系数的定义，计算各个二次风挡板在不同开度下的阻力系数；二次风挡板阻力系数也可以通过锅炉典型配置的监测仪表测得的风箱到炉膛出口的压降来计算，不需另设专门的测点和仪器，试验和计算方法详见申请号为201510493413.2的中国专利。

所述步骤一中，炉膛通风试验至少在5个不同挡板开度下进行，根据二次风挡板阻力系数和开度之间关系的试验数据，拟合得到挡板阻力系数随挡板开度变化的函数曲线。

所述步骤二中，记录传统优化状态下锅炉主要运行参数包括：机组负荷，二次风配风挡板的开度，二次风温度和压力，一次风温度和压力，运行磨煤机通风量和磨煤量，二次风箱到炉膛出口压降，入炉煤的元素分析，灰渣可燃物含量，炉膛出口烟气含氧量。

所述步骤二中，也可以采用“背景技术”中所列的现有技术，得到二次风配风的传统优化状态。

所述步骤三中，某一高度区域的局部过剩空气系数是指该高度以下供给的总空气量与供给的燃煤量完全燃烧所需要的理论空气量之比，这里的完全燃烧是相对于炉膛出口煤燃尽度下的完全燃烧。

所述步骤三中，计算某一高度区域局部过剩空气系数时所需要的该高度以下供给的总空气量，等于该高度以下所有喷口二次风流量之和，再加上该高度以下的所有一次风喷口的空气流量之和，其中，每个二次风喷口的空气流量根据该喷口挡板阻力系数和风箱-炉膛出口差压计算，对于配有直吹式制粉系统的锅炉，一次风喷口的空气流量和煤量根据磨煤机通风量和磨煤量计算。

所述步骤三中，计算某一高度区域局部过剩空气系数时所需要的该高度以下供给的燃煤量完全燃烧所需要的理论空气量，等于1kg的煤在相对于炉膛出口煤燃尽度下完全燃烧时所需要的理论空气量与该高度以下供给燃煤量的乘积；其中，1kg的煤在相对于炉膛出口煤燃尽度下完全燃烧时所需要的理论空气量，可根据煤的元素成分和灰渣含碳量来计算。

所述步骤四中，压降模拟是对不同二次风挡板开度下的风箱-炉膛出口压降的进行计算，基本方法是，各种二次风喷口挡板的开度配比和炉膛出口过剩空气系数决定了炉内各个局部区域的过剩空气系数，因此，风箱-炉膛出口压降与炉膛出口过剩空气系数、各种二次风喷口挡板开度有关，压降模拟计算就是在炉膛出口过剩空气系数维持不变的情况下，建立风箱-炉膛出口压降与各种二次风喷口挡板开度的关系。

所述步骤四中，动力优化时保证炉内各个局部区域的过剩空气系数等于传统优化状态值，炉内煤粉燃尽状态和烟气中氮氧化物排放量与传统优化状态相似。

所述步骤五中，动力优化状态和传统优化状态的优化目标的给定相对偏差根据锅炉实际运行情况确定，一般小于20％。

本发明的有益效果是：

1、传统炉内二次风配风优化主要针对煤的燃烧效率和烟气氮氧化物含量，而忽略了炉膛送风的动力消耗，本发明公开了一种在二次风传统配风优化的基础上，进行炉膛送风动力优化的方法，所确定的喷口二次风挡板的最佳开度能够使风箱到炉膛出口的压降最小，在燃烧效率和氮氧化物排放量达到最佳的情况下，尽可能降低送风机的电耗；一台300MW锅炉上的应用表明，对喷口二次风挡板进行动力优化后，风箱到炉膛出口的压降最大可降低198Pa，节约送风机功率67kW。

附图说明

图1为本发明锅炉炉膛的空气和燃料供给、风箱到炉膛出口的流动压降以及炉内不同高度的燃烧区域划分示意图；

图2为本发明二次风箱到炉膛出口压降ΔP和局部过剩空气系数β_Ωi的计算流程图；

图3为本发明分离燃尽风(SOFA)、辅助二次风、最底层二次风挡板的试验数据及拟合曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图及应用实例来详细解释本发明的具体实施方式。

本发明公开了一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，具体包括以下步骤：

(1)根据炉膛的冷态通风试验，测定各个喷口挡板的阻力系数随开度的变化曲线。试验时，分别在挡板开度γ_j＝0，0.25，0.5，0.75，1.0情况下，测定通过挡板的压降ΔP_j和喷口风速u，根据式①计算开度γ_j下的阻力系数ζ_j：

式中ρ为二次风密度，kg/m³，根据风压p(Pa)风温t(℃)计算

ρ＝0.003483(p₀+p)/(273.15+t) ②

式中p₀为标准大气压力，Pa。

这种测量方法需要在挡板前后新装压降测点。申请号为201510493413.2的中国专利给出一种不需要新装测点，而利用锅炉上现有的风箱到炉膛出口压降测点，测定挡板不同开度下阻力系数的方法。

将挡板阻力系数和开度的试验数据拟合成指数关系的函数曲线如下

式中a_j、b_j和c_j为常数。

(2)根据现有优化方法，以灰渣可燃物含量和烟气氮氧化物含量作为优化目标，确定合理的炉膛出口烟气含氧量和二次风挡板开度，作为二次风配风的传统优化状态。传统优化方法可采用燃烧调整试验，通过对各个运行工况的优化目标进行比对而确定最佳运行工况，也可采用上述背景技术中所列的氮氧化物排放浓度-二次风门校正方法、燃烧器局部热负荷法以及其它先进的优化算法。最终确定的优化状态以机组负荷、所有二次风配风挡板的开度、二次风温度和压力、一次风温度和压力、运行磨煤机风量和磨煤量、二次风箱到炉膛出口压降、入炉煤的元素分析、飞灰和炉渣可燃物含量、炉膛出口烟气含氧量等参数作为标识。

(3)根据传统优化状态运行参数，计算炉内不同高度区域局部过剩空气系数，并将这些局部过剩空气系数值作为动力优化的约束条件。

某一高度局部区域Ω_i的过剩空气系数α_Ωi是该高度以下所有喷口送入的空气和煤的化学当量比。对于局部区域Ω_i，所有燃料喷口送入煤的总流量为送入的空气总流量为局部区域Ω_i的过剩空气系数α_Ωi为

式中m_ck为第k个煤粉喷口的煤流量，m_1k为第k个煤粉喷口的空气流量，m_ck和m_1k通过磨煤机运行参数计算，对于如图1中所示的直吹式制粉系统，每台磨煤机向同层4只煤粉喷口供粉，设风量和粉量均匀分配，则第k个煤粉喷口的风和煤的流量分别为

m_1k＝M_f/4 ⑤

m_ck＝M_c/4 ⑥

M_f、M_c分别为该喷口所对应的磨煤机的通风量和给煤量，单位为kg/s。

m₀为1千克煤燃烧所需要的理论空气量，以炉膛出口处煤的燃尽度为基准，m₀按下式计算

m₀＝0.1151γ_Cb+0.3430γ_H+0.0431γ_S-0.0432γ_O ⑦

式中γ_C、γ_H、γ_S、γ_O、γ_A分别为煤的收到基碳、氢、硫、氧和灰分含量，％；是灰渣可燃物含量，％。

当区段Ω_i为整个炉膛Ω_L时，式④中的求和项和是对炉膛中所有喷口的风量或煤量进行累积，此时，按式④得到的α_Ω就是炉膛出口的过剩空气系数，即当Ω_i＝Ω_L时，α_Ωi＝α_L；同样，当Ω_i为炉膛下部主燃烧区Ω_p即Ω_i＝Ω_p时，α_Ωi＝α_p。

每个二次风喷口的空气流量m_2j根据喷口风速u_j(m/s)和该二次风喷口面积A_2j(m²)计算

m_2j＝ρ₂u_jA_2j ⑨

式中ρ₂为二次风密度，kg/m³，根据式②计算。

以二次风挡板作为测量元件，二次风喷口风速u_j可利用二次风箱到喷口出口的压降ΔP_b来测定

式中ζ_j为挡板阻力系数，它是挡板开度的函数，可根据炉膛冷态通风试验测定；ζ₁为二次风从风箱进入风道的局部阻力系数；ζ₂为二次风从风道进入炉膛的阻力系数。

如图1所示，风箱到喷口的压降ΔP_b可根据风箱-炉膛出口压差ΔP和喷口到炉膛出口的压降ΔP_L来计算：

喷口到炉膛出口的压降ΔP_L为：

式中ζ_L炉膛阻力系数，为一、二次风的平均密度，kg/m³；u₀为炉膛入口一、二次风平均风速，m/s；ρ_L为炉内烟气密度；g为重力加速度，m/s²；H为燃烧器中心线到炉膛出口的高度，单位为m。

和u₀分别按式和式计算：

式中M₁、M₂分别为一、二次风总流量，kg/s；ρ₁为一次风密度，单位为kg/m³。

总二次风流量M₂通过对所有二次风喷口流量进行累积得到

一次风总流量M₁等于运行磨煤机的通风量之和

二次风喷口风速u_j的计算方程⑩右边隐含了u_j值，因此，可采用迭代法求解，二次风喷口风速u_j确定以后，再根据式④计算局部区域的过剩空气系数α_Ωi，得到的过剩空气系数α_Ωi作为动力优化的约束条件。

(4)采用传统优化状态下的磨煤机给煤量、一次风量、入炉煤质和炉膛出口氧量等运行环境参数，对不同二次风挡板开度下二次风箱到炉膛出口压降进行模拟计算，寻找使二次风箱到炉膛出口的压降最小，且保证炉内风粉分布与传统优化状态相同的二次风挡板开度，从而使最终优化状态既满足经济和环保要求，又保证送风电耗最小。

在压降模拟计算时，已知参数为机组负荷M_e，二次风温度t₂和压力p₂，一次风温度t₁和压力p₁，运行磨煤机风量M_fi和磨煤量M_ci，入炉煤碳C_ar、氢H_ar、氧O_ar、氮N_ar、硫S_ar、灰分A_ar、水分M_ar的元素分析，灰渣可燃物含量C以及炉膛出口烟气含氧量γ_O2，输出函数变量为二次风箱到炉膛出口压降ΔP，自变量为二次风挡板的开度γ₁,γ₂,......,γ_N，计算流程见图2，根据该流程还可以计算各区域的局部过剩空气系数α_Ωi。

在传统优化状态下，炉膛出口过剩空气系数α_L0根据炉膛出口烟气含氧量γ_O2计算：

图2表明，在传统优化状态环境参数下，二次风箱到炉膛出口压降ΔP、各区域的局部过剩空气系数β_Ωi与二次风挡板开度γ₁,γ₂,......,γ_N的关系，分别用函数f和g表示

二次风挡板开度γ₁,γ₂,......,γ_N动力优化就是在保证炉内各个局部区域Ω_i的过剩空气系数β_Ωi等于传统优化状态下相应区域过剩空气系数α_Ωi的情况下，使二次风箱到炉膛出口压降ΔP达到最小的二次风挡板开度γ₁,γ₂,......,γ_N的值，根据图2的流程进行试算，搜索二次风挡板的动力优化开度。为提高搜索效率，采用求解下列约束条件下函数最小值的方法，得到最佳的二次风挡板开度:

优化模型即式中优化函数是风箱-炉膛差压ΔP，在给定磨煤机运行参数和炉膛出口过剩空气系数α_L0时，ΔP是二次风挡板开度γ₁,γ₂,...,γ_N的函数。

式中的约束方程β_Ωi＝α_Ωi表示局部区域Ω_i的过剩空气系数β_Ωi等于传统优化状态下该区域的过剩空气系数α_Ωi，α_Ωi值通过传统配风优化确定。

式中约束方程γ_j-γ_0j＝0是对某类二次风挡板开度γ_j的约束。该类约束一般适用于周界风，一些锅炉运行中规定，当磨煤机达到一定出力后，对应的周界风挡板应保持在某一开度。

式中约束方程γ_k-γ_0k≥0表示二次挡板的开度γ_k不小于γ_0k，该类约束适用于最底层二次风。为降低炉底渣含碳量，最底层二次风在运行中通常维持在某一开度以上。

约束方程γ_j-γ_0j＝0和γ_k-γ_0k≥0分别表示两类约束条件，对于每一类约束，可包含多个约束方程。

在炉内燃烧经济性和环保性优化的基础上，进一步对输送动力进行优化后，所得的二次风挡板优化开度γ_j综合考虑了炉内煤粉燃尽、氮氧化物生成以及送风机耗电等因素，因此，式给出一种全面的炉内配风优化技术。

(5)在通过模拟计算或优化计算得到二次风挡板动力优化开度后，将锅炉二次风挡板置于动力优化开度值，测量锅炉灰渣含碳量和氮氧化物排放量，当它们和传统优化状态的偏差不超过给定相对偏差，且二次风箱到炉膛出口压降应小于传统优化状态下的数值，则认为二次风挡板动力优化开度是合理的，可用于锅炉实际运行控制。

最终动力优化状态和传统优化状态的优化目标的给定相对偏差是根据锅炉运行中灰渣含碳量和氮氧化物排放量的控制要求确定。

实施例一：

优化模型的实施对象是一台300MWe切向燃烧控制循环汽包炉锅炉，图1表示该锅炉炉膛的空气和燃料供给、风箱到炉膛出口的流动压降以及炉内不同高度局部区域划分。该锅炉配有5套中速磨煤机直吹式制粉系统，从下至上，煤粉喷口依次为A、B、C、D、E层，煤粉喷口设有周界二次风，底部二次风(AA)、辅助二次风(AB、BC、CD、DE)、燃尽风(OFA)和分离燃尽风(SOFA)等总计15层二次风，这些喷口的空气流量被15层挡板所控制，同层4只挡板同步操作，可作为1个挡板处理，因此，式中N＝15；以煤粉喷口为边界，将炉膛分为7个局部区段，这些区段出口过剩空气系数分别为α_A、α_B、α_C、α_D、α_E、α_P、α_S，见图1，因此，式中m＝7。

如图1，原煤在磨煤机内磨制成煤粉，被一次风气流干燥并携带，从燃料喷口送入炉膛；预热器出口的热二次风进入炉膛两侧的风箱，再流经风道内的调节挡板，从二次风喷嘴送入炉内；分离燃尽风(SOFA)、辅助二次风、最底层二次风以及燃料喷口周界风布置在炉膛不同高度上，在煤粉燃烧的不同阶段补充适量的空气，保证炉膛垂直方向上合理的风粉分布，实现对燃烧过程的准确控制。

模拟计算时，所采用的该锅炉基本数据如下：

二次风挡板数量N＝15；

炉膛分区数量m＝7；

燃烧器中心线到炉膛出口的高度H＝34.3m；

二次风箱到风道进口的局部阻力系数ζ₁＝0.5；

二次风道到炉膛入口的阻力系数ζ₂＝1.0；

炉膛阻力系数ζ_L＝0.78；

炉内烟气密度ρ_L＝0.24kg/m³；

大气压力p₀＝100900Pa；

重力加速度g＝9.8m/s²；

各种二次风喷口面积见表1。

表1各种喷口的面积

二次风挡板阻力特性试验是在炉膛冷态通风条件下进行，试验过程中，保持风箱-炉膛出口压差不变，测量二次风挡板在不同开度下的喷口风速，按申请号为201510493413.2的中国专利给出的数据处理方法，得到挡板阻力系数随开度的变化，图3给出了分离燃尽风(SOFA)、辅助二次风、最底层二次风等主要挡板的试验结果，将试验结果拟合成式③所示的函数，不同二次风挡板的拟合系数a_j、b_j、c_j见下表2。

表2拟合系数a_j、b_j、c_j

名称	aj	bj	cj
				SOFA二次风	0.5189	46.5466	0.1286
周界风	0.1952	9.9705	0.1684
				贴壁风	0.1557	9.6069	0.1615
油枪二次风	0.9415	66.2595	0.0811
				辅助二次风	0.8113	62.9268	0.1102
AA最底层二次风	0.4095	26.8657	0.1528

对于上述空气分级低NOx燃烧锅炉，炉膛分为主燃烧区和分离燃烬风(SOFA)区，这两个区域的空气量分配对NOx生成和煤粉燃尽有较大影响，各二次风喷口空气量分配是燃烧优化的重要内容，采用传统优化方法，以抑制NOx生成和提高煤粉燃尽为目标，对上述锅炉在不同负荷下进行燃烧调整，在这些负荷Me下燃用煤种的元素分析、磨煤机通风量M_f ⁱ、磨煤量M_c ⁱ以及炉膛出口过剩空气系数α_L0见下表3。

表3运行的环境参数表

在上述负荷下，采用传统燃烧调整优化方法进行配风优化后，得到各种二次风挡板的合理开度及二次风箱-炉膛出口压降△P见下表4，在传统优化状态下进行风粉分布计算，得到图1所示的各局部区域的过剩空气系数α_A、α_B、α_C、α_D、α_E、α_P、α_S也在表4中列出。

表4传统优化二次风挡板开度、局部区域过剩空气系数、NOx和灰渣含碳量

对于上述锅炉，在传统优化的基础上，采用动力优化模型即式确定图1中15层二次风挡板的最佳开度γ_j。以表3中的参数作为锅炉运行边界条件，在给定机组负荷、入炉煤质、磨煤机运行参数以及炉膛出口过剩空气系数的条件下，根据动力优化模型即式对二次风挡板开度进行动力优化，在保证表4中各局部区域过剩空气系数的情况下，寻找最佳的二次风挡板开度，使风箱-炉膛差压△P最小。优化模型中对周界风挡板的约束是：若煤粉喷口未投入运行，对应的周界风挡板保持在5％开度，若煤粉喷嘴出力在15t/h以上，周界风挡板开度保持在50％，否则，保持在25％；对最底层二次风挡板的约束是，其开度不小于50％。

根据式求解约束条件下非线性多元函数的最小值，得到挡板动力优化开度和风箱-炉膛出口压差见表5。

表5动力优化后二次风挡板开度和风箱-炉膛差压

变量	单位	工况1	工况2	工况3	工况4	工况5
							ΔP	Pa	787	627	527	429	484
γSOFA4	/	1	1	1	1	1
							γSOFA3	/	1	1	1	1	1
γSOFA2	/	1	1	1	1	1
							γSOFA1	/	1	1	1	1	1
γOFA	/	0.28	0.19	0.35	0.08	0.09
							γE	/	0.5	0.5	0.05	0.05	0.05
γDE	/	0.19	0.26	0.25	0.12	0.13
							γD	/	0.05	0.05	0.5	0.5	0.05
γCD	/	0.23	0.26	0.12	0.08	0.11
							γC	/	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
γBC	/	0.26	0.23	0.23	0.1	0.07
							γB	/	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
γAB	/	0.23	0.27	0.22	0.12	0.12
							γA	/	0.5	0.5	0.5	0.5	0.25
γAA	/	0.74	0.64	0.53	0.5	0.55

对比表4和表5，动力优化后不同工况的风箱-炉膛出口差压△P均有减少，对于工况1，△P减少191Pa，若二次风密度取为0.62kg/m³，二次风流量为200kg/s，送风机效率取90％，则因为△P降低节省的功率为：191÷0.62×200÷0.91＝47419W＝67.71kW。

二次风挡板动力优化开度的验证：将机组负荷、磨煤机出力和炉膛出口过剩空气系数控制在表3中数据，将二次风挡板开度置于表5中的动力优化开度，测量二次风箱-炉膛出口差压△P、飞灰含碳量和氮氧化物含量NOx，结果见表6。

表6二次风箱-炉膛出口差压ΔP、灰渣含碳量和氮氧化物含量NOx验证结果

对比表6中的实验结果和表4中的传统优化数据，各负荷下NOx的最大偏差在16.2mg/m³，灰渣含碳量的最大偏差在0.62％，且各负荷下表6中的△P都比表4中的低，最大差别为198Pa，因此，表5给出的二次风挡板动力优化开度是合理的，可以用于锅炉运行控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，具体步骤为：

步骤一、在炉膛冷态条件下，对二次风挡板进行不同开度下的通风试验，得到二次风挡板阻力系数随开度的变化曲线；

步骤二、通过燃烧调整试验，对二次风配风进行传统的优化，在锅炉正常运行状态下，调整二次风喷口挡板开度和炉膛出口烟气含氧量，改变各种二次风风量配比，测量排烟烟气中氮氧化物排放量，并采集灰渣样，化验灰渣可燃物含量，以氮氧化物排放量和灰渣可燃物含量作为优化目标，对不同配风状态下优化目标的试验结果进行比对，确定最合理的二次风挡板开度和炉膛出口烟气含氧量，作为二次风配风的传统优化状态，记录传统优化状态下锅炉主要的运行参数；

步骤三、根据二次风挡板阻力系数冷态试验结果，并结合锅炉二次风配风传统优化状态中二次风挡板开度、磨煤机运行参数和炉膛出口烟气含氧量等数据，计算传统优化状态下炉内不同高度区域的局部过剩空气系数，作为二次风配风动力优化时炉内风粉分布的约束条件；

步骤四、根据二次风挡板阻力系数随开度变化曲线，采用锅炉传统优化状态的磨煤机给煤量、通风量和炉膛出口烟气含氧量等运行参数，对二次风箱到炉膛出口压降进行计算模拟，在保证传统优化状态炉内各个局部区域的过剩空气系数的情况下，得到不同二次风挡板开度下二次风箱到炉膛出口的压降，寻找使该压降最小时的二次风挡板开度；采用求约束条件下目标函数最小值的方法，其中约束条件为炉内各个局部区域的过剩空气系数等于传统优化状态值，目标函数为二次风箱到炉膛出口压降；能够满足各个局部区域过剩空气系数等于传统优化值，且使二次风箱到炉膛出口压降达到最小时的挡板开度，作为二次风挡板动力优化开度；

步骤五、二次风配风动力优化状态的试验验证：保持传统优化状态的磨煤机给煤量、一次风量以及炉膛出口烟气含氧量等运行参数不变，将二次风挡板开度置于步骤四得到的动力优化开度，测量烟气中氮氧化物排放量和二次风箱到炉膛出口压降，并采集灰渣样，化验灰渣可燃物含量，若灰渣可燃物含量，氮氧化物排放量和步骤二中测量值的偏差小于给定相对偏差，且二次风箱到炉膛出口压降小于传统优化状态下的相应数值，则将步骤四中确定的二次风挡板动力优化开度作为最终优化开度。

2.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤一中，在炉膛进行通风试验时，测量不同二次风挡板开度下的喷口风速、挡板压降、风温和风压，根据阻力系数的定义，计算各个二次风挡板在不同开度下的阻力系数；二次风挡板阻力系数通过锅炉典型配置的监测仪表测得的风箱到炉膛出口的压降来计算。

3.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤一中，炉膛通风试验至少在5个不同挡板开度下进行，根据二次风挡板阻力系数和开度之间关系的试验数据，拟合得到挡板阻力系数随挡板开度变化的函数曲线。

4.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤二中，记录传统优化状态下锅炉主要运行参数包括：机组负荷，二次风配风挡板的开度，二次风温度和压力，一次风温度和压力，运行磨煤机通风量和磨煤量，二次风箱到炉膛出口压降，入炉煤的元素分析，灰渣可燃物含量，炉膛出口烟气含氧量。

5.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤三中，某一高度区域的局部过剩空气系数是指该高度以下供给的总空气量与供给的燃煤量完全燃烧所需要的理论空气量之比，这里的完全燃烧是相对于炉膛出口煤燃尽度下的完全燃烧。

6.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤三中，计算某一高度区域局部过剩空气系数时所需要的该高度以下供给的总空气量，等于该高度以下所有喷口二次风流量之和，再加上该高度以下的所有一次风喷口的空气流量之和，其中，每个二次风喷口的空气流量根据该喷口挡板阻力系数和风箱-炉膛出口差压计算，对于配有直吹式制粉系统的锅炉，一次风喷口的空气流量和煤量根据磨煤机通风量和磨煤量计算。

7.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤三中，计算某一高度区域局部过剩空气系数时所需要的该高度以下供给的燃煤量完全燃烧所需要的理论空气量，等于1kg的煤在相对于炉膛出口煤燃尽度下完全燃烧时所需要的理论空气量与该高度以下供给燃煤量的乘积；其中，1kg的煤在相对于炉膛出口煤燃尽度下完全燃烧时所需要的理论空气量，根据煤的元素成分和灰渣含碳量来计算。

8.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤四中，压降模拟是对不同二次风挡板开度下的风箱-炉膛出口压降的进行计算，基本方法是，各种二次风喷口挡板的开度配比和炉膛出口过剩空气系数决定了炉内各个局部区域的过剩空气系数，因此，风箱-炉膛出口压降与炉膛出口过剩空气系数、各种二次风喷口挡板开度有关，压降模拟计算就是在炉膛出口过剩空气系数维持不变的情况下，建立风箱-炉膛出口压降与各种二次风喷口挡板开度的关系。

9.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤四中，动力优化时保证炉内各个局部区域的过剩空气系数等于传统优化状态值，炉内煤粉燃尽状态和烟气中氮氧化物排放量与传统优化状态相似。

10.根据权利要求1所述的一种切向燃煤锅炉二次风配风的动力优化方法，其特征是，所述步骤五中，动力优化状态和传统优化状态的优化目标的给定相对偏差小于20％。