CN109084326A - 一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，包括稳态燃烧调整试验和动态汽温特性试验，直流炉设有DCS控制系统，包括以下步骤：步骤S1：实施稳态燃烧调整试验的各项试验步骤；步骤S2：实施动态汽温特性试验的各项试验步骤，其中部分项的动态汽温特性试验基于步骤S1中稳态燃烧调整试验所获得的对应结果；步骤S3：直流炉DCS控制系统整合步骤S1中的稳态燃烧调整试验和步骤S2中的动态汽温特性试验的各项试验的最终优化曲线，结合步骤S1和步骤S2中获得运行指导卡片的部分试验结果，实现直流炉汽温特性的优化。本发明方法在不进行设备改造的前提下，充分发挥DCS系统和锅炉主辅机的潜力，使锅炉燃烧处于最佳状态，实现汽温特性的优化。

Description

一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法

技术领域

本发明涉及锅炉调试领域，特别是一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法。

背景技术

随着燃煤电厂深度低氮燃烧的长期运行及电网AGC负荷响应要求的不断提高，日常运行中，尤其是快速升降负荷时，锅炉频繁出现主、再热汽温大幅偏低的情况，严重影响了当前大容量高参数机组的经济高效运行。汽温优化控制是指：锅炉在运行过程中，将锅炉过热器和再热器出口处的蒸汽温度维持在规定限值范围内的方法和手段。而锅炉运行时的机组负荷、燃料种类和特性、煤粉细度、给水温度、燃烧所用空气量与燃料量的比例，以及受热面上积灰程度等多种因素都会影响过热蒸汽(主蒸汽)和再热蒸汽温度；如调节不到位，汽温会有较大的波动。前期研究发现：汽温比设计值高，则会降低过热器和再热器材料的强度和寿命；而汽温每降低10度，会使循环热效率相应降低0.5％。因此锅炉运行中快速升降负荷时，对汽温特性进行有效的优化调整非常重要。

目前，大部分汽温特性优化方法聚焦于总煤量、总给水量和烟气挡板的DCS控制算法的升级改造(如模糊算法、自适应算法、神经网络等)，但由于锅炉燃烧本身存在诸多问题，如偏烧、超温、结焦等，单纯的算法优化的实际应用效果不理想，汽温偏离指定的温度区间，汽温偏差较大。

发明内容：

本发明目的是提供了一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，要解决现有技术中各种直流炉汽温特性优化调整方法的效果不理想、汽温偏差较大的技术问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，包括稳态燃烧调整试验和动态汽温特性试验，直流炉设有DCS控制系统，包括以下步骤：

步骤S1：实施稳态燃烧调整试验的各项试验；

步骤S2：实施动态汽温特性试验的各项试验，其中部分项的动态汽温特性试验基于所述步骤S1中稳态燃烧调整试验所获得的对应结果；

步骤S3：直流炉DCS控制系统整合所述步骤S1中的稳态燃烧调整试验和所述步骤S2中的动态汽温特性试验的各项试验的最终优化曲线，结合所述步骤S1和步骤S2中获得运行指导卡片的部分试验结果，实现直流炉汽温特性的优化调整。对于运行指导卡片的各项控制，实际运行时由运行人员进行人工选择。

优选的，所述步骤S1中稳态燃烧调整的各项试验全部实施完毕后，再开始实施所述步骤S2中动态汽温特性的各项试验。

优选的，所述步骤S1中的稳态燃烧调整各项试验具体包括煤粉细度调整、一次风煤比调整、二次风门调整、燃尽风门调整、运行氧量调整、过热度调整、一次风母管压力调整、燃烧器摆角调整、烟气挡板调整、燃尽风水平角调整和磨组合调整中的一种或多种。

优选的，所述步骤S1稳态燃烧调整试验中的煤粉细度调整和一次风煤比调整先于其他各项试验实施。

优选的，所述步骤S2中的动态汽温特性试验各项试验具体包括烟气挡板调整、燃烧器摆角调整、过热度调整、一次风母管压力调整、变负荷总给水量调整、变负荷总风量调整、变负荷总给煤量调整和变负荷热值调整试验中的一种或多种。

动态汽温特性试验各项试验涉及的所有参数并非在每一台锅炉上都需要进行调整，应根据当前机组的动态汽温特性，选择关键参数进行重点调整。在稳态燃烧调整试验完成后，若机组大幅降负荷时出现了主、再热汽温均大幅下降、大幅度升负荷时出现主、再热汽温均大幅上升甚至超温的问题，在动态汽温特性试验阶段，除了烟气挡板和燃烧器摆角的自动控制优化外，应将调整重点放在过热度调整、变负荷总给水量调整和变负荷总给煤量调整上；若机组大幅升负荷出现主汽温和再热汽温均大幅下降的问题，应将调整重点放在一次风母管压力调整上。

优选的，所述步骤S2动态汽温特性试验中的烟气挡板调整和/或燃烧器摆角调整先于其他各项试验实施。在动态汽温调整试验中，对于前后墙对冲燃烧炉而言，首要工作是实现烟气挡板的自动控制投入，烟气挡板自动控制是其再热汽温的主要调节手段；对于四角切圆燃烧炉而言，首要工作是实现烟气挡板和燃烧器摆角的自动控制投入，烟气挡板和燃烧器摆角自动控制是其再热汽温的主要调节手段。

优选的，所述步骤S1实施稳态燃烧调整试验具体包括以下步骤：

步骤S11：实施煤粉细度调整、一次风煤比调整、二次风门调整、燃尽风门调整和运行氧量调整各项试验，并将得出的各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S12：实施燃尽风水平角调整试验得出最佳燃尽风水平角位置后固定燃尽风水平角位置不变，实施磨组合调整试验得出最佳磨煤机组合方式并形成运行指导卡片；

步骤S13：实施烟气挡板调整、燃烧器摆角调整、过热度调整和一次风母管压力调整各项试验，分别得出暂定烟气挡板曲线、暂定燃烧器摆角曲线、暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线。

优选的，所述步骤S11、S12和S13之间无顺序限定。

优选的，所述步骤S2实施动态汽温特性试验具体包括以下步骤：

步骤S21：以所述步骤S13中的暂定烟气挡板曲线和暂定燃烧器摆角曲线为基础，分别实施动态汽温特性试验中的烟气挡板调整试验和燃烧器摆角调整试验，分别得出烟气挡板曲线和燃烧器摆角曲线、燃烧器摆角平衡主再热汽温函数以及燃烧器摆角自动控制高低限值，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S22：以所述步骤S13中的暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线为基础，分别实施动态汽温特性试验中的过热度调整和一次风母管压力试验调整，分别得出过热度调整曲线和一次风母管压力调整曲线，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S23：实施变负荷总给水量调整、变负荷总风量调整和变负荷总给煤量调整各项试验，并分别得出总给水量曲线和总给水量前馈函数、总风量曲线和总风量前馈函数以及总给煤量曲线、总给煤量前馈函数及回调速率、水燃比修正量强减条件和幅度，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S24：实施变负荷热值调整试验，得出热值人工干预条件及幅度并形成运行指导卡片。

优选的，步骤S22、S23和S24之间无顺序限定。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明方案是通过稳态燃烧调整试验和动态汽温特性试验相结合，对DCS系统关键参数的控制曲线进行优化，辅以运行指导卡片进行人工干预，在不进行设备改造的前提下，充分发挥DCS系统和锅炉主辅机的潜力，实现汽温特性的优化。

2、本发明方案中的稳态燃烧调整试验最大程度缓解锅炉燃烧出现的偏烧、超温及结焦问题；动态汽温特性试验在稳态燃烧调整试验基础上，对机组DCS系统自动控制参数进行优化，重点关注主、再热汽温水平的提升；申请人通过繁复的试验设计和调整，找出了本发明所记载的二者各项试验的最佳组合方式；本发明方案能有效解决快速升降负荷时，锅炉频繁出现主、再热汽温大幅偏低的技术问题，采用本发明方案优化调整后的主汽温的降幅控制在15℃以内、再热汽温的降幅控制在20℃以内。

3、本发明方案可以适用于不同的煤粉燃烧直流炉，适用范围广，能够有效减少机组各组件由于汽温过高或过低所带来的损耗，显著提升当前大容量高参数机组的经济高效运行水平。

附图说明

图1为本发明煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法的工作流程框图。

具体实施方式

现参照说明书附图来阐述本发明的选定实施例，本领域技术人员应了解到,本发明实施例的说明仅是示例性的，并不是为了限制本发明的方案。

本发明的核心是提供一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，该方法通过稳态燃烧调整试验和动态汽温特性试验相结合，对DCS系统关键参数的控制曲线进行优化，辅以运行指导卡片进行人工干预，在不进行设备改造的前提下，充分发挥DCS系统和锅炉主辅机的潜力，使锅炉燃烧处于最佳状态，实现汽温特性的优化。其中，DCS(英文全称：Distributed Control System)中文释义为：集散控制系统，又名分布式计算机控制系统，包括硬件系统和软件系统，是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。DCS系统可自动/手动控制，手动控制优先级最高。

实施例1

参见图1所示的汽温特性优化调整方法的流程框图，以前后墙对冲燃烧炉进行汽温特性优化调整为例，阐述本发明的汽温特性优化调整方法。

本实施例1的煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，包括以下步骤：

步骤S1：实施稳态燃烧调整试验的各项试验步骤；

步骤S2：实施动态汽温特性试验的各项试验步骤，其中部分项的动态汽温特性试验基于所述步骤S1中稳态燃烧调整试验所获得的对应结果；

步骤S3：直流炉DCS控制系统整合所述步骤S1中的稳态燃烧调整试验和所述步骤S2中的动态汽温特性试验的各项试验的最终优化曲线，结合所述步骤S1和步骤S2中获得运行指导卡片的部分试验结果，实现直流炉汽温特性的优化调整。

其中步骤S1的稳态燃烧调整试验全部实施完毕后，再开始实施步骤S2的动态汽温特性试验。稳态燃烧调整试验目标是最大程度缓解锅炉燃烧出现的偏烧、超温及结焦问题；动态汽温特性试验目标是在稳态燃烧调整试验基础上，对机组DCS系统自动控制参数进行优化，重点关注主、再热汽温水平的提升。

本实施例1中步骤S1的稳态燃烧调整试验，具体包括煤粉细度调整、一次风煤比调整、二次风门调整、燃尽风门调整、运行氧量调整、过热度调整、一次风母管压力调整、烟气挡板调整、燃尽风水平角调整和磨组合调整。在本优选实施例中，煤粉细度调整和一次风煤比调整优先实施。

步骤S1的稳态燃烧调整试验具体包括以下步骤：

步骤S11：通过稳态燃烧调整试验中的煤粉细度调整，测量不同转速对应的煤粉细度，直接得出动态分离器转速曲线，整合至DCS控制系统中。通过稳态燃烧调整试验中的一次风煤比调整，测量不同煤量对应的一次风量，直接得出一次风煤比曲线，整合至DCS控制系统中。通过稳态燃烧调整试验中的二次风门调整(各层燃料风门和辅助风门)，尤其是要找出影响汽温特性的关键风门，直接得出燃料风和辅助风门曲线，整合至DCS控制系统中。通过稳态燃烧调整试验中的燃尽风门调整，兼顾汽温、NOx及CO，直接得出燃尽风门曲线，整合至DCS控制系统中。通过稳态燃烧调整试验中的运行氧量调整，直接得出运行氧量曲线，整合至DCS控制系统中。

步骤S12：通过稳态燃烧调整试验中的燃尽风水平角调整，直接得出最佳的燃尽风水平角位置，固定不变；燃尽风水平角调整是缓解锅炉受热面壁温超温的主要手段。通过稳态燃烧调整试验中的磨组合调整，直接得出最佳磨煤机组合方式，形成运行指导卡片，实际运行时由运行人员进行人工选择。

步骤S13：实施烟气挡板调整、过热度调整和一次风母管压力调整各项试验，分别得出暂定烟气挡板曲线、暂定燃烧器摆角曲线、暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线。

在本优选实施例1中，对于前后墙对冲燃烧炉，首要工作是实现烟气挡板的自动控制投入，烟气挡板自动控制是其再热汽温的主要调节手段。因此在步骤S2的动态汽温特性试验中，烟气挡板调整试验应该优先实施。

步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：以步骤S13中稳态燃烧调整试验中的烟气挡板调整试验得出的暂定烟气挡板曲线为基础，进一步进行动态汽温特性试验，最终得出烟气挡板曲线，整合至DCS控制系统中。

步骤S22：以步骤S13中稳态燃烧调整试验中的过热度调整试验得出的暂定过热度曲线为基础，进一步进行动态汽温特性试验，最终得出过热度曲线，整合至DCS控制系统中；以步骤S13中稳态燃烧调整试验中的一次风母管压力调整试验得出的暂定一次风母管压力曲线为基础，进一步进行动态汽温特性试验，最终得出一次风母管压力曲线，整合至DCS控制系统中。在其他更优选的实施例中，在90％～100％额定负荷范围下，最终的一次风母管压力需在稳态值的基础上增大0.4kPa以上。

步骤S23：通过动态汽温特性试验的变负荷总给水量调整，直接得出总给水量曲线和总给水量前馈函数，整合至DCS控制系统中；通过动态汽温特性试验的变负荷总风量调整，直接得出总风量曲线和总风量前馈函数，整合至DCS控制系统中。通过动态汽温特性试验的变负荷总给煤量调整，直接得出总给煤量曲线、总给煤量前馈函数及回调速率、水燃比修正量强减条件及幅度，整合至DCS控制系统中。

步骤S24：通过动态汽温特性试验的变负荷热值调整，直接得出热值人工干预条件及幅度，形成运行指导卡片，实际运行时由运行人员进行人工干预。

在实际的汽温调整过程中，以上涉及的所有参数并非在每一台炉上都需要进行调整，应根据当前机组的动态汽温特性，选择关键参数进行重点调整。在稳态燃烧调整试验完成后，若机组大幅降负荷时出现了主、再热汽温均大幅下降、大幅度升负荷时出现主、再热汽温均大幅上升甚至超温的问题，后续除了烟气挡板的自动控制优化外，应将调整重点放在过热度调整、变负荷总给水量调整和变负荷总给煤量调整上；若机组大幅升负荷出现主汽温和再热汽温均大幅下降的问题，应将调整重点放在一次风母管压力调整上。

实施例2

参见图1所述的汽温特性优化调整方法的流程框图，以四角切圆燃烧炉为例，阐述本发明的汽温特性优化调整方法。

本实施例2中的煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，与实施例1的方法相比有所不同：实施例1中的对冲燃烧炉无燃烧器摆角，因此在步骤2的动态汽温特性试验中首要工作是实现烟气挡板的自动控制投入，烟气挡板自动控制是其再热汽温的主要调节手段；本实施例2中，对于四角切圆燃烧炉而言，在步骤S2的动态汽温特性试验中，首要工作是实现烟气挡板和燃烧器摆角的自动控制投入，烟气挡板和燃烧器摆角自动控制是其再热汽温的主要调节手段。因此在具体进行汽温特性优化调整试验时，与实施例1相比存在以下两处区别：

1、步骤S13：实施烟气挡板调整、燃烧器摆角调整、过热度调整和一次风母管压力调整各项试验，分别得出暂定烟气挡板曲线、暂定燃烧器摆角曲线、暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线。

2、步骤S21：以步骤S13中的暂定烟气挡板曲线和暂定燃烧器摆角曲线为基础，分别实施动态汽温特性试验中的烟气挡板调整试验和燃烧器摆角调整试验，分别得出烟气挡板曲线和燃烧器摆角曲线、燃烧器摆角平衡主再热汽温函数以及燃烧器摆角自动控制高低限值，并将各项试验结果整合至DCS控制系统。

试验例

某电厂百万机组双切圆直流锅炉低氮燃烧器改造后，机组在升降负荷过程中锅炉主、再热汽温特性较差。该机组主汽温和再热汽温的额定温度为605℃和603℃。汽温优化调整前所存在的问题如下：

1)当机组负荷从940MW降至500MW时，主汽温最低降至567℃，再热汽温最低降至558℃；

2)当机组负荷从500MW升至940MW时，主汽温始终在600℃以上有喷水减温，再热汽温超温至610℃，瞬时大量事故喷水减温。

采用本发明记载的汽温特性优化调整方法，通过稳态燃烧调整试验及动态汽温特性试验，对燃尽风门曲线、过热度曲线、燃烧器摆角曲线、燃烧器摆角平衡主再热汽温函数、燃烧器摆角自动控制高低限值、总风量前馈等进行了优化，并将优化后各项结果与优化前进行对比，具体数据请参见下表1-表7。

表1燃尽风门曲线

表2过热度曲线

表3燃烧器摆角曲线

注：燃烧器摆角等于50％为水平位；大于50％时下摆；小于50％时上摆。

表4燃烧器摆角平衡主再热汽温函数

表5燃烧器摆角自动控制高低限

表6升负荷时的总风量前馈

表7降负荷时的总风量前馈

从表1-表7中各项试验优化前后的对比数据可以看出，采用本发明的汽温优化调整方法之后，在机组升降负荷过程中，主汽温和再热汽温下降的问题有明显改善。最初工况下，主汽温的降幅在35℃以上、再热汽温的降幅在45℃以上；相比而言，优化后主汽温的降幅控制在15℃以内、再热汽温的降幅控制在20℃以内。因此本发明的方法能有效解决机组在升降负荷过程中出现的锅炉主再热汽温调节特性较差、汽温波动幅度大的技术问题，能够在不进行设备改造的前提下，充分发挥DCS系统和锅炉主辅机的潜力，经济高效的实现汽温特性的优化调整。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、整合或等同替换，但以上变更、整合或等同替换，均在本申请的待授权或待批准之权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，包括稳态燃烧调整试验和动态汽温特性试验，直流炉设有DCS控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：实施稳态燃烧调整试验的各项试验；

步骤S2：实施动态汽温特性试验的各项试验，其中部分项的动态汽温特性试验基于所述步骤S1中稳态燃烧调整试验所获得的对应结果；

步骤S3：直流炉DCS控制系统整合所述步骤S1中的稳态燃烧调整试验和所述步骤S2中的动态汽温特性试验的各项试验的最终优化曲线，结合所述步骤S1和步骤S2中获得运行指导卡片的部分试验结果，实现直流炉汽温特性的优化调整。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S1中稳态燃烧调整的各项试验全部实施完毕后，再开始实施所述步骤S2中动态汽温特性的各项试验。

3.根据权利要求2所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S1中的稳态燃烧调整各项试验具体包括煤粉细度调整、一次风煤比调整、二次风门调整、燃尽风门调整、运行氧量调整、过热度调整、一次风母管压力调整、燃烧器摆角调整、烟气挡板调整、燃尽风水平角调整和磨组合调整中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S1稳态燃烧调整试验中的煤粉细度调整和一次风煤比调整先于其他各项试验实施。

5.根据权利要求2所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S2中的动态汽温特性试验各项试验具体包括烟气挡板调整、燃烧器摆角调整、过热度调整、一次风母管压力调整、变负荷总给水量调整、变负荷总风量调整、变负荷总给煤量调整和变负荷热值调整试验中的一种或多种。

6.根据权利要求5项所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S2动态汽温特性试验中的烟气挡板调整和/或燃烧器摆角调整先于其他各项试验实施。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S1实施稳态燃烧调整试验具体包括以下步骤：

步骤S11：实施煤粉细度调整、一次风煤比调整、二次风门调整、燃尽风门调整和运行氧量调整各项试验，并将得出的各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S12：实施燃尽风水平角调整试验得出最佳燃尽风水平角位置后固定燃尽风水平角位置不变，实施磨组合调整试验得出最佳磨煤机组合方式并形成运行指导卡片；

步骤S13：实施烟气挡板调整、燃烧器摆角调整、过热度调整和一次风母管压力调整各项试验，分别得出暂定烟气挡板曲线、暂定燃烧器摆角曲线、暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线。

8.根据权利要求7项所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S11、S12和S13之间无顺序限定。

9.根据权利要求7项所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，所述步骤S2实施动态汽温特性试验具体包括以下步骤：

步骤S21：以所述步骤S13中的暂定烟气挡板曲线和暂定燃烧器摆角曲线为基础，分别实施动态汽温特性试验中的烟气挡板调整试验和燃烧器摆角调整试验，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S22：以所述步骤S13中的暂定过热度曲线和暂定一次风母管压力曲线为基础，分别实施动态汽温特性试验中的过热度调整和一次风母管压力试验调整，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S23：实施变负荷总给水量调整、变负荷总风量调整和变负荷总给煤量调整各项试验，并将各项试验结果整合至DCS控制系统；

步骤S24：实施变负荷热值调整试验，得出热值人工干预条件及幅度并形成运行指导卡片。

10.根据权利要求9项所述的一种煤粉燃烧直流炉汽温特性优化调整方法，其特征在于，步骤S22、S23和S24之间无顺序限定。